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專利名稱：一種光纖束雙色溫度傳感器的制作方法
技術領域：
本實用新型屬輻射式高溫計測溫儀表。
帶光電轉(zhuǎn)換的輻射測溫儀在原理上分為兩大類，即亮度法和比色法。后者的優(yōu)點可將被測物體發(fā)射率的影響、中間介質(zhì)如煙霧水蒸汽的影響以及雜散光的影響減至最低程度，因而具有較高的準確度。在結(jié)構上傳統(tǒng)的光電輻射測溫儀均離不了光學聚焦系統(tǒng)，本世紀八十年代初，開始用光導纖維束取代原光學系統(tǒng)作輻射溫度的傳感元件。其優(yōu)點是①結(jié)構簡單；②實現(xiàn)了近距離(5～50mm)測溫，提高了測溫的可靠性；③可實現(xiàn)微區(qū)局部表面溫度測量。
傳統(tǒng)的比色溫度傳感器采用光學鏡頭，通過遠距離聚焦的方法，將溫度輻射信號傳至光電轉(zhuǎn)換元件，體積大，笨重，成本高，使用也不方便。
本實用新型的目的在于提供一種采用光導纖維束作為溫度傳感元件的比色溫度傳感器的新設計，以解決上述問題。
本實用新型的核心為如

圖1所示的光導纖維光電雙色調(diào)制系統(tǒng)，它是由下述各部組成在冂字型支架上安裝有光導纖維束及Si光電轉(zhuǎn)換元件，通過同軸的孔(光欄)將光導纖維檢測到的溫度信號(熱輻射線)傳輸?shù)絊i光電轉(zhuǎn)換元件，變成電信號輸出；為了實現(xiàn)比色法測溫，在冂字型支架空隙中安裝了由直流電機驅(qū)動的雙色濾光片，它只允許0.84及1.05μm的單色光通過，當光導纖維傳來的全波熱輻射線(包括可見光在內(nèi))通過濾光片后，只剩下0.84及1.05μm的近紅外光透過；由于電機以3000轉(zhuǎn)／分的速度轉(zhuǎn)動，將兩束紅外信號對Si光電元件進行掃描，于是Si光電元件輸出兩條輻度不同、相位相差180°的正弦波，經(jīng)過電路處理，即可實現(xiàn)比色法測溫。
采用圖1結(jié)構具有如下特點1)結(jié)構簡單，可靠性高光導纖維束和Si光電轉(zhuǎn)換元件安裝在同一冂字型支架上，結(jié)構簡單甚易保證制造精度，只要光纖束、濾光片和Si光電轉(zhuǎn)換元件各自保證具有互換性，則在批量生產(chǎn)中可保證本傳感器有良好的復現(xiàn)性和工作的可靠性；2)光能損失小、傳光效率高由于采用了本結(jié)構，可將光纖束出口端面與Si光電轉(zhuǎn)換元件之間的距離縮至最短，這樣即使溫度很低也可獲得足夠高的信號，采用本發(fā)明結(jié)構可將Si光電元件測溫下限降至600℃左右，效果顯著；3)采用了更合理的溫度補償
Si光電轉(zhuǎn)換元件的光電轉(zhuǎn)換特性會受環(huán)境溫度的改變而變化，造成誤差。其工作環(huán)境溫度的改變來自兩個方面，其一是傳感器工作現(xiàn)場的溫度(包括天氣變化在內(nèi))，其二是電機發(fā)熱。本結(jié)構將溫度補償元件(熱敏電阻)與Si光電轉(zhuǎn)換元件組裝在同一金屬支架上，彼此互相靠近成為一個整體(見圖1)，保證了兩者具有相同的溫度，以求得到最良好的補償。本發(fā)明采用了不發(fā)熱的高質(zhì)量直流電機，免除了由此而產(chǎn)生的溫度影響，另外直流電機還具有體積小、低噪聲及成本低，以及提高了傳感器的內(nèi)部抗干擾能力等優(yōu)點。由直流電機帶動雙色濾光片旋轉(zhuǎn)進行雙波長光電掃描，具有縱向游隙小、掃描穩(wěn)定的特點。
由上述可見，本實用新型具有結(jié)構簡單、制造容易、影響因素少抗干擾能力強、穩(wěn)定可靠等優(yōu)點。
采用本傳感器研制出來的GFB－01型光導式輻射比高精度測溫儀經(jīng)現(xiàn)場考核證明①測溫范圍廣，600～1300℃；特殊要求還可增寬②精度高，±0.5％；特殊要求±0.3％③抗干擾能力強，能在強大的高中頻電磁場下穩(wěn)定地測量感應加熱溫度④所測溫度基本上不受被測物體發(fā)射率的影響，勿需用黑度系數(shù)來修正，生產(chǎn)現(xiàn)場煙霧水蒸汽的影響甚微，一般不超過±1℃，對雜散光的影響不敏感
⑤環(huán)境溫度20±10℃范圍內(nèi)對測量精度無影響，每超過10℃，可能產(chǎn)生的附加誤差＜±0.5％。
⑤光導纖維束的直徑φ1.5～φ2.0mm由上所述本實用新型具有相當良好的技術特性，采用本實用新型后可以研制出測溫范圍寬、精度高、穩(wěn)定性和可靠性好的性能優(yōu)異的光纖紅外比色測溫儀，可廣泛用于鍛造、軋制、熔煉、鑄造、焊接及熱處理等熱加工行業(yè)，由于光纖束直徑小特別適用于高中頻感應加熱快速溫度的測量。
圖1為光纖維光電雙色調(diào)制系統(tǒng)原理圖。圖中〔1〕直流電機，〔2〕Si光電轉(zhuǎn)換元件，〔3〕熱敏電阻，〔4〕雙色濾光片，〔5〕光纖束，〔6〕冂字型支架。
權利要求1.一種光纖束雙色溫度傳感器，包括直流電機，Si光電轉(zhuǎn)換元件，熱敏電阻和光纖束，其特征在于冂字型支架[6]上安裝有光導纖維束[5]和Si光電轉(zhuǎn)換元件[2]和熱敏電阻[3]，支架的空隙中安裝了由直徑電機驅(qū)動的雙色濾光片[4]，濾光片上開有與光纖束同軸的孔，濾光片選擇0.84μm和1.05μm的單色光透過。
專利摘要本實用新型系光電比色測溫儀中光電調(diào)制部分。采用了Ф1.5～2mm小直徑光導纖維束作輻射溫度傳感元件，進出口鏡面特制了自聚焦鏡片以傳輸信號。把光電轉(zhuǎn)換Si元件與熱敏電阻裝配成一整體，以自動補償環(huán)境溫度對Si元件特性的影響。采用特殊膜系制成的0.84/1.05μm雙色高性能濾光片。采用直流電機作光電調(diào)制器的動力。因而本實用新型的溫度傳感器較其它同類產(chǎn)品具有更高的技術性能。
文檔編號G01J5/10GK2036664SQ8820818
公開日1989年4月26日 申請日期1988年7月5日 優(yōu)先權日1988年7月5日
發(fā)明者劉志儒 申請人:哈爾濱工業(yè)大學