[发明专利]一种石英玻璃拉制过程中在线监测温度的测温系统及方法

说明书

本发明属于非接触式红外测温相关技术领域，并公开了一种石英玻璃拉制过程中在线监测温度的测温系统及方法。该系统包括吊拉炉和红外热像仪，吊拉炉用于石英玻璃的吊拉成形，该吊拉炉中石英玻璃发生初始塑性变形的区域的一侧设置有观察窗口，红外热像仪设置在该观察窗口外，用于监测吊拉炉中保温层上的温度和石英玻璃融化区域的温度；红外热像仪与控制器连接，当其测量获得保温层的温度后，将测量获得的温度传递给控制器，并在该控制器中进行多物理场模拟，以此获得模拟的石英玻璃融化区域的模拟温度，利用该模拟温度对监测的融化区域温度进行修正，以此作为真实的融化区温度。通过本发明，解决吊拉炉内温度测量不准确以及测量困难的问题。

技术领域

本发明属于非接触式红外测温相关技术领域，更具体地，涉及一种石英玻璃拉制过程中在线监测温度的测温系统及方法。

背景技术

随着国家尖端科技的发展与进步，对基础材料的性能提出了更高的要求，石英玻璃作为一种特种光电功能玻璃，拥有较好的光谱透过性和化学稳定性、低热膨胀系数和电导率、以及极端条件下较长的工作寿命等优点，被广泛应用于光学、半导体等国家战略性新兴企业和国防科技领域。而实际工业应用过程中往往需要对石英玻璃进行改型使用，比如在半导体产业中经常需要用到石英玻璃管、石英玻璃棒等二次改型产品，目前的改型方法主要集中为热改型法，即将石英玻璃母棒在高温下加热融化再拉制成所需的形状，因此在实际生产过程中温度场的控制对石英玻璃产品的成型过程十分重要。

传统生产设备大多采用金属热电偶进行测温，而对于石英玻璃生产过程中炉腔内温度可达2000摄氏度，工艺材料的限制使其必须采用非接触式高温测量。目前的非接触式光学测温方法大多采用红外辐射测温，通过测量一定波段的辐射光来计算某个单点的温度，但这种测量方法对测量环境的要求非常高，实际应用过程中由于测温点温度变化受多种因素影响，比如石英玻璃熔融界面特征的形变、成型玻璃棒的下拉等，都会使测量预设点的温度变得十分困难，测得的温度波动明显且测温误差较大，从而影响到加热炉腔内温度的均匀性调节。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种石英玻璃拉制过程中在线监测温度的测温系统及方法，解决吊拉炉内温度测量不准确以及测量困难的问题。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种石英玻璃拉制过程中在线监测温度的测温系统，该系统包括吊拉炉和红外热像仪，其中：

所述吊拉炉用于石英玻璃的吊拉成形，该吊拉炉中石英玻璃发生初始塑性变形的区域的一侧设置有观察窗口，所述红外热像仪设置在该观察窗口外，用于监测所述吊拉炉中保温层上的温度和石英玻璃融化变形区域的温度；

所述红外热像仪与控制器连接，当其测量获得所述保温层的温度后，将测量获得的温度传递给控制器，并在该控制器中进行多物理场模拟，以此获得模拟的石英玻璃融化变形区域的模拟温度，利用该模拟温度对监测的融化变形区域温度进行修正，以此作为最终的融化变形区温度，实现石英玻璃拉制过程中温度的在线监测。

进一步优选地，所述吊拉炉包括炉壳、加热器和感应线圈，待加热的石英玻璃悬挂在所述吊拉炉中心，所述加热器设置在所述吊拉炉的上部，环绕所述悬挂的石英玻璃，所述感应线圈与所述加热器相对设置，在所述感应线圈中通入交变电流产生强电磁场，产生感应电流，所述加热器在该强电磁场中产生感应电流，并以此产生热量加热所述石英玻璃，该石英玻璃在高温下融化下拉。

进一步优选地，所述加热器和感应线圈之间为保温层，保温层中设置有保温材料。

进一步优选地，所吊拉炉中充满氮气，避免所述石英玻璃加热过程中被氧化。

进一步优选地，所述炉壳的材料为不锈钢，感应线圈的材料为铜，保温层的材料为碳毡，加热器的材料为石墨。

进一步优选地，所述红外热像仪的测温范围为-40℃～2000℃，精度为±2％。

进一步优选地，所述观察窗口与红外热像仪位于同一水平线，以此保证测温的准确。