放入式瞬态温度记录仪的制作方法
【专利摘要】本发明公开的放入式瞬态温度记录仪属瞬态高温测试【技术领域】，该记录仪由金属外壳及一个端面上开的窗口内的温度敏感单元和壳体内的采集控制存储电路单元组成，温度敏感单元是黑体辐射蓝宝石为基底，在基底前表面设置金属薄膜、在金属薄膜上设置陶瓷层，在基底后表面设置窄带滤光膜，在窄带滤光膜后面设置光电变换器构成，采集控制存储电路单元由温度信号调理、采集转换、控制存储、时钟、触发、接口电路等微缩集成为采集控制存储电路模块，并将该模块采用环氧树脂整体固化，记录仪优点有：为接触式一体化仪器，无引线、尺寸小、响应快、精度高，抗恶劣环境，实时采集瞬态温度信号，根据信号自动触发、存储记录，这种瞬态温度记录仪值得采用和推广。
【专利说明】放入式瞬态温度记录仪
【技术领域】
[0001]本发明公开的放入式瞬态温度记录仪属瞬态高温测试【技术领域】，具体涉及的是一种基于黑体测温原理的一体化放入式瞬态温度记录仪。
【背景技术】
[0002]现有瞬态温度测试系统主要缺点是:
1.在高温、高压、高冲击等特殊测试环境下，在测点布置传感器，通过电缆将信号统一接入采集系统，测试环境中存在的强电磁场和强冲击干扰测试系统，严重时可导致电缆及测试系统损坏，不能记录完整的测试数据。
[0003]2.热电偶、热敏电阻、红外等测温方式对静态温度的测量具有较好的效果，但其响应速度慢，动态特性不足，对瞬态温度信号的测量效果不好。
[0004]3.黑体式蓝宝石光纤测温计根据黑体辐射理论，利用蓝宝石光纤黑体腔传感器、锥度光纤、传导光纤、温度测量光电放大器等可以解决高温测量的难题，但仍然需要依靠光纤传输温度信息，蓝宝石光纤黑体腔传感器、锥度光纤、传导光纤和温度测量光电放大器之间连接繁杂，在狭小的测量空间不便使用，无法测量特殊位置瞬态温度信息，且高温、高压、高冲击特殊测量环境下，黑体式光纤传感器机械强度不够，抗冲击性能不足，锥度光纤、传导光纤极易受损，光纤之间信号耦合效率低，衰减严重，测得的温度数据可靠性不高，无法保证被测信息的完整、准确。
[0005]因此，如何既保证高温、高压、高冲击等特殊测试环境下被测温度场实时瞬态温度信息的获取和存储，又能保证测得的温度参数是完整、准确的，且对被测温度场空间无硬性要求已经成为一项亟待解决的课题。
[0006]本发明提供一种新理念的通用放入式瞬态温度记录仪，该记录仪克服了现有技术需传感器拉线+采集卡模式等传统温度测试系统存在的上述种种不足或缺点。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是:向社会提供这种放入式瞬态温度记录仪，该记录仪在高温、高压、高冲击等特殊测试环境下能获取和存储被测温度场实时瞬态温度信息，又能保证测得的温度参数是完整、准确的。
[0008]本发明的技术方案是这样的:这种放入式瞬态温度记录仪，技术特点在于:所述的该瞬态温度记录仪由记录仪外壳及壳内的温度敏感单元和采集控制存储电路单元组成。所谓放入式意味着本记录仪体积微小，将该记录仪置于被测温度场内，具有实时采集温度信号，根据温度信号自动触发，实时记录被测温度场瞬态温度信息并将其存储，以便我们获取这些被测信息。同时，放入式瞬态温度记录仪具有外形尺寸小，测量温度高，抗高压，抗电磁干扰，易于测量微小空间内温度信息等优点。
[0009]根据以上所述的放入式瞬态温度记录仪，技术特点还有:所述的温度敏感单元由安装于记录仪机械外壳一个端面上开的窗口内的黑体辐射温度敏感体组成，所述的黑体辐射温度敏感体具有将温度场点的瞬态温度信号从热能---辐射光能---电能信号连续转换的整体化黑体辐射温度敏感体结构，黑体辐射温度敏感体的输出端联接采集控制存储电路单元的输入端。
