用光纤测量温度的方法以及所用的装置制造方法及图纸

一种用自耗光纤测量温度的方法，包括：接收高温液体发出的光；用分束滤光器将接收光分成两光束；用第一辐射温度计检测第一光束的第一波段光；把第一波段光转换成温度；用第二辐射温度计检测第二光束的第二波段光；把第二波段光转换成温度；利用第一辐射温度计固有温度转换参数，传输损耗系数，辐射温度计的输出温度来计算真实的温度。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用光纤测量温度的方法，和其所采用的装置。自耗型热电偶已广泛地用于测定熔融金属的温度。由于可拆式传感器探头是可支配型的，所以温度测量间断地进行。因为每次测量都要更换传感器探头，则由于传感器探头价格高的缘故难以增加测量次数，而且也难以实现自动化操作。此外，由于探头有30毫米或更大的直径和1米或更长的长度，故不能在狭窄的空间内进行测量工作。对熔融金属施以连续温度测量的需求越来越多。为适应这种需求情况，已推出一种实用化的装置，该装置采用了一种被浸没在熔融金属中的保护管，而热电偶插在这个保护管内，以进行连续的温度测量。这种方法的一个难题是保护管的寿命，而且此方法仅能持续测温40至50小时。此方法还存在着保护管费用高和温度变化响应差的问题。为了解决上述问题，专利技术人提出了一种温度测量仪和熔融金属水平测量仪，它们公开在JP—A—248960/93中(在这里“JP—A—”表示“未审查日本专利公开”的简写)。根据该专利公开，通过连续地把包有金属管的光纤浸入到熔融金属中并检测经光纤传导的红外线，其温度仪连续地确定出熔融金属温度。由于金属管的保护使光纤的机械强度得以增强，从而光纤能够浸入到熔融金属中。但是，那种测温过程中消耗光纤的辐射温度计有一些缺点，比如随着光纤长度的缩短，传输损耗要下降，显示的温度要增高，进而产生测量误差，而且所检测光强的增加会超出辐射温度计的容量。当通信用的石英光纤，GI纤维(芯直径与包层直径之比为50/125μm)，被用来作光波导时，在高温觇标发出的辐射光被引入光纤的一端时，且当有0.9μm接收波长的Si检测器和红外辐射温度仪被设置在光纤另一端来测定约1200℃的温度时，每减少100米光纤长度所产生的误差大约为10℃。有一种补偿因上述光纤长度减小所引起的测量误差的方法。根据该方法，借助触辊之类的机构来确定光纤的送入长度，并从已知的光纤传输损耗计算其衰减，以校正误差。但是实施该方法的装置很复杂。而且由于光纤传输损耗特性的不均匀性，在1千米左右的长光纤情况下会对获得满意的校正精度产生不良影响。对于有几百米的光纤长度减少做校正时，除非光纤传输损耗的校正值已知，否则将不能获得满意的校正精度。不用热电偶等其他测温装置的光纤长度校正方法公开在由本专利技术的专利技术人所申请的JP—A—142049/93中。该文描述了一种自耗型光纤温度计，它采用了两个红外温度计单元，每一个分别检测不用波长的光。用每一波长光纤传输损耗的差，来确定实际温度(一种双波长光纤长度的校正方法)。JP—A—142049/93所公开的这种用双波长对光纤长度减小进行校正的方法有以下所述问题。(1)JP—A—142049/93从Wien′s等式导出一个单光谱校正公式。但是，普通的辐射温度计接收的是有一定谱带宽的光，而非单色光谱的光。因此通常的作法是，普通辐射温度计采用一种带有经验常数A、B和C的修正型公式作为谱带光温度变换式，而不用Wien′s公式，其结果是，在实际辐射温度计所得转换输出值与依照每个校正公式导出的温度变换公式输出值之间出现了一个误差。(2)由于JP—A—142049/93所述的校正公式在其推导过程中采取了近似，因此它包含有一个近似误差。而且，既使是在满足窄接收光谱带条件下使用Wien′s(韦恩)公式作为变换公式的辐射温度计中，计算中产生的校正误差也会随着实测过程中光纤消耗的增加而增大。其结果是，为了将校正误差保持在1℃的范围内，光纤要限制在400米或更短的长度上。本专利技术的目的是提供一种用自耗型光纤测量温度的方法以及所用的装置，在其中高温熔融金属的温度，以±2℃误差内的高精度，高响应速度，连续地，且低成本地被测量出来，既使采用1千米长的光纤也是如此。