基于黑體空腔的光纖高溫測試系統(tǒng)的研究.pdf

1、在航天、材料、能源、冶金、化工等領(lǐng)域，對高溫強浸蝕性介質(zhì)的溫度測量具有重要的意義。目前常用的溫度傳感器為鉑銠金屬熱電偶和光纖型高溫計。高溫條件下熱電偶壽命短、消耗快、抗腐蝕能力和抗電磁干擾能力都比較差。光纖型高溫計能夠有效的用于高溫測量，但它仍存在一些缺陷，如光纖輻射高溫計由于不能探入被測高溫源內(nèi)部，測量誤差較大；光纖強度法測溫計的精度差；光纖比色測溫計結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以互換，可靠性差；藍寶石光纖高溫計價格昂貴，實用化比較困難。
　　

2、本文設(shè)計研究一種可代替貴金屬熱電偶和藍寶石光纖高溫計的黑體空腔傳感器，它可與被測溫度源直接接觸感受溫度信號，同時設(shè)計光纖輻射測溫系統(tǒng)，使其通過一個密閉空間非接觸的接收黑體空腔傳感器發(fā)出的輻射信號，這樣將接觸式和非接觸式測溫法的優(yōu)點相結(jié)合，同時又避免了因其缺點而帶來的不利因素。論文具體內(nèi)容包括：
　　介紹了黑體輻射的基本定律、黑體表面輻射換熱原理和腔體輻射理論，為系統(tǒng)實現(xiàn)溫度測量提供理論依據(jù)，為計算黑體空腔發(fā)射率提供方法。
　

3、　對黑體空腔傳感器進行了設(shè)計。根據(jù)積分方程理論建立了圓柱形黑體空腔對腔外探測器的積分發(fā)射率模型，并通過分析等溫條件下腔體幾何結(jié)構(gòu)、材料發(fā)射率、探測器大小及位置對積分發(fā)射率的影響，得到了腔體設(shè)計的優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)，提高了溫度測量精度。
　　將黑體空腔傳感器與光纖比色測溫系統(tǒng)相結(jié)合，給出了整個光纖高溫測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，并對各個組成部分進行了詳細介紹。采用透鏡組和光纖準直器收集黑體腔傳感器的光輻射信號并耦合入普通光纖，通過兩個不同波長的窄帶干

4、涉濾光片得到兩路光信號，根據(jù)系統(tǒng)測溫范圍選用 Si和InGaAs集成封裝的光電探測器對信號進行光電轉(zhuǎn)換，經(jīng)放大和信號處理后，最后在Labview虛擬儀器界面中實時顯示溫度。
　　應(yīng)用 ANSYS有限元軟件對黑體空腔傳感器的動態(tài)特性進行了仿真，給出了隨時間變化，黑體空腔傳感器各點的溫度分布和變化情況，并討論了傳感器初始預(yù)熱溫度、熱物性參數(shù)、邊界條件等因素對其精度和動態(tài)特性的影響。對整個光纖高溫測試系統(tǒng)進行了靜態(tài)和動態(tài)溫度測試實驗，取