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基于比色法的光纤 辐射测温仪

阅读：619发布：2024-02-01

专利汇可以提供基于比色法的光纤辐射测温仪专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种基于比色法的光纤辐射测温仪，属于高温测量领域的。该仪器包括光学系统和电路系统，光学系统由透镜组镜头连接大功率Y型传能光纤组成；电路系统采用信号双通道处理，包括光电探测器、预处理模块、前置放大器、AD 采样模块、信号处理模块、显示模块、键盘输入模块及信息交互模块。通过Y型传能光纤将信号分为两路传递到相应的光电探测器上把光信号转成电流信号，经过预处理与前置放大模块转换为电压信号，通过电信号由AD采样，信号处理模块采用曲线拟合算法分析得到的采样信号，通过标定计算出相应的温度值，通过交互模块进一步改进差数设置。本发明的基于比色法的光纤辐射测温仪结构很适用于晶体炉热场的测量。，下面是基于比色法的光纤辐射测温仪专利的具体信息内容。

权利要求

1.基于比色法的光纤辐射测温仪，包括光学系统和电路系统，其特征在于：所述光学系统由透镜组镜头连接大功率Y型传能光纤组成；所述电路系统采用信号双通道处理，包括光电探测器、预处理模块、前置放大器、AD采样模块、信号处理模块、显示模块、键盘输入模块及信息交互模块，其中，所述光电探测器、预处理模块、前置放大器、AD采样模块和信号处理模块依次连接，所述显示模块、按键输入、信息交互模块分别与所述信号处理模块连接；所述Y型传能光纤的输出端分别连接到两个不同的光电探测器的输入端。
2.根据权利要求1所述的基于比色法的光纤辐射测温仪，其特征在于，所述两个不同的光电探测器为标准FC/PC封装的InGaAs光电二极管及Si 光电二极管。
3.根据权利要求1所述的基于比色法的光纤辐射测温仪，其特征在于，所述预处理模块采用对数放大器。
4.根据权利要求1所述的基于比色法的光纤辐射测温仪，其特征在于，所述Y型传能光纤加装于由不锈钢金属软管制成的保护铠中。
5.根据权利要求1至4之一所述的基于比色法的光纤辐射测温仪，其特征在于，所述信息交互模块采用USB 接口或者电流环模式。

说明书全文

基于比色法的光纤辐射测温仪

技术领域

[0001] 本发明涉及晶体炉热场测量仪器，具体地涉及一种测量晶体炉热场的基于比色法的光纤辐射测温仪。

背景技术

[0002] 接触式测量的方法，特别是热电偶是高温测量领域的传统测量方法。但其存在抗腐蚀能力差，寿命短，消耗大，价格高，温度上限多在1800℃以下等缺点。

[0003] 运用非接触方法的辐射测温仪是高温测量领域的另一常用方法。辐射测温仪凭借非接触测量红外热辐射的能量来推算相应的温度，测量上限不受感温元件耐温程度的限制，因而对最高可测温度原则上没有限制，可适用于1800℃以上温度范围的测量。传统的辐射测温仪基于黑体辐射的基本定律，测得特定波段的辐射能量与相应温度的对应关系，并对相应材料的发射率进行修正，从而推算出相应的温度，但是它容易受到外部环境干扰，影响精确度。比色测温是对辐射测温的一种方法上的优化，对目标物体通过某两波长处辐射亮度之比来确定温度。可以减小水汽、烟尘、距离等使辐射衰减的因素对测量准确性的影响。

[0004] 德国DASI的56系列红外测温仪，在500℃到3300℃的范围内的系统精度达到0.5％测量值，重复精度为0.1％，温度分辨率为0.1℃。但是这些仪器需要精密的光学镜头以及复杂的光信号处理装置，因而难以做成结构紧凑，价格低廉的测量仪器。

[0005] 大多数的辐射测温仪作为一种基于光电精密测温的技术，所采用的光电探测器是精密测温技术中的关键元件。最早期的光电元件多为光电倍增管和光电管，这类电真空器件应用中要求几百伏至几千伏的高压，而且光谱响应都在可见光至近红外范围内。后来，一些重量轻、体积小的光电探测器陆续出现。而且在稳定性、灵敏度、光谱响应范围、通带宽度等方面都有很大的提高和改善，并很快在工程应用中占据了不可替代的位置。市场上多种型号、标准封装的光电探测器为进一步提高测量仪器紧凑性、提高精确度提供了便利。

[0006] 如今多数辐射测温仪采用直筒型结构，不易于观察。大功率的Y型传能光纤过去由于不易制作而很少采用，随着技术的进步，现在已经能获得分路效果较好的大功率Y型传能光纤。如果能将Y型传能与光电探测器结合应用，这会为提高精度，简化测温仪复杂度提供了便利。

