光纤高温计的研究

论文摘要

高温的测量一直是温度测量领域的重点和难点。针对高温测量的理论方法和实际应用也有很多。高温测量的工作特点是温度高、变化快、条件恶劣、技术难度大、不可重复的一次性过程。为了能在满足以上条件的情况下,精确的测量被测介质的高温,本文提出了利用蓝宝石光纤黑体腔作为传感探头、普通石英光纤作为传输介质的接触-非接触测温方法。以普朗克定律、史蒂芬-波尔兹曼定律和朗伯定律等相关黑体辐射定律作为高温测量的理论基础,以Gouffe腔体辐射理论作为计算发射率的分析方法,以比色测温法作为温度测量方法,来完成高温被测介质的温度测量。虽然利用比色测温法可以有效的完成高温的测量,但由于整个系统结构、测温现场环境等因素的影响,温度测量值会存在一定的温度偏差。针对测温系统不同的环节,提出在两个方面减小偏差。即传输光纤的损耗偏差和蓝宝石光纤与周围空气之间的辐射换热偏差。再结合比色测温法,得出被测介质的真实温度。整个光纤高温计是由蓝宝石光纤黑体腔、锥形光纤、普通传输光纤、窄带滤波片、低噪声光电探测器、数据处理系统和上位机组成。其中,低噪声光电探测器是由硅光电二极管和两级放大电路组成,数据处理系统采用ARM处理器作为核心处理器完成温度的转换、显示、存储和传输；软件编程采用IAR Embedded Workbench软件完成程序的在线调试和加载；上位机采用LabVIEW软件完成温度信号的在线显示和现场分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景与意义
• 1.2 国内外温度测量技术的发展现状和水平
• 1.2.1 测温方法类型概述
• 1.2.2 光纤温度传感技术的发展
• 1.3 本文的主要工作
• 第2章 光纤高温计的测温原理
• 2.1 黑体辐射的基本定律
• 2.1.1 普朗克定律
• 2.1.2 维恩分布公式
• 2.1.3 斯蒂芬-波尔兹曼定律
• 2.1.4 朗伯定律
• 2.2 发射率的确定
• 2.3 辐射测温方法
• 2.3.1 亮度测温法
• 2.3.2 全辐射测温法
• 2.3.3 比色测温法
• 2.4 本章小结
• 第3章 光纤高温计关键技术研究
• 3.1 传输光纤的损耗特性
• 3.1.1 光纤的损耗与损耗系数
• 3.1.2 光纤损耗的种类
• 3.2 蓝宝石光纤与周围空气间的辐射换热特性
• 3.2.1 辐射换热基本特点
• 3.2.2 辐射换热方程
• 3.3 本章小结
• 第4章 光纤高温计的设计
• 4.1 蓝宝石光纤的特性
• 4.2 蓝宝石光纤黑体腔的特性
• 4.3 锥形光纤
• 4.4 传输光纤
• 4.5 窄带滤波片
• 4.6 低噪声光电探测器
• 4.7 ARM数据处理系统
• 4.7.1 ARM处理器部分
• 4.7.2 参数设定存储器部分
• 4.7.3 温度数据存储器部分
• 4.7.4 SD可移动存储器部分
• 4.7.5 串行通讯接口部分
• 4.7.6 USB接口部分
• 4.7.7 LED数码显示部分
• 4.7.8 键盘输入装置部分
• 4.7.9 供电电源部分
• 4.8 软件编程
• 4.8.1 系统初始化
• 4.8.2 参数设置
• 4.8.3 参数存储
• 4.8.4 温度数据显示
• 4.8.5 温度数据存储
• 4.8.6 串行通讯
• 4.9 上位机设计
• 4.10 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