一种基于比色法的光纤超高温测温仪制造技术

本发明专利技术公开了一种基于比色法的光纤超高温测温仪，光纤耦合镜头将目标辐射的红外光耦合到铠装传能光纤，进行光信号传输，通过宽带通滤光片，对红外光进行初步滤波，对目标辐射的红外光波段进行限制，然后进入分光系统，达到将光均分为两路的目的；两路光分别通过中心波长相差适中的两个滤光片后，分别到达光电探测器；光电探测器将光信号转化为电信号，通过一系列处理，最后经由下位机处理后，输出最终的温度结果，在显示器上显示。本发明专利技术提供了一种基于比色法的光纤超高温测温仪，可以实现500℃

【技术实现步骤摘要】
一种基于比色法的光纤超高温测温仪


[0001]本专利技术涉及测温
，更具体的说是涉及一种基于比色法的光纤超高温测温仪。

技术介绍

[0002]在金属冶炼、陶瓷烧制和科学研究等领域，高效精准地测量和监测生产过程中产品表面的温度，是保证产品质量的重要环节之一；在发动机领域，特别是航空发动机领域，为了保证发动机本身性能的稳定性和提高其使用寿命，需要对高速运转的轮叶温度进行精准的测试；在科学研究领域，航天飞机进行大气层的温度特性，新工艺、新材料的研发等过程中的温度测试与控制，这些都离不开超高温温度的精确测试。
[0003]目前市场上的测温设备主要有三类，热电偶式测温、示温漆测温(温敏漆)和辐射测温。热电偶式接触测温以热电偶和半导体IC温度传感芯片为主，其优点是精度比较高，能够真实反应待测目标的真实温度。其缺点是使用时需要深埋和连线，只适合于静止或者缓慢运动目标的温度测试，同时，对电磁环境敏感，很容易被电磁干扰，用在工业上，需要采取复杂的屏蔽等多种抗干扰手段，再者对使用环境要求较严，在高温下易发生化学腐蚀。示温漆是一种涂敷在待测物体表面，且其颜色随温度的变化而改变，通过对颜色的变化来判读物体表面温度及其分布的功能涂料。这种测温方式属于非侵入式，不需要测试引线，不会对试验件造成破坏，不会对目标温度场产生干扰，可用于恶劣环境下测量，不破坏被测件的结构和工作状态，不影响被测试件的启动和传热特性，对高速旋转结构和复杂构件的壁面温度以及显示大面积分布有独到之处，使用方便，成本低。其缺点是测温范围窄，所测温度低，温度分辨精度低，用完即废，属于易耗品。辐射测温是目前应用比较多的测温方式，早期以单色测温为主，比如，专利技术专利201610075180.9公布了一种便携式光纤辐射测温仪，该辐射测温仪可工作在0.4μm～2.5μm，采用单色辐射，进行温度的反演。专利技术专利201310593874.8和201410813586.3公布了一种单波长测温系统，该系统可对高温进行瞬时测量。这些专利，都认为材料的发射率是常量，不随温度和状态的变化而变，这对目标温度不太高的条件下，对测试结果的影响不大，但是对于高温情况，特别是固液状态转变或者表面有无氧化层情况，材料发射率对测试结果的影响不可忽略。随着人们对发射率影响测试结果的认识越来越深入，发展了比色测温。比如专利技术专利201210053318.7公布了基于光纤分束器传感的红外比色发射光谱层析方法，该方法通过多组红外光纤束平面阵列采集待测目标多个方向的红外双波长信息。该方法可以实现温度分布的测试，缺点是结构复杂，空间分辨率不高，同时也没有对所采用的具体波段予以约束。专利技术专利201410561766.7公布了一种基于比色法的光纤辐射测温仪，该测温仪虽然能够实现晶体炉热场的测量，但是采用硅基光电二极管(工作在400-1100nm)和InGaAs基光电二极管(工作在800～1700nm)，没有采用滤光片进行光谱限制，同时两个波段相差较大，目标发射率的影响不可忽略，将给测试结果带来影响，同时，工作在可见光波段，周围环境自然光将对测试结果产生很大影响。
[0004]德国KLEIBER的产品KMGA740和IGA740高速光纤红外测温仪，分别工作在2.0～2.5
μm和1.58～2.2μm，可实现350～3500℃(分段)和200～2500℃(分段)范围的温度测试。工作在1.58μm，可能采用InGaAs基光电探测器，而大于2.0μm波段的探测，探测器较多，无法猜测。
[0005]因此，如何提供一种具有响应时间快、非接触、使用安全及使用寿命长等优点且灵敏度高，测温范围大的超高温测温仪是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术提供了一种基于比色法的光纤超高温测温仪，该测温仪，工作在800nm～1700nm，该波段，受环境自然光、灯光或者等离子体的影响小，热辐射谱纯净，采用宽谱滤光片和窄带滤光片，共同限制所用波段，同时工作的两谱带间隔适中，既可减小发射率对测试结果的影响，又可以实现8位或者以上的温度测试，具有响应时间快、非接触、使用安全及使用寿命长等优点且灵敏度高，测温范围大。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]一种基于比色法的光纤超高温测温仪，包括：光学部分和电路部分；光学部分通过光纤与电路部分固定连接；
