[发明专利]一种高炉热风炉拱顶红外光纤温度检测方法

说明书

本发明公开了一种高炉热风炉拱顶红外光纤温度检测系统及方法，属于热风炉拱顶温度检测技术领域。本发明的光学单元包括2片菲涅尔透镜，2片菲涅尔透镜之间通过光纤传输光信号，光信号处理单元包括2个红外探测器、对数比处理器、运算放大器、AD转换器和微处理器，2个红外探测器接收光学单元汇聚的红外光，且2个红外探测器均与对数比处理器相连，对数比处理器、运算放大器、AD转换器和微处理器依次相连。本发明通过2个不同波段的红外探测器将热风炉拱顶内辐射的红外光信号转换为电压信号，对其比值进行对数运算后，再进行放大，使最终得到的电压信号与拱顶温度呈线性关系，该方法不受外界环境因素影响，测温精度高。

技术领域

本发明属于热风炉拱顶温度检测技术领域，特别基于红外光纤非接触式温度检测技术和高炉热风炉拱顶温度检测技术的融合，主要完成高炉热风炉拱顶温度的准确、非接触式测量。

背景技术

热风炉是为高炉加热鼓风的设备，是现代高炉不可缺少的重要组成部分。高炉在其不同的冶炼阶段所需热风温度不同，风温的稳定直接关系到高炉的炉况及铁水质量。顶燃蓄热式热风炉是现代热风炉的主要形式，欲稳定风温，就必须对热风炉拱顶温度进行准确控制，而拱顶温度的准确检测是其准确控制的前提。传统工艺采用热电偶检测拱顶温度，是一种接触式测量方法，检测精度较高，但顶燃式热风炉容易在热电偶的周围形成涡流，极易损坏热电偶，且热电偶必须在休风状态下更换，安装难度也较大，维护运行成本较高。

随着检测技术的不断发展，红外辐射测温技术已经具备非接触、免维护、低成本等优点，并已逐步取代传统热电偶测量方式，具有测温范围广，响应速度快，灵敏度高等特点。

目前已有采用红外单波段测温方法来实现非接触式测温的方案，即通过单一的红外探测器接收物体表面的红外热辐射，利用辐射能量大小与表面温度的对应关系进行求解，如采用长波红外探测器实现物体表面温度的检测，利用ZnS红外感光材料对高温进行测量。但单波段测温方法易受现场大气状况、环境温度、被测物体表面发射率等因素的影响，测量精度不高，一般测量误差在1％FS以上。

此外，在工业上也常用红外双波段测温法(也称比色测温法)，即利用2个不同响应波段的红外探测器输出信号的比值，来抵消外界因素对2个探测器测量结果所造成的等比偏差，如通过InAs和InSb光电变换元件输出信号比实现机械加工中切削温度的测量，采用红外光纤双波段法对桥丝温度的测量，采用带通比色滤波器对50℃～400℃中低温的精确测量。双波段测温法虽可有效解决单波段红外测温方法存在的问题，但由于现有的双波段测温仪多用光电二极管作光电转换元件，其内阻较小，必须使用精密运放实现阻抗匹配。此外根据辐射能量与物体表面的依赖关系(普朗克定律)：M＝C₁*λ^-5/[exp(C₂*λ*T)-1]，其中C₁、C₂为常数，λ为波长，T为物体表面温度，双波段测温与单波段测温一样，其最终输出与待测温度呈非线性关系，需要对其进行线性化补偿。

经检索，中国专利号ZL200820190496.3，授权公告日为2009年6月17日，发明创造名称为：高炉热风炉拱顶热风温度测量装置；该申请案在测温头外壳内装半球反射器，所述半球反射器扣在保护窥视管的上方，聚焦物镜通过套筒座安装在所述半球反射器的顶部，光纤的一端端面通过套筒座安装在聚焦物镜的焦距处，另一端端面通过机械斩波调制盘与光电传感器偶合，光电传感器输出的电信号通过前置放大器和单片机处理系统运算，输出与温度对应的模拟量或数字量。该申请案具有稳定、可靠的特点，但同样存在受外界因素影响大、测量不准确的缺点。

针对上述测温方案存在的缺陷，急需提供一种效果更优的热风炉拱顶温度检测方案。

发明内容

1.发明要解决的技术问题