消耗型光纖高溫測量儀的研究

　　4  高溫測量儀的設(shè)計

　　高溫測量儀由光學(xué)部分和電路部分組成，如圖3所示，包括高溫探頭、光電轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)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(nèi)部溫度通過對光纖端面的輻射由光纖傳輸?shù)焦怆娹D(zhuǎn)換及信號處理系統(tǒng)。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，取出的信號就沒有意義了。為實現(xiàn)接觸測溫，必須設(shè)計一個光纖的保護(hù)設(shè)施，這個設(shè)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(shè)置了一段耐高溫導(dǎo)管，這樣既保護(hù)了物鏡等監(jiān)測系統(tǒng)，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(dǎo)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(qiáng)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(shè)計一個合理的光纖導(dǎo)入和切斷系統(tǒng)。

　　光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的功能就是將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，然后送到信號處理系統(tǒng)進(jìn)行處理。測量系統(tǒng)使用光纖分叉器，形成兩路光路。輸出的光信號經(jīng)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(zhuǎn)換為電信號。由于在測量現(xiàn)場存在著許多的噪聲，這些噪聲對測量系統(tǒng)會造成很大的影響，因此必須要設(shè)計一個合適的濾波電路來濾掉這些噪聲。轉(zhuǎn)換后的電信號經(jīng)過濾波電路、放大器和信號處理電路按照儀器內(nèi)部算法校正后轉(zhuǎn)變?yōu)楸粶y對象的溫度值，最后通過LED顯示出來。為了便于保存測量數(shù)據(jù)，還設(shè)計了打印機(jī)接口電路，將數(shù)據(jù)打印出來進(jìn)行比較、分析和處理。除此之外，信號處理還應(yīng)考慮被測對象和測溫儀所處的環(huán)境條件對性能指標(biāo)的影響和修正方法。

　　為了防止控制溫度過高，還設(shè)計了報警電路，當(dāng)溫度超過設(shè)定值時，進(jìn)行聲光報警[5]。

　　5  結(jié)束語

　　消耗型光纖高溫測量儀安裝方便，其外部結(jié)構(gòu)與熱電偶結(jié)構(gòu)相同，可用于煉鋼爐、鍋爐、鑄造爐等高溫測量領(lǐng)域，具有廣泛的推廣價值，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

　　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(shè)計中的關(guān)鍵問題，例如工作波長的選擇、光纖探頭的保護(hù)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(xiàn)：

　　[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(tǒng)[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.過程監(jiān)控系統(tǒng)在本鋼2號高爐的應(yīng)用[J].微計算機(jī)信息,2006,8-1:50-52。