专利名称：光谱法连续测量瞬态温度的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型所属技术领域为光谱测温技术。
瞬态温度的测量通常有两种方法，一是探头扫过固定不动的被测物体；二是探头不动，被测物体扫过探头。第一种方法因受探头重复性机械运动的限制，扫描频率达不到快速测量的要求，因而只能用被测物体成像快速扫过探头的方法。用光谱技术测量电弧等离子体的温度已有很长的历史，但对非稳态电弧温度的诊断尚存一些问题。因为非稳态电弧温度变化很快，存在时间很短，电弧的位置又不固定，电弧的组分含量不能确定，所以现有的测温装置不能满足要求。例如英国利物浦大学的露易斯等人所做的大功率SF6断路器中电弧过零区的光谱测温工作，采用OSA系统，只能测量某一时刻电弧截面上温度分布。又如中国林萃等人用光谱法及激光干涉法测量SF6、N2中直流稳态电弧的温度分布，它是单面转镜扫描测温系统，虽可对电弧成像快速扫描，测出某一时刻的电弧截面上的温度分布，但由于单面反射镜扫描的效率低，两次扫描间隔时间较长，因而不能快速连续地测量非稳态电弧等离子体的截面温度分布及其截面温度随时间的变化。
本实用新型发明创造的目的，是为解决电弧等离子体以及其它瞬态温度诊断中现尚存的问题，设计出一种光谱法连续测量瞬态温度的装置，具有对发光物成像连续快速扫描的特点，从而满足工业及科学研究中的需要。
本实用新型设计出一种光谱法连续测量瞬态温度的装置，由光探测及扫描机构，分光机构、信号处理及显示机构所组成，其特征在于所说的光探测及扫描机构包括装有多块反射镜可快速旋转的多边反射镜轮及能将被测发光物成缩小的像于多面反射镜上的可变焦距的透镜组及将反射镜反射的光放大成像的透镜、所说的分光机构包括将经过透镜的光进行分光的光栅摄谱仪及与光栅摄谱仪相连的多通道谱线强度接收器。所说的反射镜轮周边侧壁上有环形槽，所说的多块反射镜嵌固于槽中。所说的扫描机构还可包括由壳体、上盖及基座相互连接成一腔体，所说的多边反射镜轮设置在该腔体中并通过连接轴与马达转轴相连，所说的壳体上有两个通孔构成接收、反射通路。所说的扫描机构还包括可有用于测量旋镜的转速的转速计所说的反射镜轮开有多个通孔，所说的转速计由分别安装在所说镜轮上下对应位置的发光体及光电接收器、计数器组成。
本实用新型的多通道谱线强度接收器包括多个狭缝块与狭缝块相连接的多个滑动块，每个滑动块与定位光杆及滑动光杆接触，所说滑动光杆两端分别与弹簧与螺旋微动仪相连。
本实用新型的工作原理是探测光路和扫描机构中的可改变成像焦距的透镜组，它将电弧成缩小的像于多面反射镜轮上，实现对电弧成像的快速连续扫描，然后经过透镜再将成像放大，经传像光纤进入后面的光栅摄谱仪。该装置的多通道谱线强度接收器与光栅摄谱仪配合使用，可同时接收四条谱线强度，若光栅摄谱仪改为红外光栅，即可接收红外区谱带。
本实用新型的信号处理及显示机构可采用通用微机并配有功能齐全的计算机软件，可对测量数据快速处理，温度测试结果可直接显示及通过与微机相连的打印机打印出来。本实用新型还可配置X－Y记录仪及示波器记录、显示接到的光谱的强度及波形。
本实用新型光谱法连续测量瞬态温度的装置与现有技术比，主要优点是能对发光物成像进行快速连续的扫描，高速数据采集系统能将扫描到的模拟信号快速转换为数字信号储存起来，因而，整个系统能快速测量发光物截面温度分布，同时能跟踪测量截面温度随时间的变化。它能同时测出四条谱线强度，因而可用于被测电弧组分含量未知的情况。本实用新型特别适合为研究各种非稳态电弧的机理提供了条件并满足工业上的需要，同时该装置不仅可测量可见光光谱，还可测量红外光谱，其测量范围及应用领域广泛。
附图简要说明
图1为本实用新型一种实施例中的光探测及扫描机构结构示意图。
图2为图1中的多边反射镜轮结构剖示面。
图3为本实施例中的多通道谱线强度接收器结构示意图。
本实用新型设计出一种光谱法连续测量瞬态温度的装置的实施例，由光探测及扫描机构，分光机构，信号处理及显示机构三大部分所组成，其主要部件的结构如图1－图3所示，结合各附图详细描述如下1、光探测及扫描机构图1为光探测及扫描机构结构示意图。