[0010]根据以上所述的放入式瞬态温度记录仪，技术特点还有:所述的采集控制存储电路单元由温度信号调理电路、信号采集转换电路、控制存储电路、时钟控制电路、触发电路、接口电路微缩集成为采集控制存储电路模块。为了使该记录仪微小型化、耐高温、抗高压，抗电磁干扰等，所以把温度信号调理电路、信号采集转换电路、控制存储电路、时钟控制电路、触发电路、接口电路微缩设计集成为采集控制存储电路模块。
[0011]根据以上所述的放入式瞬态温度记录仪，技术特点还有:所述的整体化黑体辐射温度敏感体结构是安装在记录仪机械外壳一个端面上开的窗口内的蓝宝石为基底，厚度为1.0~10.0_，在蓝宝石基底前表面设置金属薄膜，在金属薄膜上面设置热导率高的陶瓷层，在蓝宝石基底后表面设置窄带滤光膜，在窄带滤光膜后面设置光电变换器，构成整体化黑体辐射温度敏感体，实现温度信号-光信号-电信号的连续转换。所述的蓝宝石a -Al2O3,物理化学性能稳定，机械强度好，红外耐高温光学材料,本质绝缘，耐腐蚀,选择来做黑体辐射温度敏感体的基底和核心件。所述的金属薄膜、窄带滤光膜如可采用沉积或溅射工艺技术或方法分别生长或镀上到蓝宝石基底前后面形成一体的黑体辐射温度敏感体结构，然后在金属薄膜上沉积或溅射热导率高的陶瓷层，在窄带滤光膜后面设置光电变换器。所述的陶瓷层可采用氧化锆ZrO2、或碳化硼B4C、或氮化硅Si3N4制造，陶瓷层厚度为1.0~20.0 μ m。所述的金属薄膜可采用金属钥、或铱、或钼制造,金属薄膜厚度为1.0~50.0 μ m。所述的窄带滤光膜可采用二氧化钛TiO2、或二氧化硅SiO2材料制造，该窄带滤光膜中心波长为680nm、带宽为30nm，厚度为10.0~100.0nm0所述的光电变换器是高质量光电二极管或光电倍增管。
[0012]根据以上所述的放入式瞬态温度记录仪，技术特点还有:所述的采集控制存储电路模块采用环氧树脂将集成的采集控制存储电路模块整体固化。所述的把集成的采集控制存储电路模块整体固化也是为了耐高温、抗高压，抗高冲击等安全考虑。
[0013]根据以上所述的放入式瞬`态温度记录仪，详细技术特点还有:所述的该瞬态温度记录仪将其放入某载体中并置于被测温度场内，上电后由温度敏感单元实时采集温度信号，根据温度信号自动触发实时记录被测温度场点的瞬态温度信息并将其存储于本记录仪中。上述过程就是本发明的放入式瞬态温度记录仪在测温现场整个测试工作过程。
[0014]本发明的放入式瞬态温度记录仪优点有:1.采用一体化黑体辐射温度敏感体结构使测量的温度信号实现从热能一辐射光能一电能信号的连续转换，无需过去的传导光纤、光电放大器等的繁杂连接与复杂结构构造。2.实时采集温度信号，并根据温度信号自动触发，实时记录被测温度场瞬态温度信息并将其存储，保证测得的温度参数完整、准确、安全、可靠。3.接触式一体化测量，无需引线，外形尺寸小，易于测量微小空间内温度信息。
4.存储测试记录信号抗电磁干扰、抗冲击、抗高压。这种放入式瞬态温度记录仪值得采用和推广。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]本发明的说明书附图共有4幅: 图1是放入式温度瞬态记录仪结构示意图；
图2是温度敏感单元结构方框图；
图3是采集控制存储电路单元结构方框图；
图4是温度信号调理电路图。
