[实用新型]基于双脉冲激光的温度传感器动态校准装置

说明书

本实用新型公开了一种基于双脉冲激光的温度传感器动态校准装置。本实用新型中的脉冲延时触发器分时触发两台单脉冲激光器，使得两台单脉冲激光器的两束激光脉冲通过各自的光路系统辐照在待校准的温度传感器上，温度传感器外接有高时间分辨率动态信号采集系统，用于获取温度传感器的相应信号，通过响应信号峰峰值的间隔与触发信号的时间间隔完成所述温度传感器的校准；本实用新型通过脉冲延时触发器标准双脉冲信号时间间隔和温度传感器响应信号峰峰值间隔的时间相对偏差，确定传感器热响应动态特性，避免了单脉冲激光功率、横模和纵模分布等脉冲质量对校准结果的影响。

技术领域

本实用新型涉及动态温度校准技术领域，具体涉及一种基于双脉冲激光的温度传感器动态校准装置。

背景技术

在关系我国国家安全的航空航天和冶金领域存在大量高温、微秒级的瞬态测温需求，如航空和航天发动机叶片设计制造、特种钢的连铸过程监控等。目前，应用于上述极端环境下的微秒级温度传感器主要有MEMS薄膜温度传感器、热敏电阻和光学测温传感器，而如何解决这些传感器的动态热响应校准问题是保证其测量结果准确可靠的前提，但是至今国内外相关研究还处于实验室阶段，尚未形成统一可行的校准技术。

目前，现行的《JJF 1049-1995温度传感器动态响应校准规范》给出的投掷法只能对毫秒级的温度传感器进行校准，而作为目前动态温度测量的研究热点之一，单脉冲激光或(激波管)压力波产生的微秒级热响应及其在温度传感器动态校准技术中的应用仍处于实验室研究阶段，未能形成广泛认可的有效技术标准，其技术瓶颈就在于基于激波管或者单脉冲激光的温度冲击信号重复性和稳定性影响因素过多(如激光光束质量、脉冲功率和压力波非定常性等)，导致校准系统自身不确定度过大(20％)而无法作为有效的计量标准方法。此外，对于微秒级(或更高时间分辨率)温度传感器，其时间常数达到微秒量级，现行规范中的时间常数定义基于投掷法对应的阶跃信号，所适用的温度传感器时间常数在毫秒量级，无法满足微秒级温度传感器的校准需要。因此需要发展新的稳定可靠的温度传感器动态校准系统，以满足微秒级及以上时间分辨率的动态温度校准需要，同时构建完整的量值溯源链。

发明内容

针对传统动态温度校准技术难以产生高重复性、低不确定度的微秒级及以上温度阶跃，无法满足微秒级温度传感器动态校准的问题，本实用新型提出了一种基于双脉冲激光的温度传感器动态校准装置。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

本实用新型包括皮秒级数字脉冲延时触发器、两台纳秒级脉冲激光器、反光镜、激光汇聚偏振镜、激光扩束镜和激光聚焦镜。

所述的数字脉冲延时触发器分别与两台脉冲激光器信号连接，用于分时触发两台脉冲激光器，其中的一台脉冲激光器依次通过反光镜、激光汇聚偏振镜、激光扩束镜和激光聚焦镜后入射至待校准的温度传感器；另一台脉冲激光器依次通过激光汇聚偏振镜、激光扩束镜和激光聚焦镜后入射至待校准的温度传感器。

所述的温度传感器外接有信号放大器和高精度示波器，用于获取温度传感器的响应信号，通过响应信号峰峰值的间隔与触发信号的时间间隔比对完成所述温度传感器的校准。

进一步说，在激光汇聚偏振镜和激光扩束镜之间的光路上设置有激光功率计，用于检测激光脉冲强度。

进一步说，还设置有多光谱测温系统，用于测量温度传感器表面温度，与温度传感器的输出信号进行对比，检测温度传感器的准确性。

进一步说，还设置有加热炉，利用加热炉使得温度传感器周围的环境温度保持在一定范围内，减小环境温度对温度传感器校准的影响。

与现有技术相比较，本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型通过脉冲延时触发器标准双脉冲信号时间间隔和温度传感器响应信号峰峰值间隔的时间相对偏差，确定传感器热响应动态特性，避免了单脉冲激光功率、横模和纵模分布等脉冲质量对校准结果的影响，直接溯源到时间单位，精度和重复性高、不确定度低、响应快。