[发明专利]一种基于比色法的高温高速测温仪

说明书

本发明公开了一种基于比色法的高温高速测温仪，包括：光学部分和电学部分，指示激光器发出的可见激光，经激光扩束准直镜、双色反射镜后，经光学镜头聚焦到目标测试点，目标测试点发出的近红外辐射，经光学镜头变成平行光，透过双色反射镜均分成两部分，分别透过窄带滤光片一和二以及聚焦透镜三和四，汇聚到光电探测器一和二，转换成电信号，再分别经过前置放大电路一和二以及峰值保持电路一和二，然后经AD采集一和二，由上位机采集，经计算，得到测试点的温度。本发明提供了一种基于比色法的高温高速测温仪，可对500℃‑5000℃的温度，进行ns级时间响应的非接触测试，具有使用安全及使用寿命长等优点，和灵敏度高，测温范围大等特点。

技术领域

本发明涉及测温技术领域，更具体的说是涉及一种基于比色法的高温高速测温仪。

背景技术

在金属冶炼、陶瓷烧制等领域，高效精准地测量和监测生产过程中产品表面的温度，是保证产品质量的重要环节之一；在发动机领域，特别是航空发动机领域，为了保证发动机本身性能的稳定性和提高其使用寿命，需要对高速运转的轮叶温度进行精准的测试；在科学研究领域，航天飞机进入大气层的温度特性，超高速目标风洞研究过程中的温度特性、新工艺、新材料的研发等过程中的温度测试与控制，这些都离不开对高温的非接触高速测试，实时精确反应测试点的温度特性。

目前市场上的测温设备主要有三类，热电偶式测温、示温漆测温(温敏漆)和辐射测温。热电偶式接触测温以热电偶和半导体IC温度传感芯片为主，其优点是精度比较高，能够真实反应待测目标的真实温度。其缺点是使用时需要深埋和连线，只适合于静止或者缓慢运动目标的温度测试，同时，对电磁环境敏感，很容易被电磁干扰，用在工业上，需要采取复杂的屏蔽等多种抗干扰手段，再者对使用环境要求较严，在高温下易发生化学腐蚀。示温漆是一种涂敷在待测物体表面，且其颜色随温度的变化而改变，通过对颜色的变化来判读物体表面温度及其分布的功能涂料。这种测温方式属于非侵入式，不需要测试引线，不会对试验件造成破坏，不会对目标温度场产生干扰，可用于恶劣环境下测量，不破坏被测件的结构和工作状态，不影响被测试件的启动和传热特性，对较高速度旋转结构和复杂构件的壁面温度以及显示大面积分布有独到之处，使用方便，成本低。其缺点是测温范围窄，所测温度低，温度分辨精度低，用完即废，属于易耗品，不适合用于μs级及以下温度的时间分辨。辐射测温是目前应用比较多的测温方式，早期以单色测温为主，比如，发明专利201610075180.9公布了一种便携式光纤辐射测温仪，该辐射测温仪可工作在0.4μm～2.5μm，采用单色辐射，进行温度的反演。发明专利201310593874.8和201410813586.3公布了一种单波长测温系统，该系统可对高温进行瞬时测量。这些专利，都认为材料的发射率是常量，不随温度和状态的变化而变，这对目标温度不太高的条件下，对测试结果的影响不大，但是对于高温情况，特别是固液状态转变或者表面有无氧化层情况，材料发射率对测试结果的影响不可忽略。随着人们对发射率影响测试结果的认识越来越深入，发展了比色测温。比如发明专利201210053318.7公布了基于光纤分束器传感的红外比色发射光谱层析方法，该方法通过多组红外光纤束平面阵列采集待测目标多个方向的红外双波长信息。该方法可以实现温度分布的测试，缺点是结构复杂，空间分辨率不高，同时也没有对所采用的具体波段予以约束。发明专利201410561766.7公布了一种基于比色法的光纤辐射测温仪，该测温仪虽然能够实现晶体炉热场的测量，但是采用硅基光电二极管(工作在400-1100nm)和InGaAs基光电二极管(工作在800～1700nm)，没有采用滤光片进行光谱限制，同时两个波段相差较大，目标发射率的影响不可忽略，将给测试结果带来影响，同时，工作在可见光波段，周围环境自然光将对测试结果产生很大影响。

德国KLEIBER的产品KMGA740和IGA740高速光纤红外测温仪，分别工作在2.0～2.5μm和1.58～2.2μm，可实现350～3500℃(分段)和200～2500℃(分段)范围的温度测试。工作在1.58μm，可能采用InGaAs基光电探测器，而大于2.0μm波段的探测，探测器较多，无法猜测。