[实用新型]光导纤维耦合式热金属检测器

说明书

本实用新型属于热金属位置检测装置，特别是采用光导纤维耦合式的热金属检测装置。

热金属检测器是轧钢过程控制系统中不可缺少的检测装置，用于跟踪轧件的运动过程。现有的热金属检测器都采用光学镜头耦合方式，即通过光学透镜，将热金属所发出的红外辐射光聚焦在光敏元件窗口上，通过光电转换、放大整形后，输出继电器接点信号及电平信号。这种热金属检测装置的关键部件是光学透镜，其弱点也就在这关键部件上：1）根据检测要求，其光学透镜及光敏元件必须严格地按照透镜的焦距关系制成一体；2）为保证有足够的光能进入光敏元件窗口，透镜的镜头直径也必须足够大，通常要达到50mm左右，因此在现场安装困难，镜头的冷却和防尘保护也很困难；3）由光学镜头与光敏元件及光电转换电路构成的探头必须直接瞄准被观察目标，加之检测器本体体积较大，因此不易隐蔽安装在被测目标附近，从而常被现场移动物所撞坏，或被遮挡，直接影响检测；4）易受外界光源的干扰和机械振动的干扰。

本实用新型的目的是提供一种采用光纤耦合的，探头和光电转换部分分离的热金属检测器。

本实用新型的另一个目的提供一种能耐高温的、外径尺寸小、能弯绕、易于防尘保护的热金属检测器探头。

本实用新型的再一个目的是提供一种尺寸小、重量轻、现场安装方便、可靠性高的热金属检测器。

按照本实用新型的热金属检测器，由探测红外辐射的传光束光导纤维探测件和光电转换部分所组成，用可弯绕的传光束光导纤维将红外辐射探头和光电转换部分耦合起来。探头所测得的热金属红外辐射信号通过此柔性传光束光导纤维耦合到光电转换部分的光敏元件的窗口上，然后转换成电平信号输送到轧钢过程控制系统中。

按照本实用新型，可将探头安装在被测热金属附近，而光电转换装置则可安装在远离被测热金属的安全地方，因此光电转换部分不受热辐射，机械碰撞损害，确保安全运行。

按照本实用新型，探头可由自聚焦透镜与传光束光导纤维端面耦合而成。此探头耐高温、外径尺寸小，可弯绕，易于防尘保护。

按照本实用新型的热金属探测器光导纤维有两种耦合形式：

1.光导纤维与透镜结合型，适用于被测热金属温度较低（400～800℃），红外辐射较弱的情形。这种热金属检测器采用与传光速光导纤维相匹配的自聚焦耦合透镜，置于光导纤维的前端，增加探头的聚光能力，末端加耦合透镜耦合于光敏元件的窗口上，以增加光导纤维的传光能力。

2.直接耦合型，适用于被测热金属较高（700～1300℃），有较强红外辐射的情形。传光束光导纤维前端不加聚光镜，末端不加耦合透镜，采用直径为3～5mm的传光束光导纤维直接耦合。

按照本实用新型，可将传光束光导纤维前端探测部分分成几束，末端集合在一起耦合到光敏元件窗口上，这样就可以实现光路上的“或”处理，制成多通道光纤耦合式热金属检测器。

按照本实用新型，所选用的传光束光导纤维透过率与光敏元件的光谱响应及被检测目标光谱发射率相匹配。

采用本实用新型的热金属检测器，由于光导纤维耐高温、直径小、孔径角大（67°），可弯绕，其探测端可接近被检金属，光电转换部分离现场远，使之容易隐蔽安装，安全可靠，位置精度高，粉尘、蒸汽的干扰影响小，抗干扰能力强。

下面结合附图对本实用新型作详细说明。

图1为本实用新型的传光束光导纤维直接耦合式热金属检测器原理图。

图2为本实用新型的光导纤维与耦合透镜结合式热金属检测器。

图3为双通道直接耦合式热金属检测器。

如图1所示，本实用新型的热金属检测器由耦合在光敏元件窗口上的传光束光导纤维探测件3和光敏元件5、光电转换器6所组成，传光束光导纤维直径为3－5mm，其长短取决于检测现场的要求。其前端为探测端即探头，末端耦合在光敏元件5的窗口上。当在其前端有热金属出现时，即检测到由热金属所辐射出的红外信号，光纤将此信号传输到光敏元件5由光电转换器6转换成电信号输送到轧钢过程控制系统。

图2为本实用新型的另一种实施方案，其中的光导纤维探测件由装在光纤前端的自聚焦透镜2、传光束光导纤维7、装在光纤末端的耦合透镜4所组成。这种检测器适用于热金属温度较低的情形（400～800℃）。

图3为本实实用新型的又一种实施方案，其中的光导纤维检测器3的前端探测部分分成多支（图中示出两束），末端集合在一起耦合到光敏元件窗口上。这种方式用于实现光路上的“或”处理。

本实用新型的热金属检测器用于某轧钢厂的轧钢过程控制系统中，检测钢坯及成品钢的位置，取得满意的效果。在轧钢生产线上安装了9个光纤耦合式热金属检测器，被检测金属端部尺寸从25×25mm的方钢坯到φ18的成品线材。不需要任何冷却、防尘措施，检测器工作稳定可靠。