发明内容

[0007] 本发明的目的是提供一种基于比色法的光纤辐射测温仪，该仪器是一种能够检测超高温的测量仪器。

[0008] 本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：

[0009] 基于比色法的光纤辐射测温仪，包括光学系统和电路系统，其特征在于：所述光学系统由透镜组镜头连接大功率Y型传能光纤组成；所述电路系统采用信号双通道处理，包括光电探测器、预处理模块、前置放大器、AD采样模块、信号处理模块、显示模块、键盘输入模块及信息交互模块，其中，所述光电探测器、预处理模块、前置放大器、AD采样模块和信号处理模块依次连接，所述显示模块、按键输入、信息交互模块分别与所述信号处理模块连接；所述Y型传能光纤的输出端分别连接到两个不同的光电探测器的输入端。

[0010] 所述两个不同的光电探测器为标准FC/PC封装的InGaAs光电二极管及Si 光电二极管。

[0011] 所述预处理模块采用对数放大器。

[0012] 所述Y型传能光纤加装于由不锈钢金属软管制成的保护铠中。

[0013] 进一步地，所述信息交互模块采用USB 接口或者电流环模式。

[0014] 本发明的基于比色法的光纤辐射测温仪结构很适用于晶体炉热场的测量，具有以下有益效果：(1)使用透镜组镜头，能在一定范围内保证进光量相当，采用标准接口可以直接插拨，重复性和互换性好；(2)采用大功率Y型传能光纤，纤芯直径600μm能量传输损耗低，后端两路分支偏差小，相比于普通光纤耦合器，大功率Y型传能光纤可以更好地传输镜头所获得光能量，提高仪器精度，在Y型传能光纤外部运用金属铠进行保护，使之有抗强压抗拉伸功能，具有挠性，改善了普通光纤易折的问题，能更好的适应不同环境。(3)相比于常见的辐射测温仪，光纤本身具有抗电磁干扰能力，采用Y型光纤，通过光纤的连接使主体电路一定程度远离炉体高温源减少干扰，保证了长期在线工作的稳定性；(4)采用两种不同型号的标准FC/PC封装的光电二极管作为光电探测器，通过与Y型光纤结合使用实现不同波段的选取，减少了滤波片的使用，使得整体更加紧凑，小型化，实现比色法测温，相比于传统的辐射测温仪减少了外界因素的影响；(5)预处理模块采用对数放大器，其精度高，同时以对输入信号进行比操作；(6)电路系统电路高度集成可方便的安装在晶体炉控制台上面，同时USB接口等交互设置，进一步方便操作者实施观察，数据数字化处理等。附图说明

[0015] 图1是本发明基于比色法的光纤辐射测温仪的系统框图；

[0016] 图2是本发明基于比色法的光纤辐射测温仪的结构图，1-透镜组镜头，2-大功率Y型传能光纤，3-电路系统。

具体实施方式

[0017] 下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

[0018] 如图1，本发明装置中光学系统由透镜组镜头1和传能光纤2组成，其中透镜组镜头1前端直径为25mm，视场角28°×40°，耦合波长范围350nm～2000nm，Y型传能光纤2采用的是纤芯为600μm的石英光纤，两路分支偏差小于5％；电路系统3由光电探测器、预处理模块、前置放大模块、AD采样模块、信号处理模块、显示模块、键盘输入模块及信息交互模块组成。光学系统与电路系统相互独立，整个电路系统可置于电子盒中，能较好的避免测温现场环境对仪器电路部分测温时干扰，远离高温源，提高系统使用寿命。光电探测器采用标准FC/PC封装的InGaAs和Si两种光电二极管，结合前端Y型光纤达到两个波段的选取。信号双通道处理，进入电路系统，避免相互干扰。预处理模块采用对数放大器来处理微弱信号，可以感应到pA级别弱小电流信号，转换为电压信号，对输入信号进行比处理实现比色法基本原理要求，由于对数放大器灵敏度很高可较好的提高精度。前置放大器将预处理电压调节至相应AD采样可取值范围。AD采样模块采用的是24位高精度的采样芯片，在工作中可以精确采样得到的模拟信号。交互模块采用USB和电流环可以实时发送信息至电脑；
图2是本发明的结构示意图。

[0019] 结合图1与图2具体说明实际测量时的实施方法。首先把透镜组镜头通过简易支架安装到晶体炉的观察孔上，打开观察孔上的开关，炉内的热辐射能量就通过透镜组镜头汇聚到Y型传能光纤前端端面上，经过Y型光纤分为两路相近的能量束；Y型传能光纤尾端与光电探测器相连，两种不同信号的光电探测器，分别对400到1100nm和900到1700nm两个不同波段的光能产生相应电流，Y型传能光纤加装于由不锈钢金属软管制成的保护铠中，可弯曲而不折断、同时进一步减少了外围电磁环境的影响；电流信号为双通道处理经过预处理模块进行比运算，同时I/V转换；预处理后信号进一步有前置放大器调节放大，使其适于AD采样；调节后的信号由AD采样模块进行高精度地采样；AD采样后，数字信号传输入信号处理模块，信息处理模块通过采用分段拟合对输入信号进行分析处理，计算出对应的温度值；相应温度值通过显示模块输出；同时信号处理模块可将相应数据值通过信息交互模块运用USB/电流环等方式传输到电脑上，通过相应软件读出，方便监测，同时方便参数的修正与完善；在不同测量情况下，可以通过按键模块对信号处理模块中使用的参数进行选择与适当修改，方便适应情况的精确测量。

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