基于虚拟仪器技术的辐射式光纤测温系统的研究(11)

第1章 绪论

本等发达国家对光纤温度测量系统都做了大量的研究，并在不同程度上进入了实用化阶段。在此技术基础上，走在最前列的美国，目前已有多家公司生产工业及军用光纤测温系统。国内清华大学、浙江大学及西安电子科技大学等高校也开展了光纤测温技术方面的研究。例如，清华大学周炳琨等人设计的光纤测温传感器测温范围可达 400-1300℃，重复性和稳定性可达 0.1%，灵敏度可达 0.1℃，空间分辨率达几百微米，响应时间为毫秒量级，但是较之国外产品仍有较大的差距。对于温度参数测量的传感器尤其是非接触式的光纤测量系统以其独特的特点被广泛的研究和应用[13]。

另一方面，虽然非接触测量传感头不与高温物体接触，不宜烧坏，则测量范围宽；整个系统用光信号进行传感和传输，受电磁干扰少。但其光学辐射温度系统最主要的缺陷是精度不高，这是由以下几个方面造成的：(1)测量系统是靠经验来选择与被测物体的距离、黑度系数和判断是否瞄准，这样容易产生主观误差。(2)测量场地的粉尘、水蒸气都会影响光的照射，从而带来测量误差。环境温度也易影响传感器，甚至使其不能正常工作。(3)辐射系数 对测量系统带来影响。由于物体的辐射能力由辐射系数 表示， 的大小决定于材料的性质、表面形状、温度和光的波长， 的准确度将影响系统的测量精度。采用比色法制成的双色型光纤温度传感器，虽然可以克服环境因素的干扰，但由于光纤中光的能量本身就十分微弱，经过干涉滤光片后，传输的光信号就更加微弱而难以检测，以致影响到测量的准确性。因此，研究一种新型的辐射式光纤测温系统具有重要的意义。

针对上述问题，本课题拟立足国内现状，寻找一种经济、可靠、准确且能重复使用的辐射式光纤测温系统，使其从整体上达到工业生产的要求。

该课题的研制成功将在冶金、建材、机械、化工等行业的被测体温度的测量与在线控制中有着广泛应用前景，对产品质量保证与控制有重要意义。例如炼钢炉的炉温测量、玻璃熔窑窑口及控制过程中的温度测量，高频焊接的温度在线测量与控制，连铸的温度分布测量，高频加热工件表面温度测量与控制，以及机床导轨高频淬火的温度测量等，都体现出该高温测量仪器的应用价值与前景，尤其在不可视构件内部的温度测量应用中，更显示出光纤作集光和信号传输的独到优势。而且对提高产品质量，减少废品率，节约能源和原材料，降低成本，提高劳动生产率具有显著的经济效益和社会效益。 5

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