蓝宝石光纤黑体腔高温传感器的研究

来源 :南京师范大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:donglu1116
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高温环境在钢铁冶炼、晶体生长、火箭发射等工业生产、军事航天领域十分常见。对高温的测量通常有热电偶、红外辐射测温等方法。高温下热电偶材料物化特性不稳定导致其不能长期、连续地进行温度测量。而非接触式的红外测温虽然能有较高的测温上限,但其测量时必须知道热源的发射率情况,且易受背景辐射的干扰,测得的仅是热源表面的亮度温度。光纤传感技术是近些年来的热点之一,其具有抗电磁干扰、防火防爆、响应速度快等优点。以耐高温的蓝宝石光纤为基础的光纤高温传感技术避开了被测热源的发射率,不受空间杂散光以及环境变化的影响,具备光纤传感的突出优势,能够胜任高温场合下的恶劣环境,适合于长期稳定的温度监测。本文详述了基于蓝宝石光纤的黑体腔高温传感器的设计与具体制作的实现。蓝宝石光纤黑体腔高温传感器基于黑体辐射的基本理论,采用在蓝宝石光纤—端通过溅射镀膜形成的薄膜腔作为感温媒介,与高温热源直接接触,实现温度量到光辐射信号的传感。本文采用ANSYS软件对感温腔体进行了有限元分析,得到了腔体构造的优化参数。同时在实验室对传感器进行了实际制作,涉及到感温腔的溅射工艺的具体实现、蓝宝石光纤与石英光纤的耦合以及将光纤探头封装保护的方法。文中采用的制作方法和流程易于在实验室内实现,成本较低,具有较好的可实行性。同时文中对制作完成的传感器进行了高温试验,传感器的输出光信号有与标准黑体接近的的光谱分布。并测试了其输出与被测温度间的关系,得到了指数曲线式变化趋势。证实了传感器输出与传感量之间有良好的对应关系,其具备较好的高温传感特性。
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