本发明专利技术公开了一种温度测量装置，特别是涉及一种多FBG光纤光栅比色瞬态温度测量装置，包括高温光学镜头、传输光纤和设置在控制室内的高速浮点DSP处理器、多个分光器、FBG光纤光栅、探测器和信号调理电路，通过100Mhz响应度的APD红外探测器获取到由FBG光纤光栅反射波的光强信号，由信号调理电路调整信号到A/D转换允许的范围内，通过转换时间为80ns的12位同步A/D转换器进行模数转换，由高速浮点DSP处理器进行两两比色计算并查表，再根据校准好的比例系数进行温度拟合，通过嵌入汇编，使得每次温度的更新率在5-10us之内，将数据实时存储在内部存储器，温度以波形和数据的格式显示在液晶显示器上，这样使得检测更精准、直观。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种测量装置及其測量方法，特别是涉及ー种多FBG光纤光栅比色瞬态温度測量装置及測量方法。
技术介绍
在金属冶金连铸结晶过程、连铸高温钢坯表面、冶金炉、火炮发射、航空及火箭发动机、强激光解离大气产生的等离子体等场合的高温测试中，瞬态温度(温度范围在800-2000摄氏度，温度变化在5-lOus)是ー个非常重要的參数之一，对于结晶体结晶过程温度场研究，钢铁冶炼温度监控，钢坯表面温度场的分析，火炮的温度监控，发动机的温度场分析等有着十分重要的意义。目前对于低温或是缓慢变化的温度场(温度在1000摄氏度以内，几个毫秒 到几十秒响应时间)一般采用接触式的測量，如热电偶、热电阻、温敏光纤，专利号为201010279035. 5的ー种光纤光栅单端测温传感器，专利号为200820020538. 9的ー种高温光纤光栅温度传感器。辐射式测温方法是以普朗克的黑体热辐射定律为基础的，实际物体往往是非黑体，因此，引入了辐射温度、亮度温度和顔色温度等表观温度的概念，基于以上三种表观温度測量方法的高温计分别称为全辐射高温计、亮度式高温计和比色式高温计。比色测温法的优点(1)大多数物体的顔色温度比亮度温度和辐射温度更接近真实温度。(2)比色法测温受被测物体光谱发射率影响小，针对被测物体的辐射特性，以及中间吸收介质的光谱吸收特性，合理选择两个工作波段，可以大大减小因被测体光谱发射率变化以及中间介质吸收的影响而引起的误差。比色温度计尤其适用于测量发射率较低的表面光亮的物体温度，或者在光路上存在着尘埃、烟雾等中性吸收介质的场所。光纤光栅高温測量技木，FBG光纤光栅是ー种窄带光纤滤波，通过光纤芯区折射率周期变化造成光纤波导条件的改变，从而导致一定波长发生相应的模式耦合，使得其透射光谱和反射光谱对该波长出现奇异性，一般ー个FBG光纤光栅同时具有温敏和压敏特性，可以用来直接测量高温温度，如专利申请号为200810048991. 5基于光纤光栅传感的陶瓷窑炉温度检测方法，申请号为200910228048. 7光纤光栅测温系统及多点测温方法，申请号为200710038145. O光纤光栅高温传感系统。文献(《光电工程》38 (4) : 1-6，2011)提出了ー种不依赖于CXD光谱特性及其三基色代表性波长的改进比色测温方法，利用三基色RGB中两两基色与温度的关系得到三个温度解，最后利用三个温度解之间的相关性进行优化，得出最优温度解，其平均误差I. 09%,而传统的比色测温的平均误差为2.25%。中国专利号200610083893. 6介绍了ー种利用比色测量高温温度场、火焰图像的装置和检测方法，通过聚光光学元件接收红外辐射到光纤阵列，一支输入到图像处理单元，一支输入到比色测温系统，在比色测温中通过Y型分光器分为两支路，分别通过两个不同波长的滤波片，然后通过探测器进行比色测温计算。中国专利200610047731. 7介绍了ー种金属粉末激光成型过程中温度场检测方法及其装置，通过将两种波长的滤光片分时交替的位于光路中，通过红外摄像机采集光强图像，根据灰度图像做比色测温，得到其温度场。中国专利200910077464. I介绍了ー种三CXD温度场测量装置及方法，光学镜头采集辐射能，再通过分光镜组，分成三路，在每一路信号后放置滤波片，然后进入三路光谱非相关的CXD图像，在利用数据处理单元进行比色测温。由于一般的RGB滤色阵列三个颜色通道的波段响应是基于标准人眼的光谱三刺激值进行设计的，所以其光谱响应特性是固定的，而无法自主选择合适的三波段，实现优化測量。针对这个缺点中国专利200910077462. 2介绍了ー种彩色CXD的辐射温度场测量装置及其方法。该装置在光学镜头的前面加了ー个具有两种单峰透过率的滤色片，先对物 体的辐射能进行两个带通滤波。经过光学镜头聚焦后于彩色CCD面阵传感器的焦平面，并成像，然后通过对RGB通道的任意两通道进行比色测温。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供一种检测更精准的多FBG光纤光栅比色瞬态温度測量装置及測量方法。