图中，1为可变焦距的透镜组镜筒，2为多边反射镜轮，3为反射光接收透镜筒。镜筒1与镜筒3相互成垂直方向分别与镜轮2的外壳相固接。镜筒1为一般可变焦距镜筒结构，通过旋转镜筒可改变安装在其中的两片透镜11，12的距离，使被测发光物经透镜组缩小成像于反射镜上。透镜组11，12可配备两套，一套用普通玻璃制成，用于测可见光部分，另一套用CaF2材料制成，用于测量红外光部分。镜筒3内一端安装有一透镜31，另一端与传光光纤的接收端32相连接，调整光纤接收端32与透镜31的距离，使通过透镜的光放大成像于光纤接收端。多边反射镜轮2的结构如图2所示。多面反射镜轮210固定在转轴211上，通过轴承212将轴211约束在壳体220和顶盖221上，壳体220上有两个方孔，一个安装透镜组镜筒1用于入射光束，另一个安装透镜筒3用于出射光束。转轴的一端通过联轴节231与驱动电机轴231相连，驱动电机230由紧固螺栓241固定在顶盖221上，顶盖221与壳体220由紧固螺栓242固定在一起，并由螺栓243与基座222固定。反射镜213用高强度粘接剂固定在反射镜轮210上，并利用反射镜轮210上的环形槽来固定，使其克服高速旋转时带来的强大离心力，反射镜轮210上打有多个小孔，安装在壳体上并伸入到镜轮下方的灯泡250发出的光线经小孔射到光电传感器上，该信号提供给转速计用于测量旋镜的转速。
2、分光机构由通用的光栅摄谱仪及与之相连的多通道谱线强度接收器构成。被测发光物(例如电弧)成像传光光纤接收端32进入光纤并传至光栅摄谱仪的入口狭缝，经光栅摄谱仪分光后，谱线强度由谱线强度接收器接收。本实施例的多通道谱线强度接收器的结构见图3。多通道谱线强度接收器设有4条谱线通道，每个通道狭缝块41上，系统每个滑动块42都与固定光杆43接触，并与滑动块弯头处的滑动光杆44接触，有紧固螺钉固定。滑动光杆由两端壁面45支撑，滑动光杆的一端由弹簧46压紧，另一端由螺旋微动仪47压紧，整个狭缝装在密封体内。
接收狭缝块41能够更换，各个狭缝块上的狭缝48之间的距离可以通过滑块42和滑动光杆44及螺旋微动仪47进行调节，以便接收不同谱线。
3、信号处理及显示机构由光电接收器、放大器、A／D转换器微机及打印机、示波器、X－Y记录仪等通用元器件所组成。其工作过程是谱线强度由谱线强度接收器接收后，经光导纤维传至光电倍增管，光电倍增管的工作电压由高压电源提供。放大器具有可调的放大倍数、较高的输入阻抗及很好的频率响应特性，使光电转换信号放大后提供给计算机中的A／D采集卡进行数据采集，最后由予先存储在计算机中的数据处理程序进行计算，其结果由打印机输出。连接于光栅摄谱仪的示波器及X－Y记录仪可用于观察信号波形，通过一选择开关转换观察各通道的信号。
权利要求1.一种光谱法连续测量瞬态温度的装置，由光探测及扫描机构，分光机构、信号处理及显示机构所组成，其特征在于所说的光探测及扫描机构包括装有多块反射镜可快速旋转的多边反射镜轮及能将被测发光物成缩小的像于多面反射镜上的可变焦距的透镜组及将反射镜反射的光放大成像的透镜、所说的分光机构包括将经过透镜的光进行分光的光栅摄谱仪及与光栅摄谱仪相连的多通道谱线强度接收器。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于所说的反射镜轮周边侧壁上有环形槽，所说的多块反射镜嵌固于槽中。
3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于所说的扫描机构还包括由壳体、上盖及基座相互连接成一腔体，所说的多边反射镜轮设置在该腔体中并通过连接轴与马达转轴相连，所说的壳体上有两个通孔构成接收、反射通路。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于所说的扫描机构还包括有用于测量旋镜的转速的转速计，所说的反射镜轮开有多个通孔，所说的转速计由分别安装在所说镜轮上下对应位置的发光体及光电接收器、计数器组成。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于所说的多通道谱线强度接收器包括多个狭缝块与狭缝块相连接的多个滑动块，每个滑动块与定位光杆及滑动光杆接触，所说滑动光杆两端分别与弹簧与旋微动仪相连。
专利摘要本实用新型属于光谱测温技术领域，本装置包括由透镜组及多边反射镜轮组成的光探测及扫描机构，由光栅摄谱仪及与之相连的多通道谱线强度接收器组成的分光机构，以及信号处理及显示机构所组成。本装置具有对发光物成像快速连续扫描，能测量发光物截面温度分布，不仅可测量可见光光谱，还可测量红外光谱，测量范围及应用领域广泛等诸多优点，较好地满足了工业上的需要。
文档编号G01J3/30GK2208228SQ9421953
公开日1995年9月20日 申请日期1994年8月26日 优先权日1994年8月26日
发明者赵文华, 唐林, 麻智文 申请人:清华大学