为了达到此目的，本专利技术首先提供了一种包括以下步骤的自耗光纤测温方法在自耗光纤的一端接收高温液体发出的光，接收到的光通过自耗光纤传输到自耗光纤的另一端；通过分束滤光器将接收到的光分成两个光束；用第一辐射温度计检测两光束中第一光束的第一波段的光；把第一波段的光变换成温度，以输出第一温度值；用第二辐射温度计检测两光束中第二光束的第二波段的光，第二波段不同于第一波段；把第二波段的光变换成温度，以输出第二温度值；首先用第一辐射温度计两上固有的温度变换参数，经过第一辐射温度计的第一波段的第一传输损耗系数，第一辐射温度计所输出的第一温度；接着再用第二辐射温度计两个固有温度变换参数，经过第二辐射温度计的第二波段的第二传输损耗系数和第二辐射温度计所输出的第二温度，计算出实际温度值。其次，本专利技术提供了一种用于自耗光纤测温的装置，它包括在其一端接收高度液体所发光并将接收的光传输到其另一端的自耗型光纤；用于把接收光分成两光束的分束滤光器；第一辐射温度计，用于检测两光束中第一光束的第一波段光，并将第一波段光变换成温度值以输出该第一温度值；第二辐射温度计，用于检测两光束中第二光束的第二波段光，并将第二波段光变换成温度值以输出该第二温度值，第二波段不同于第一波段；计算装置，通过首先用第一辐射温度计两个固有温度变换参数，经过第一辐射温度计的第一波段的第一传输损耗系数，第一辐射温度计所输出的第一温度值，再用第二辐射温度计两个固有温度变换参数，经第二辐射温度计的第二波段的第二传输损耗系数和第二辐射温度计所输出的第二温度值，计算出实际温度值。第三，本专利技术提供了一种包含以下步骤的自耗光纤测温方法；在自耗光纤的一端接收高温液体发出的光，接收到的光通过自耗光纤传输到自耗光纤的另一端；通过分束滤光器把接收到的光分成两个光束；用第一选择滤光器对两光束中的第一光束进行滤光，使波长(λa)的窄带光通过的第一滤光步骤；用第一辐射温度计接收并检测波长(λa)的窄带光的第一检测步骤；把波长(λa)的窄带光变换成温度，以输出温度值(Ta)的第一变换步骤；用第二选择滤光器对两光束中第二光束进行滤光，使波长(λb)的窄带光通过的第二滤光步骤；用第二辐射温度计接收并检测波长(λb)窄带光的第二检测步骤；把波长(λb)的窄带光变换成温度，以输出温度值(Tb)的第二变换步骤；用下述公式计算实际温度(T)T＝(1/Daλa－1/Dbλb)÷(1/DaλaTa－1/DbλbTb)其中T实际温度，λa第一辐射温度计的波长，Da光纤对波长(λa)的传输损耗系数，Ta第一辐射温度计输出的温度值，λb第二辐射温度计的波长，Db光纤对波长(λb)的传输损耗系数，Tb第二辐射温度计输出的温度值。第四，本专利技术提供了一种用自耗光纤测量温度的装置，它包括在其一端接收高温液体所发出的光并将此光传输到其另一端的自耗光纤；用于把接收的光分成两个光束的分束滤光器；第一选择滤光器，用于对两光束中第一光束进行滤光，以使波长(λa)的窄带光通过；第一辐射温度计，用于接收和检测波长(λa)的窄带光，并将波长(λa)的窄带光变换成温度，以输出温度值(Ta)；第二选择滤光器，用于对两束光中第二光束进行滤光，以使波长(λb)的窄带光通过；第二辐射温度计，用于接收和检测波长(λb)的窄带光，并将波长(λb)的窄带光变换成温度，以输出温度值(Tb)；利用下述公式计算实际温度的装置T＝(1/Daλa－1/Dbλb)÷(1/DaλaTa－1/DbλbTb)其中T实际温度，λa第一辐本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用自耗光纤测量温度的方法，包括步骤：在自耗光纤的一端接收高温液体发出的光，通过自耗光纤把接收的光传输到自耗光纤的另一端；把接收的光用分束滤光器分成两束光；用第一辐射温度计检测两束光的第一束中的第一波段的光；把第一波段光转 换成温度以输出第一温度值；用第二辐射温度计检测两束光的第二束中的第二波段的光，第二波段与第一波段不同；把第二波段光转换成温度以输出第二温度值；通过用第一辐射温度计固有的两个第一温度转换参数，第一辐射温度计对第一波段的第一传输损耗 系数，第一辐射温度计输出的第一温度值，并用第二辐射温度计固有的两个第二温度转换参数，第二辐射温度计对第二波段的第二传输损耗系数和第二辐射温度计输出的第二温度值，计算出实际温度值。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：高山贵光，山田善郎，
申请(专利权)人：日本钢管株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]