一種消耗型光纖高溫測量儀的研究與開發

　　4 高溫測量儀的設計

　　高溫測量儀由光學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，要將消耗型光纖高溫測量儀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，光纖已經被燒壞了，取出的信號就沒有意義了。為實現接觸測溫，必須設計一個光纖的保護設施，這個設施不僅要耐高溫，還要能透過紅外線，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，其熔點為2080 C，在900～1100nm的紅外透過率約為79～80％，是一種耐熱沖擊、能長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損壞一段，因此還要設計一個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。輸出的光信號經過兩個窄帶干涉濾波片得到兩路波長分別為 和 的光信號，最后由硅光電池接收并轉換為電信號。由于在測量現場存在著許多的噪聲，這些噪聲對測量系統會造成很大的影響，因此必須要設計一個合適的濾波電路來濾掉這些噪聲。轉換后的電信號經過濾波電路、放大器和信號處理電路按照儀器內部算法校正后轉變為被測對象的溫度值，最后通過LED顯示出來。為了便于保存測量數據，還設計了打印機接口電路，將數據打印出來進行比較、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高，還設計了報警電路，當溫度超過設定值時，進行聲光報警[5]。

　　5 結束語

　　消耗型光纖高溫測量儀安裝方便，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域，具有廣泛的推廣價值，經濟效益顯著。

　　本文作者創新點：

　　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、對設計中的關鍵問題，例如工作波長的選擇、光纖探頭的保護等進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.工業用熱輻射型光纖高溫傳感器的研究[J].傳感器技術,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,2004,23(8):68-70。

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

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