基于黑體空腔的光纖高溫測試系統(tǒng)的研究.pdf

1、在航天、材料、能源、冶金、化工等領(lǐng)域，對高溫強(qiáng)浸蝕性介質(zhì)的溫度測量具有重要的意義。目前常用的溫度傳感器為鉑銠金屬熱電偶和光纖型高溫計。高溫條件下熱電偶壽命短、消耗快、抗腐蝕能力和抗電磁干擾能力都比較差。光纖型高溫計能夠有效的用于高溫測量，但它仍存在一些缺陷，如光纖輻射高溫計由于不能探入被測高溫源內(nèi)部，測量誤差較大；光纖強(qiáng)度法測溫計的精度差；光纖比色測溫計結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以互換，可靠性差；藍(lán)寶石光纖高溫計價格昂貴，實(shí)用化比較困難。
　　

2、本文設(shè)計研究一種可代替貴金屬熱電偶和藍(lán)寶石光纖高溫計的黑體空腔傳感器，它可與被測溫度源直接接觸感受溫度信號，同時設(shè)計光纖輻射測溫系統(tǒng)，使其通過一個密閉空間非接觸的接收黑體空腔傳感器發(fā)出的輻射信號，這樣將接觸式和非接觸式測溫法的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合，同時又避免了因其缺點(diǎn)而帶來的不利因素。論文具體內(nèi)容包括：
　　介紹了黑體輻射的基本定律、黑體表面輻射換熱原理和腔體輻射理論，為系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)溫度測量提供理論依據(jù)，為計算黑體空腔發(fā)射率提供方法。
　

3、　對黑體空腔傳感器進(jìn)行了設(shè)計。根據(jù)積分方程理論建立了圓柱形黑體空腔對腔外探測器的積分發(fā)射率模型，并通過分析等溫條件下腔體幾何結(jié)構(gòu)、材料發(fā)射率、探測器大小及位置對積分發(fā)射率的影響，得到了腔體設(shè)計的優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)，提高了溫度測量精度。
　　將黑體空腔傳感器與光纖比色測溫系統(tǒng)相結(jié)合，給出了整個光纖高溫測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，并對各個組成部分進(jìn)行了詳細(xì)介紹。采用透鏡組和光纖準(zhǔn)直器收集黑體腔傳感器的光輻射信號并耦合入普通光纖，通過兩個不同波長的窄帶干

4、涉濾光片得到兩路光信號，根據(jù)系統(tǒng)測溫范圍選用 Si和InGaAs集成封裝的光電探測器對信號進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，經(jīng)放大和信號處理后，最后在Labview虛擬儀器界面中實(shí)時顯示溫度。
　　應(yīng)用 ANSYS有限元軟件對黑體空腔傳感器的動態(tài)特性進(jìn)行了仿真，給出了隨時間變化，黑體空腔傳感器各點(diǎn)的溫度分布和變化情況，并討論了傳感器初始預(yù)熱溫度、熱物性參數(shù)、邊界條件等因素對其精度和動態(tài)特性的影響。對整個光纖高溫測試系統(tǒng)進(jìn)行了靜態(tài)和動態(tài)溫度測試實(shí)驗，取