[0016]在各图中采用了统一标号，即同一物件在各图中用同一标号。在各图中:1.保护套；2是陶瓷层，3是金属薄膜，4是蓝宝石基底，5是窄带滤光膜，6.光电变换器；7.导线；8.机械壳体；9.缓冲橡胶垫；10.采集控制存储电路；11.壳体盖；12.信号调理电路；13.信号采集转换电路；14.触发电路；15.接口电路；16.控制存储电路；17.时钟控制电路；18.电池；Vin.输入端；P1是电位器；R1?R7.均是电阻;U1?U4.均是运算放大器；Q1、Q2.均是NPN型三极管；C1?C3均是电容；Vout.输出端。
【具体实施方式】
[0017]本发明的放入式瞬态温度记录仪非限定实施例如下:
实施例一.放入式瞬态温度记录仪
该例的放入式瞬态温度记录仪由记录仪外壳及壳内的温度敏感单元和采集控制存储电路单元组成。该例纪录仪的实体结构由图1示出，图1是放入式温度瞬态记录仪结构示意图，在图1中:I是保护套，2是陶瓷层，厚度为1.0?20.0 μ m，3是金属薄膜，厚度为
1.0?50.0 μ m，4是蓝宝石基底，厚度为1.0?10.0mm, 5是窄带滤光膜，厚度为10.0?100.0nm，6是光电变换器，7是导线，8是机械壳体，9是缓冲橡胶垫，10是采集控制存储电路，11是壳体盖。图2所示的是温度敏感单元结构方框图，图2中:2是陶瓷层，3是金属薄膜，4是蓝宝石基底，5是窄带滤光膜，6是光电变换器。该例的温度敏感单元由安装于记录仪机械外壳一个端面上开的窗口内的黑体辐射温度敏感体组成，这个黑体辐射温度敏感体具有将温度场点的瞬态温度信号从热能一辐射光能一电能信号连续转换的整体化黑体辐射温度敏感体结构，黑体辐射温度敏感体的输出端联接采集控制存储电路单元的输入端。该例的整体化黑体辐射温度敏感体结构是安装在记录仪机械外壳一个端面上开的窗口内的蓝宝石4为基底，厚度选择1_、或5 mm、或10_，在蓝宝石基底前表面溅射金属薄膜3,厚度选择I μ m、或10 μ m、或20 μ m、或30 μ m、或40 μ m、或50 μ m,在金属薄膜上面溅射热导率高的陶瓷层2，厚度选择I μ m、或5 μ m、或10 μ m、或20 μ m，在蓝宝石基底后表面采用磁控溅射工艺镀上窄带滤光膜5，厚度选择10nm、或20nm、或30nm、或40nm、或50nm、或60nm、或70nm、或80nm、或90nm、或IOOnm,在窄带滤光膜后面设置光电变换器6,构成整体化黑体辐射温度敏感体。该例的蓝宝石Q-Al2O3，物理化学性能稳定，机械强度好，红外耐高温光学材料，在0.3?4.0 μ m波段范围内透光性很好，熔点高达2045°C，本质绝缘，耐腐蚀，选择来做黑体辐射温度敏感体的基底，这个整体化黑体辐射温度敏感体结构的蓝宝石将温度场点的瞬态温度完成从热能到辐射光能的转换。所述的金属薄膜可采用金属钥制造，所述的金属薄膜具有较高的发射率并随着温度的升高而增大，适用于高温场合。所述的热导率高的陶瓷层具有熔点高，热膨胀系数小，导热系数高并能够保护金属薄膜，防止金属薄膜层被高温氧化，所述的陶瓷层可采用氧化锆ZrO2制造。所述的窄带滤光膜可采用二氧化钛TiO2材料制造,所述的窄带滤光膜5中心波长为680nm、带宽为30nm。所述的光电变换器6是高质量光电二极管或光电倍增管，用来完成光电信号的转换。图3所示的是采集控制存储电路单元结构方框图，在图3中:12是温度信号调理电路，该电路包括有放大电路、滤波电路，13是信号采集转换电路，14是触发电路，15是接口电路，16是控制存储电路，17是时钟控制电路，18是电池。该例的采集控制存储电路单元由温度信号调理电路12、信号采集转换电路13、控制存储电路16、时钟控制电路17、触发电路14、接口电路15微缩集成为采集控制存储电路模块。