[实用新型]基于ITU-C波段的光谱式温度传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及温度传感器领域，尤其是一种适用于工业燃烧过程中的基于ITU-C波段的光谱式温度传感器。

背景技术

随着我国经济的迅速发展，工业化进程的不断增加，环境污染日益严重，国家对环境保护的重视程度也越来越高。温度是衡量燃烧效率的最重要参数之一，温度的测量在工业燃烧过程中的燃烧效率优化和废气排放控制等领域占有重要地位，如在以煤为燃料的大型工业燃烧炉中，可根据实时的烟气温度检测值，调整优化多种燃料的分配比例，保证混合燃料充分燃烧，提高燃料效率，降低有害气体排放，有效做到节约能源和保护环境。

目前温度传感器按其工作方式主要分为接触式和非接触式。接触式温度传感器主要有热电偶和黑体腔式热辐射高温计。其主要特点是侵入式接触和点式测量燃烧环境中的温度，只能给出具体某一点的温度值，且特定材料的热电偶适用的温度范围有限，在一定温度范围内其线性度不高，需要进行温度补偿；由于工业燃烧过程中的温度自身具有瞬态变化、随机湍流等特征，而接触式温度传感器由于其热惯性大、响应速度慢，故不能实现工业燃烧过程中的实时温度测量。传统的非接触式温度传感器主要有红外辐射、CCD图像和声学测温等，其虽然能测量工业燃烧环境中的总体温度情况，不会扰动被测温度区域，但是存在灵敏度低和分辨率不高等缺点。

光谱式温度传感器是目前新发展的非接触式温度传感器之一，特别是目前迅速发展的可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术，由于窄线宽的可调谐半导体激光器的迅速发展，国内外已经开展了TDLAS温度检测方法和技术的研究。TDLAS技术是利用气体分子在一定波段的特征双谱线吸收光谱信息之比来反演测量区域的温度。该技术以其非接触式测量、抗气体环境干扰能力强、分辨率高、灵敏度高等独特的优势成为人们所看好的一种实时光谱测量技术。同时由于ITU-C波段可调谐半导体激光器的价格优势，为基于ITU-C波段的光谱式温度传感器开辟了新途径。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于ITU-C波段的光谱式温度传感器，以实现用光谱法对燃烧现场的非侵入式实时温度测量。

为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案为：

基于ITU-C波段的光谱式温度传感器，包括信号处理控制单元，其特征在于：所述信号处理控制单元中设有CPU模块、D/A数模转换模块、A/D模数转换模块、激光控制模块和半导体激光器，半导体激光器的波长范围为1530-1565nm，作为温度传感器的探测激光源，所述激光控制模块与半导体激光器电连接，将半导体激光器输出波长调谐至吸收信号的最佳吸收波段处，所述CPU模块通过所述D/A数模转换模块同时产生10Hz的三角波信号和20kHz的正弦波信号加载至激光控制模块，实现对半导体激光器输出波长的缓慢扫描和频率调制，所述信号处理控制单元还设有法兰和BNC接头，所述半导体激光器通过光纤接入法兰的一端，所述法兰的另一端接有对准待测量温度区域的准直透镜，位于待测温度区域的另一侧设有一与所述准直透镜共轴的红外光电探测器，所述红外光电探测器通过电缆与所述BNC接头相连接，所述信号处理控制单元中的A/D模数转换模块将红外光电探测器传输的电信号转换成数字信号，并将该数字信号传输至所述CPU模块进行信号处理以反演温度。

进一步的，所述的基于ITU-C波段的光谱式温度传感器，其特征在于：所述信号处理控制单元还设有显示模块、RS232接口和TCP/IP接口，以供所述CPU模块反演出的待测温度区域实时温度的显示和模拟信号的存储。

与现有技术相比，本实用新型技术方案的优点是：

由于采用了可调谐半导体激光吸收光谱技术，利用其高分辨率，使其容易通过双谱线的仔细挑选而消除其他气体对温度测量的干扰；由于通过双谱线特征吸收光强之比来反演温度，则在进行比值时消除了在双谱线都存在的测量光路中粉尘等对测量带来的影响，具有一定的抗粉尘干扰能力；由于在待测温度区域的两端分别通过光纤连接和电缆连接激光发射和接收装置，实现了非侵入式实时测量温度；由于采用了ITU-C波段的半导体激光器，降低了设备成本，具有工业环境应用前景。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为所选取的水汽红外双谱线特征吸收在不同温度下的二次谐波信号。

图3为所选取的水汽红外双谱线特征吸收线强之比随温度的变化曲线。

图4为显示模块上所显示的实时温度检测曲线。

具体实施方式