[0009]其中，光学部分包括光纤耦合镜头、铠装传能光纤、宽带通滤光片、Y型光纤分束器、滤光片a和滤光片b；光纤耦合镜头将待测目标辐射的红外光，耦合到铠装传能光纤，依次通过宽带通滤光片，Y型光纤分束器均分成两部分，分别通过滤光片a和滤光片b；电路部分包括：光电探测器a、光电探测器b、信号预处理器a、信号预处理器b、AD采集a、AD采集b下位机、上位机和显示器；光学部分的输出端分别连接到光电探测器a、光电探测器b输入端；光电探测器a、信号预处理器a和AD采集a依次电连接；光电探测器b、信号预处理器b和AD采集b依次电连接；AD采集a和AD采集b均与下位机电连接；下位机、上位机和显示器依次电连接。
[0010]通过上述的技术方案，本专利技术的技术效果是：光纤耦合镜头的尺寸由光电转换部分的饱和值确定。光纤耦合镜头收集的光经过初步筛选(滤过可见光波段)，通过光纤到达分光系统。分光系统通过Y型光纤实现将光均分为两路的目的。两路光分别到达光电探测器。光电探测器将两路不同波长的光转化为两路电信号，通过一系列处理将两路电信号调整到合适的范围。再将两路电信号进行模拟运算对得到的结果进行AD采样，经由下位机处理输出最终的温度结果，在显示器上显示。
[0011]优选的，在上述的一种基于比色法的光纤超高温测温仪中，光纤耦合镜头由镜片组和光纤连接头组成，其中镜片组至少包括两片镜片，光纤连接头与光纤连接器接头适配，其中光纤连接器接头包括FC接头或PC接头；待测目标辐射的红外光，经镜片组耦合，聚焦到光纤连接头处，耦合进铠装传能光纤。
[0012]通过上述的技术方案，本专利技术的技术效果是：光纤耦合镜头与光纤连接，便于对准热源，使用方便，同时，使用宽带通滤光片，可滤除探测器响应而窄带滤光片无法滤除的光波段，再通过光纤到达分光系统。
[0013]优选的，在上述的一种基于比色法的光纤超高温测温仪中，铠装传能光纤芯径为100微米以上。
[0014]优选的，在上述的一种基于比色法的光纤超高温测温仪中，Y型光纤分束器的芯径
大于或等于铠装传能光纤的芯径。
[0015]优选的，在上述的一种基于比色法的光纤超高温测温仪中，滤光片a和滤光片b工作在近红外波段，且在宽带通滤光片的带通内，同时具有不同的透过中心波长，，且中心波长相差50nm以上。
[0016]优选的，在上述的一种基于比色法的光纤超高温测温仪中，光电探测器a与光电探测器b均为InGaAs基APD或者PIN光电二极管。
[0017]优选的，在上述的一种基于比色法的光纤超高温测温仪中，AD采集a与AD采集b采用的均是8位或者以上AD采样芯片。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于比色法的光纤超高温测温仪，其特征在于，包括：光学部分(100)和电路部分(200)；所述光学部分(100)通过光纤与所述电路部分(200)固定连接；其中，所述光学部分包括光纤耦合镜头(101)、铠装传能光纤(102)、宽带通滤光片(103)、Y型光纤分束器(104)、滤光片a(105)和滤光片b(106)；所述光纤耦合镜头(101)将待测目标辐射的红外光，耦合到铠装传能光纤(102)，依次通过宽带通滤光片(103)，Y型光纤分束器(104)均分成两部分，分别通过滤光片a(105)和滤光片b(106)；所述电路部分包括：光电探测器a(211)、光电探测器b(212)、信号预处理器a(221)、信号预处理器b(222)、AD采集a(231)、AD采集b(232)、下位机(204)、上位机(205)和显示器(206)；所述光学部分(100)的输出端分别连接到光电探测器a(211)、光电探测器b(212)输入端；所述光电探测器a(211)、所述信号预处理器a(221)和所述AD采集a(231)依次电连接；所述光电探测器b(212)、所述信号预处理器b(222)和所述AD采集b(232)依次电连接；所述AD采集a(231)和所述AD采集b(232)均与所述下位机(204)电连接；所述下位机(204)、所述上位机(205)和所述显示器(206)依次电连接。2.根据权利要求1所述的一种基于比色法的光纤超高温测温仪，其特征在于，系统工作在800-1700nm的近红外波段。3.根据权利要求1所述的一种基于比色法的光纤超高温测温仪，其特征在于，所述光纤耦合镜头(101)由镜片组...

【专利技术属性】
技术研发人员：李昌立，
申请(专利权)人：菲兹克光电长春有限公司，
类型：发明
国别省市：