专利名称：一种便携式比色光纤测温系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种测量系统，特别是涉及一种测温系统。
背景技术：
光纤测温是一种新型非接触式测温技术，具有抗电磁干扰、耐腐蚀、耐高温以及光路可弯曲等优点，近年来得到广泛应用。光纤测温的理论依据是物体温度与发光波长具有 对应关系。比色光纤测温是采用两套光纤探头和滤光片得到两路波长数据，其理论依据是温度值与这两路波长的比值具有对应关系，而且此关系式几乎不受环境影响，因而精度更高。光纤测温技术解决了许多热电偶等常规测温无法解决的问题，尤其在高温领域显示了强大的优势。比如，在燃气轮机温度检测中，针对其内部工作环境恶劣等特点，传统的方法是用热电偶测量排气温度，然后用经验公式间接推算出燃气温度。针对高速喷射燃气这一特殊条件，采用石英光纤传输媒介和比色法测温还可以克服一般辐射测温的不足。目前比色光纤测温的主要问题是设备价格昂贵，已有的光纤测温仪大多数使用DSP处理器，成本高，难以在中小铸造企业推广，比如采用美国IO公司研制的光纤探头的10-610系列比色高温仪价格万元以上，在小型铸造企业不易推广。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种成本低、并且测量可靠，体积小便携式的比色光纤测温系统。本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为一种便携式比色光纤测温系统，其特征在于包括接收铸造炉发出的红外光波的光纤探头及其后连接的光纤，光纤的输出端经过分光器件形成两束不同波长的红外光，该两束不同波长的红外光经过光电转换器件后产生两路电信号，该两路电信号经过信号放大电路以及A/D转换电路后送入单片机系统进行计算。优选地，所述分光器件为双色调制盘。为了便于计算和通信，还包括一主机和无线模块，所述单片机系统可通过无线模块将数据传输至该主机。为了便于使用者使用，所述主机还连接有蜂鸣器、LED和IXD。与现有技术相比，本实用新型的优点在于本实用新型的比色光纤高温仪基于单片机处理器，具有价格低、体积小、响应快、抗干扰能力强等优点，因此在中小铸造企业等具有很好的推广应用空间。
图I为本实用新型便携式比色光纤测温系统的系统框架示意图。图2为本实用新型测温系统中无线通信的示意图，图2a为发射端的示意图，图2b为接收端的示意图。[0011]图3为本实用新型的测温系统的无线模块的引脚电路图。图4为本实用新型的测温系统的单片机接口电路图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。比色光纤测温的原理，如下所述，由普朗克公式可知Mxj-I)^1(OΜλ,τ是绝对黑体发射出的光谱辐射通量密度，C1 = 3.7415 x 10_16Wm2、C2 =1043879 X 10_2，分别是普朗克第一、二辐射常量，λ是黑体的辐射波长，T是黑体的热力学温度。被测物体一般为非黑体，设&和~2分别为入1和λ 2波长范围内的平均发射率，则
和为实际物体单色光谱的辐射亮度。若利用不同波长的滤光片，取出同一物体发射的两个不同波段的辐射，当所选择的两波段ε值相近时可近似认为。比色光纤测温，就是利用不同波长信号的两路电压的比值与温度的单值关系来确定物体温度的，不同波长信号的两路电压信号V1和V2可通过硅光电池采集辐射信号经光电转换后得至IJ，可分别表示为V1 = U1M .^t,V2 = U2Mλ Τ(2)其中a i和α 2是光电转换系统的传输的系数，由光电转换器件例如光电探测器，放大电路以及分光器件等因素决定共同。由式(I)和式(2)得
V OL C Ta, Y-L=—L.—L. -L .e
V2 O1 C2 UJ⑴
/ \ 5令K=·^··^·,β=€2(λι-λ2)，则有
