[发明专利]红外光导纤维比色温度测量仪

说明书

本发明为一种新型的红外光导纤维比色温度测量仪，属于辐射高温测量领域。

光导纤维比色温度测量仪是一种高精度的测量仪，由于光纤直径小，测头可小型化，所以可实现对各种形状实物的近距离测量，加之光纤本身具有抗强磁场的干扰能力的优点，所以此类测温仪受到了人们极大的注视。在机械制造中齿轮淬火时，其齿底的测温一直未能得到解决，而已有的光导纤维比色测温仪因光导纤维本身与高温被测物近距离接触时易拉毛、易污损，而且在淬火等工艺过程中，会产生很小的氧化皮，如沾污于被测物，则此处的感温光纤所感受的温度就要低于被测物，从而会造成较大的附加误差。

本发明的目的在于设计一种被测头易互换的、能消除被测物小的局部污沾引起附加误差的、测量精确度高的红外光导纤维比色温度测量仪。

本发明的目的是这样实现的，由电源、温度检出器、除法器、模/数转换器、微处理机组成-红外光导纤维比色温度测量仪，其温度检出器由光纤传送部分、接收部分和放大部分所组成，光纤传送部分由装于光纤保护管内的石英光导纤维束所组成，接收部分由二个被选定的特定波长的滤色片和二个光电转换器所组成，本发明的特征是在光导纤维束前端面设有一可更换的、耐高温的、不易拉毛的导光棒测头，这样的导光棒测头其直径可制作很小，因此它可在恶劣的工况下，使光纤束不受损地进行测温，且一旦导光棒损坏，更换也很方便;本发明的另一个特征是光纤束在尾部分成的两光束，均是由被测物各不同被测点的相同二个光纤各自分开二份所组成，即两分光束是由各被测点的光纤平均分成两份后组成，所以两分光束为具有等光能量的两分光束，或称为光能量等权分布，这样的分光束比色相除就可消除被测物局部污沾引起的附加误差，从而大大提高测量仪的测量精确度。而且由于测温时由许多被测点感温，被测温度则为这些被测点温度的总和，因此即使有一、二个点因表面被氧化皮等污染，由于采用等权分布和比色测量，对其测量精确度也无影响，这比不等权分布误差要小得多。

本发明的工作原理是：被测物体辐射的红外线（光波）通过光导棒、石英光纤束向内传输，光纤束按其入射端面的各点的光能量等权均分，使光纤束尾部等分成二分束，此二分束分别通过二个特定波长的滤色片和与此滤色片相粘合的二个光电转换器测得二个电压信号，再通过放大器放大，和用除法器相除，得到的输出电量之比直接与温度有关，此信号经模/数转换、微机数据处理，就可将此温度信号以数字显示、模拟量输出、打印输出等多种形式给予输出。

实施例：

图1    红外光导纤维比色温度仪原理方框图

图2    温度检出器示意图

图3    光纤束等权分布示意图

图2中1导光棒测头，2连接套，3光导纤维束，4光纤头套，5光纤束保护套管，6三通体，7塑料管，8套体，9光纤出光端套，10滤色片（A和B），11光电转换器（A和B），12垫，13螺母。

由图1、2、3可知，本实施例由温度检出器、除法器、电源、模/数转换器、微处理机所组成，温度检出器包括光纤传送部分、接收部分和放大部分所组成，其中接收部分由二个特定波长的滤色片10和二个光电转换器11所组成，光纤传送部分包括有设置于保护套管5内的石英光纤束3，此光纤束至尾部分成两分束，其特征在于：在光纤束3前端设有一顶端呈锥面状的光纤头套4、光纤头套4顶端锥面上装设一连接套2、连接套2顶端的孔内设有一伸出连接套的耐高温、可更换、不易拉毛的小直径导光棒测头1，光纤束尾部分为等光量的两个分束，此两分束按处于同一被测位置的二根光束在两分光束中各分一极的光能量等权均分的方式而分束。

本实施例中，导光棒测头为一直径小于1.2mm的锥形测头，连接套2内的放导光棒的孔为一与导光棒相配的锥形孔。每个分光束通过由套体8、光纤出光端套9、垫12、螺母13，将光纤分束紧紧地与滤色片10、光电转换器11组装在一起。

本发明的测温仪因其光纤测头前端设有耐高温、不易拉毛、可方便地更换的导光棒测头，且此测头的直径可制作为小于1.2mm，因此它可用于在恶劣高温环境下对近距离的小直径凹域的测温，在现有技术中因光纤本身在高温时易拉毛、受污损，因此靠近被测物时易损坏，现用导光棒可克服此弊病，且导光棒的直径很小，所以它可用于对各种形状的实物的近距离测量，例如对淬火齿轮的齿底温度的检测，对小孔、深槽温度检测等，从而使现有红外光导纤维比色测温仪存在问题得到较圆满的解决。另外因本发明中采用将两分光束以光能量等权均分的办法，使得测量精度大大提高，尤其对近距离小面积被测物，当其局部因有尘灰沾污时，其各点发光量不同，如不采用本发明的光能量等权均分，不将相同被测位置的光纤平均分为两分束，而是如以前的就总极数平均分，则往往会造成误差很大，由此可见本发明可提高测量精确度，这种测温仪对机械零件淬火测温等工况将具有特殊的使用价值。