消耗型光纖高溫測量?jì)x的研究

　　4  高溫測量?jì)x的設計

　　高溫測量?jì)x由光學(xué)部分和電路部分組成，如圖3所示，包括高溫探頭、光電轉換部分、信號放大器、信號的處理與顯示輸出等部分。

圖3  測溫儀的結構框圖

　　測量時(shí)，要將消耗型光纖高溫測量?jì)x的光纖端頭浸入到被測熔融金屬液中，插入深度約40cm。被測金屬液內部溫度通過(guò)對光纖端面的輻射由光纖傳輸到光電轉換及信號處理系統。由于光纖不宜直接插入到被測對象中，因為在光纖插入到所需深度之前，光纖已經(jīng)被燒壞了，取出的信號就沒(méi)有意義了。為實(shí)現接觸測溫，必須設計一個(gè)光纖的保護設施，這個(gè)設施不僅要耐高溫，還要能透過(guò)紅外線(xiàn)，使光纖可以順利取出光信號。所以在光纖測溫探頭的最前端設置了一段耐高溫導管，這樣既保護了物鏡等監測系統，又能夠保證探頭可以插入到金屬液中，消除了煙氣和熔渣的干擾。一般耐高溫導管可用的耐火料有剛玉、石墨、金屬陶瓷、碳化硅、三氧化二鋁等，最后選取了透紅外陶瓷－鎂鋁尖晶石，其熔點(diǎn)為2080 C，在900～1100nm的紅外透過(guò)率約為79～80％，是一種耐熱沖擊、能長(cháng)期耐雨蝕和耐磨損的高強度紅外窗口材料和整流罩材料[4]。

　　由于是高溫測量，在高溫下，光纖每測量一次就會(huì )損壞一段，因此還要設計一個(gè)合理的光纖導入和切斷系統。

　　光電轉換系統的功能就是將光信號轉換成電信號，然后送到信號處理系統進(jìn)行處理。測量系統使用光纖分叉器，形成兩路光路。輸出的光信號經(jīng)過(guò)兩個(gè)窄帶干涉濾波片得到兩路波長(cháng)分別為 和 的光信號，最后由硅光電池接收并轉換為電信號。由于在測量現場(chǎng)存在著(zhù)許多的噪聲，這些噪聲對測量系統會(huì )造成很大的影響，因此必須要設計一個(gè)合適的濾波電路來(lái)濾掉這些噪聲。轉換后的電信號經(jīng)過(guò)濾波電路、放大器和信號處理電路按照儀器內部算法校正后轉變?yōu)楸粶y對象的溫度值，最后通過(guò)LED顯示出來(lái)。為了便于保存測量數據，還設計了打印機接口電路，將數據打印出來(lái)進(jìn)行比較、分析和處理。除此之外，信號處理還應考慮被測對象和測溫儀所處的環(huán)境條件對性能指標的影響和修正方法。

　　為了防止控制溫度過(guò)高，還設計了報警電路，當溫度超過(guò)設定值時(shí)，進(jìn)行聲光報警[5]。

　　5  結束語(yǔ)

　　消耗型光纖高溫測量?jì)x安裝方便，其外部結構與熱電偶結構相同，可用于煉鋼爐、鍋爐、鑄造爐等高溫測量領(lǐng)域，具有廣泛的推廣價(jià)值，經(jīng)濟效益顯著(zhù)。

　　本文作者創(chuàng )新點(diǎn)：

　　1、提出了光纖傳感型的高溫測量新方法－消耗型光纖輻射測高溫。

　　2、對設計中的關(guān)鍵問(wèn)題，例如工作波長(cháng)的選擇、光纖探頭的保護等進(jìn)行了全面地分析和研究，并給出了解決方案。

　　參考文獻：

　　[1]  蔡如華等.工業(yè)用熱輻射型光纖高溫傳感器的研究[J].傳感器技術(shù),2005,24(4):34-36。

　　[2]  孫曉剛等.多光譜輻射測溫理論綜述[J].計量學(xué)報,2002,23(4)248-250。

　　[3]  李威宣,陳天慧.消耗型光纖比色法鋼水溫度測量系統[J]. 傳感器技術(shù),2004,23(8):68-70。

　　[4]  陳天慧.光纖高溫測量的研究.武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文,2003:30-36。

　　[5]  張亮.過(guò)程監控系統在本鋼2號高爐的應用[J].微計算機信息,2006,8-1:50-52。