a 2 C2 Iv JWT = β ln(^)(4)由式⑷可知两路电压信号的比值V2Z^V1随温度T的变化而变化，而且是单调函数，可通过计算电压比换算出物体的实际温度，这就是本实用新型计算温度的原理。本实用新型的便携式比色光纤测温系统，包括采集铸造炉发出的红外光波的光纤探头以及光纤，光纤中的光经过分光镜、滤波片或是棱镜等分光器件分光之后，经过调制得到两个不同波长的红外光。如图I所示，此时，两个波长的红外光经过光电探测器产生两路电信号，由于电信号比较微弱，在进行A/D转换之前还必须先经过信号调制、放大处理。经过调制的两路信号送入A/D转换电路以及单片机进行软件滤波和比较，然后通过单片机计算出温度的大小，通过无线模块将温度数据发送至主机，主机接收到温度信号后进行实时温度判断，也可以直接将A/D转换后的数据通过无线模块直接发送至主机，然后由主机进行温度的计算和监控判断。并且该主机还可以连接蜂鸣器等装置对异常情况进行报警，如图2b所示。该主机以及单片机都可以连接LED用于显示运行状态，该主机还可连接IXD用于显示测得的温度。本实用新型中的光电探测器选用硅光电池，而分光器件可采用双色调制盘。双色调制盘在电动机带动下交替接收来自光纤探头的辐射，产生两种不同的光信号。由于两个波长的测量是分时的，所以信号处理的响应时间要长一些。这对于温度或运动变化较快的高温物体而言测量误差较大，但对于铸造炉测温而言几乎不存在此问题。硬件电路主要包括发射端和接收端两部分，其中单片机选用宏晶公司的STC12C5608AD型单片机，为方便设计无线发送选用集成化模块。硬件电路结构如图2所示，其中图2a为发射端的模块示意图，图2b为接收端的模块示意图。无线模块引脚分布如图3所示，及其与单片机的接口电路如图4所示。由于比色光纤法测温需用到两路AD采样，所以设计了 2个A/D采样引脚ADl和AD2，分别为单片机的Pl. O和Pl. I引脚。本实用新型的测温方法，跟热电偶直接测量相比较，考虑到铸造炉测温的实际需要，主要在1500°C以上测试验证。结果表明1500 1600°C测温区间的误差幅度为I 5°C，1600 1700°C测温区间的误差幅度为2 8°C，满足铸造炉测温的一般要求。本实用新型的比色光纤高温仪基于单片机处理器，具有价格低、体积小、响应快、抗干扰能力强等优点，因此在中小铸造企业等具有很好的推广应用空间。除上述实施例外，本实用新型还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本实用新型权利要求的保护范围之内。
权利要求1.一种便携式比色光纤测温系统，其特征在于包括接收铸造炉发出的红外光波的光纤探头及其后连接的光纤，光纤的输出端经过分光器件形成两束不同波长的红外光，该两束不同波长的红外光经过光电转换器件后产生两路电信号，该两路电信号经过信号放大电路以及A/D转换电路后送入单片机系统进行计算。
2.如权利要求I所述的便携式比色光纤测温系统，其特征在于所述分光器件为双色调制盘。
3.如权利要求I所述的便携式比色光纤测温系统，其特征在于还包括一主机和无线模块，所述单片机系统可通过无线模块将数据传输至该主机。
4.如权利要求3所述的便携式比色光纤测温系统，其特征在于所述主机还连接有蜂鸣器、LED和LCD。
专利摘要一种便携式比色光纤测温系统，包括接收铸造炉发出的红外光波的光纤探头及其后连接的光纤，光纤的输出端经过分光器件形成两束不同波长的红外光，该两束不同波长的红外光经过光电转换器件后产生两路电信号，该两路电信号经过信号放大电路以及A/D转换电路后送入单片机系统进行计算。本实用新型的比色光纤高温仪基于单片机处理器，具有价格低、体积小、响应快、抗干扰能力强等优点，因此在中小铸造企业等具有很好的推广应用空间。
文档编号G01K11/32GK202393530SQ2011205327
公开日2012年8月22日 申请日期2011年12月19日 优先权日2011年12月19日
发明者刘玉良, 林恩灵 申请人:浙江海洋学院