一种消耗型光纤高温测量仪的研究与开发 (2)

　　4  高温测量仪的设计

　　高温测量仪由光学部分和电路部分组成，如图3所示，包括高温探头、光电转换部分、信号放大器、信号的处理与显示输出等部分。

　　图3  测温仪的结构框图

　　测量时，要将消耗型光纤高温测量仪的光纤端头浸入到被测熔融金属液中，插入深度约40cm。被测金属液内部温度通过对光纤端面的辐射由光纤传输到光电转换及信号处理系统。由于光纤不宜直接插入到被测对象中，因为在光纤插入到所需深度之前，光纤已经被烧坏了，取出的信号就没有意义了。为实现接触测温，必须设计一个光纤的保护设施，这个设施不仅要耐高温，还要能透过红外线，使光纤可以顺利取出光信号。所以在光纤测温探头的最前端设置了一段耐高温导管，这样既保护了物镜等监测系统，又能够保证探头可以插入到金属液中，消除了烟气和熔渣的干扰。一般耐高温导管可用的耐火料有刚玉、石墨、金属陶瓷、碳化硅、三氧化二铝等，最后选取了透红外陶瓷－镁铝尖晶石，其熔点为2080 C，在900～1100nm的红外透过率约为79～80％，是一种耐热冲击、能长期耐雨蚀和耐磨损的高强度红外窗口材料和整流罩材料[4]。

　　由于是高温测量，在高温下，光纤每测量一次就会损坏一段，因此还要设计一个合理的光纤导入和切断系统。

　　光电转换系统的功能就是将光信号转换成电信号，然后送到信号处理系统进行处理。测量系统使用光纤分叉器，形成两路光路。输出的光信号经过两个窄带干涉滤波片得到两路波长分别为 和 的光信号，最后由硅光电池接收并转换为电信号。由于在测量现场存在着许多的噪声，这些噪声对测量系统会造成很大的影响，因此必须要设计一个合适的滤波电路来滤掉这些噪声。转换后的电信号经过滤波电路、放大器和信号处理电路按照仪器内部算法校正后转变为被测对象的温度值，最后通过LED显示出来。为了便于保存测量数据，还设计了打印机接口电路，将数据打印出来进行比较、分析和处理。除此之外，信号处理还应考虑被测对象和测温仪所处的环境条件对性能指标的影响和修正方法。

　　为了防止控制温度过高，还设计了报警电路，当温度超过设定值时，进行声光报警[5]。

　　5  结束语

　　消耗型光纤高温测量仪安装方便，其外部结构与热电偶结构相同，可用于炼钢炉、锅炉、铸造炉等高温测量领域，具有广泛的推广价值，经济效益显著。

　　本文作者创新点：

　　1、提出了光纤传感型的高温测量新方法－消耗型光纤辐射测高温。

　　2、对设计中的关键问题，例如工作波长的选择、光纤探头的保护等进行了全面地分析和研究，并给出了解决方案。

　　参考文献：

　　[1]  蔡如华等.工业用热辐射型光纤高温传感器的研究[J].传感器技术,2005,24(4):34-36。

　　[2]  孙晓刚等.多光谱辐射测温理论综述[J].计量学报,2002,23(4)248-250。

　　[3]  李威宣,陈天慧.消耗型光纤比色法钢水温度测量系统[J]. 传感器技术,2004,23(8):68-70。

　　[4]  陈天慧.光纤高温测量的研究.武汉理工大学硕士学位论文,2003:30-36。

　　[5]  张亮.过程监控系统在本钢2号高炉的应用[J].微计算机信息,2006,8-1:50-52。