为了使该记录仪微小型化、耐高温、抗高压，抗电磁干扰等，所以把温度信号调理电路、信号采集转换电路、控制存储电路、时钟控制电路、触发电路、接口电路微缩设计集成为采集控制存储电路模块。图4是温度信号调理电路图，图4中:Vin是光电变换器的信号输出端，Pl是电位器，町、1?2、1?3、1?4、1?5、1?6、1?7是电阻，仍、U2.U3.U4是运算放大器，Ql、Q2是NPN型晶体管，Cl、C2、C3是电容，Vout是温度信息调理电路信号输出端。该例的采集控制存储电路模块采用环氧树脂将集成的采集控制存储电路模块整体固化。所述的把集成的采集控制存储电路模块整体固化也是为了耐高温、抗高压，抗电磁干扰等安全考虑。同时，放入式瞬态温度记录仪具有外形尺寸小，测量温度高，抗高压，抗高冲击，抗电磁干扰，易于测量微小空间内温度信息等优点。该例的瞬态温度记录仪将其放入某载体中并置于被测温度场内，上电后由温度敏感单元实时采集温度信号，根据温度信号自动触发实时记录被测温度场点的瞬态温度信息并将其存储于本记录仪中。上述过程就是本发明的放入式瞬态温度记录仪在测温现场整个测试工作过程。
[0018]实施例二.放入式瞬态温度记录仪
该例的放入式瞬态温度记录仪具体结构可用图1~图4等联合示出，该例的放入式瞬态温度记录仪与实施例一的放入式瞬态温度记录仪不同点有:该例在蓝宝石基底前表面沉积金属薄膜3，所述的金属薄膜可采用金属铱、或钼制造；在金属薄膜上面沉积热导率高的陶瓷层2，所述的陶瓷层可采用碳化硼B4C、或氮化硅Si3N4制造；在蓝宝石基底后表面采用脉冲激光沉积工艺镀上窄带滤光膜5，所述的窄带滤光膜可采用二氧化硅SiO2制造。该例的放入式瞬态温度记录仪其余未述`的`，全同于实施例一中所述的，不再重述。
【权利要求】
1.一种放入式瞬态温度记录仪，特征在于:所述的该瞬态温度记录仪由记录仪外壳及壳内的温度敏感单元和采集控制存储电路单元组成。
2.根据权利要求1所述的放入式瞬态温度记录仪，特征在于:所述的温度敏感单元由安装于记录仪机械外壳一个端面上开的窗口内的黑体辐射温度敏感体组成，所述的黑体辐射温度敏感体具有将温度场点的瞬态温度信号从热能一辐射光能一电能信号连续转换的整体化黑体辐射温度敏感体结构，黑体辐射温度敏感体的输出端联接采集控制存储电路单元的输入端。
3.根据权利要求1所述的放入式瞬态温度记录仪，特征在于:所述的采集控制存储电路单元由温度信号调理电路、信号采集转换电路、控制存储电路、时钟控制电路、触发电路、接口电路微缩集成为采集控制存储电路模块。
4.根据权利要求2所述的放入式瞬态温度记录仪，特征在于:所述的整体化黑体辐射温度敏感体结构是安装在记录仪机械外壳一个端面上开的窗口内的蓝宝石为基底，在蓝宝石基底前表面设置金属薄膜，在金属薄膜上面设置热导率高的陶瓷层，在蓝宝石基底后表面设置窄带滤光膜，在窄带滤光膜后面设置光电变换器，构成整体化黑体辐射温度敏感体。
5.根据权利要求1所述的放入式瞬态温度记录仪，特征在于:所述的该瞬态温度记录仪将其放入某载体中并置于被测温度场内，上电后由温度敏感单元实时采集温度信号，根据温度信号自动触发实时记录被测温度场点的瞬态温度信息并将其存储于本记录仪中。
【文档编号】G01J5/52GK103743490SQ201310654808
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2013年12月9日 优先权日:2013年12月9日
【发明者】尤文斌, 丁永红, 马铁华, 石正全, 祖静, 张瑜 申请人:中北大学