[发明专利]基于荧光光纤测温的微波测温系统

说明书

技术领域

本发明涉及微波及光纤传感技术领域，特别涉及一种基于荧光光纤测温的微波测温系统。

背景技术

微波是指在电磁波谱中频率范围为300MHZ到300GHZ的电磁辐射，具有频率高，波长短，能穿透电离层等特点。可以应用在雷达、通讯、科学研究、微波能利用等方面。60年代以后，微波作为一种新型热源得到迅速发展，其加热特点：就地生热、内外同热、不需传热过程瞬间可达高温，所以具有加热速度快、热能利用率高、可实现快速自动控制等优点，因而被广泛用于医疗、化学研究、食品加工、材料热处理等行业中。但由于它属于超高频电磁波，会存在强电磁场，在微波场下的温度测量依然是一个技术难题。比如微波反应器的温度测量问题，在强电磁场下，当用常规温度传感器(如：热电耦、热电阻等)测温时，金属材料制作的测温探头及导线在高频电磁场下产生感应电流，由于集肤效应和涡流效应，使其自身温度升高，对温度测量造成严重干扰，使温度示值产生很大误差或者无法进行稳定的温度测量。因此，研究用于微波场下无干扰的温度传感器具有重大的现实意义。

目前，国内外以传光型光纤温度传感器应用广泛，具体存在以下问题：

1、红外测温仪，根据被测物的红外辐射强度确定其温度，是一种非接触测量仪表，用于对不同温度物体的表面温度测量。由于其非接触性，测量时不破坏被测物的温度，所以也可用于微波场温度测量。但红外测温仪测温时要受物体发射率、气雾的影响，所以限制了它的应用范围，另外红外测温仪直接用于微波反应器测温受到视场小的局限，使用起来也不太便捷。

2、光纤测温的方式有半导体式、光纤光栅式、FP腔式等多种，这几种测温方式虽然都可测量微波腔内待加热物的温度，但是也各存在一些问题。由于微波设备内的待测物一般需要不断旋转以获得均匀的加热，而光纤穿入微波腔体就需要自由旋转转接设计，但是半导体式等基于光功率型的测温，由于光纤需要随待测物体转动，光纤的弯曲移动变化可能带来光功率的不稳定，从而影响测温的不稳定，导致测量的温度不准确。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何在超高频、强电磁场及重干扰的环境中准确地实现对微波腔内待加热物体的温度测量。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于荧光光纤测温的微波测温系统，包括：测量装置、外部光纤、内部光纤、荧光探头，光纤转接装置，所述外部光纤一端连接所述测量装置，另一端连接所述光纤转接装置，内部光纤的一端可旋转地连接所述光纤转接装置，所述荧光探头固定于所述内部光纤的另一端，所述光纤转接装置固定在微波腔的孔径中，所述外部光纤位于微波腔外部，所述内部光纤位于微波腔内部，所述荧光探头用于接收所述测量装置发出的光信号，并将其上荧光物质被所述光信号激发出的荧光信号传输给所述测量装置，所述测量装置用于根据所述荧光信号测量待测物体的温度。

其中，所述光纤转接装置包括：光纤适配器、外光纤连接器、内光纤连接器、保护套，所述光纤适配器固定在所述保护套中，保护套固定在微波腔的孔径中，所述外光纤连接器安装在所述光纤适配器中，所述内光纤连接器可旋转地安装在所述光纤适配器中，所述光纤适配器使得所述外光纤连接器的光纤插入管和所述内光纤连接器的光纤插入管在一条直线上，所述外光纤连接器的光纤插入管用于插入外部光纤，所述内光纤连接器的光纤插入管用于插入内部光纤。

其中，所述外光纤连接器和所述内光纤连接器的邻接端间的距离小于2mm。

其中，所述光纤转接装置还包括：固定环套，所述固定环套套在所述内光纤连接器的周围，用于在所述内光纤连接器的轴向方向固定所述内光纤连接器，所述固定环套外侧固定在所述保护套中。

其中，所述保护套的内壁和外壁上均设有螺纹，所述微波腔的孔径内壁设有与保护套的外壁螺纹相配合的螺纹，所述光纤适配器的外壁及固定环套的外壁均设有与保护套的内壁螺纹相配合的螺纹。

其中，所述保护套采用聚乙烯材料的塑料制成。

其中，所述光纤适配器、外光纤连接器及内光纤连接器由塑料材料制成。

其中，所述内部光纤表面包裹有耐热保护套管。

其中，所述测量装置包括：光源、膜片、聚光透镜及光电转换电路，所述光源发出的光经膜片反射，并通过聚光透镜传输给所述外部光纤，所述光电转换电路接收由外部光纤返回的荧光信号，根据所述荧光信号测量得到待测物体的温度。

其中，还包括显示及控制装置，连接所述测量装置和微波腔，用于显示所述待测物体的温度，并根据待测物体的温度对微波腔的加热程序进行反馈控制。

(三)有益效果