本专利技术的ー种多FBG光纤光栅比色瞬态温度測量装置，包括高温光学镜头、传输光纤和设置在控制室内的高速浮点DSP处理器、串联在传输光纤上的多个分光器、以及在单个分光器上直接熔接的FBG光纤光柵、以及与所述分光器相对应的探測器和与所述探测器相对应的信号调理电路。所述高温光学镜头用于拾取高温物体表面的热辐射红外光。所述传输光纤用于将所述高温光学镜头拾取到的热辐射红外光传输至所述控制室。所述分光器，所述分光器为Y型分光器，所述Y型分光器的输入端为光信号的输入端，所述Y型分光器的公共端直接耦合所述FBG光纤光栅，所述Y型分光器的输出端用于将FBG光纤光栅滤波出来的反射光输入至所述探测器。所述探测器，用于将FBG光纤光栅滤波出来的反射光转换为电信号，经过信号调理电路后输入到DSP处理器。所述高速浮点DSP处理器包括A/D转换模块，数据处理模块和显示模块，用于对辐射光电信号的采集、数据滤波、比色值计算、温度查表、数据拟合运算、存储温度值并且将温度曲线显示在所述显示模块上。作为优选方式，所述Y型分光器为三个，所述FBG光纤光栅为三个。作为优选方式，所述探测器为红外APD接收管。作为优选方式，所述FBG光纤光栅米用激光刻写方式制作，中心波长为800nm-1000nm,中心波长的偏差为±0. 2nm，波长的3dB带宽为O. 2nm。作为优选方式，所述传输光纤、Y型分光器和FBG光纤光栅的连接是通过光纤熔接机直接融合。本专利技术的ー种多FBG光纤光栅比色瞬态温度測量方法，多FBG光纤光栅比色测温是按照以下步骤确定 一、高温光学镜头拾取高温物体表面的红外福射光； ニ、红外辐射光经过聚焦耦合到传输光纤，并通过传输光纤传输至控制室，以便于做后续处理； 三、在控制室内，光纤通过Y型分光器的输入端输入到FBG光纤光栅,被FBG光纤光栅反射的光通过Y型分光器的输出端输出，并传输至探测器；同时被FBG光纤光栅投射的光通过Y型分光器的公共端进入下ー级的FBG光纤光栅，各级的FBG光纤光栅是通过Y型分光器级联的； 四、被各级的FBG光纤光栅反射回来的光信号由与其对应的APD红外探测器转换为微弱电信号，该电信号经过信号调理电路调理后输入至高速浮点DSP处理器的A/D转换模块上； 五、高速浮点DSP处理器将A/D转换模块的数据进行滤波、比色计算、温度查表、温度拟合后，实时存储在内存中，最后将温度以曲线的方式显示在液晶显示器上。与现有技术相比本专利技术的有益效果为 1、与现有的基于热电偶的快速测温相比，本专利技术由于采用比色测温，响应速度快，可以达到5-lOus，适合远距离非接触式高温測量； 2、与现有的基于温敏FBG光纤光栅传感器测温相比，本专利技术不需要繁琐的解调装置，系统的影响因数减小，成本更低，响应时间更快； 3、与现有的基于比色测温系统，如彩色CCD测温，或滤波片的比色测温相比，本专利技术装置采用了 FBG光纤光栅，其各个部件的接ロ采用光纤熔接机直接熔接，其损耗可以忽略，其中心波长的误差精度是滤波片的10倍，故该装置安装方便，牢固，准确度和灵敏度高，性能更加可靠； 4、由于系统采用了高速浮点运算的DSP处理器，其运算速度快，本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.ー种多FBG光纤光栅比色瞬态温度測量装置，其特征在于包括高温光学镜头、传输光纤和设置在控制室内的高速浮点DSP处理器、串联在传输光纤上的多个分光器、以及在单个分光器上直接熔接的FBG光纤光柵、以及与所述分光器相对应的探測器和与所述探测器相对应的信号调理电路； 所述高温光学镜头用于拾取高温物体表面的热福射红外光； 所述传输光纤用于将所述高温光学镜头拾取到的热辐射红外光传输至所述控制室； 所述分光器，所述分光器为Y型分光器，所述Y型分光器的输入端为光信号的输入端，所述Y型分光器的公共端直接耦合所述FBG光纤光栅，所述Y型分光器的输出端用于将满足FBG光纤光栅的反射光输入至所述探测器； 所述探测器，用于将FBG光纤光栅滤波出来的反射光转换为电信号，经过信号调理电路后输入到DSP处理器； 所述高速浮点DSP处理器包括Α/D转换模块，数据处理模块和显示模块，用于对辐射光电信号的采集、数据滤波、比色值计算、温度查表、数据拟合运算、存储温度值并且将温度曲线显示在所述显示模块上。2.如根据权利要求I所述的ー种多FBG光纤光栅比色瞬态温度測量装置，其特征在于所述Y型分光器为三个，所述FBG光纤光栅为三个。3.如根据权利要求I所述的ー种多FBG光纤光栅比色瞬态温度測量装置，其特征在于所述探测器为红外APD接收管。4.如权利要求I所述的ー种多...
【专利技术属性】
技术研发人员：邱选兵，李传亮，魏计林，
申请(专利权)人：太原科技大学，
类型：发明
国别省市：
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