蓝宝石光纤传感器在瞬态高温测量中的应用

介绍一种蓝宝石光纤黑体腔瞬态高温传感器及测试系统.测试系统由蓝宝石光纤传感器、锥度光纤、传光光纤、窄带滤光片、光电探测器、数据采集装置及处理软件组成.将在端部具有黑体腔的蓝宝石光纤装在不锈钢螺塞状的紧凑壳体中,用耐高温有机硅涂料填补间隙防止漏光,系统在氧乙炔焰加热均热金属块熔池附近的恒温区进行静态标定,采用了阶跃上升的CO2激光束对黑体感温腔加热,测量系统的动态响应时间.实验表明该系统响应时间在10-2s数量级,能在恶劣环境的下对800～1900℃瞬态高温进行测量.     

蓝宝石光纤黑体腔瞬态高温传感器测量系统特性参数研究

基于普朗克辐射定律溅射陶瓷薄膜的蓝宝石光纤黑体腔传感器能在恶劣的环境下工作,测温范围为900～2 000℃.基于集中热容假设建立了某蓝宝石光纤黑体腔传热数学模型,分析了黑体腔陶瓷膜层材料热物性与其响应速度间的关系.表现为:膜层厚度越小,其热响应速度越高.为测量该传感器的动态响应时间,使用了高功率激光脉冲作为1 500℃高温阶跃输入信号测得时间常数为10-2s数量级.设计了能适应恶劣环境工作的传感器铠装结构.采用高温均热金属熔池实现了传感器的静态标定,从而解决了此类传感器在工程应用中的标定问题.利用该瞬态高温传感器成功地测量了某导弹发射箱前框的瞬态表面高温.     

温度外推在瞬态高温测试中的应用

借助蓝宝石光纤温度传感器和多路数据采集卡,根据传热学的基本原理,建立了瞬态高温的黑体腔外推测试模型,并通过有限差分逼近外推法实现了对瞬态高温的测量.在此基础上,利用氢氧焰来模拟瞬态高温热源,得到了传感器和红外测温仪测得的黑体腔内外膜层温度变化曲线,从而验证了该外推模型及方法的正确性.     

基于传热正反模型的动态测温方法研究

为减少热惯性温度传感器的动态测温误差,提出了基于传热模型和反演算法的动态测温方法,其实质是将求解被测对象的真实温度转化为一个优化问题.该方法首先建立温度传感器非线性非定常瞬态传热正模型和有限元求解方程,并进行实验验证.在此基础上,推导了瞬态传热一阶敏度计算公式,建立了温度传感器的非稳态反演传热模型,结合快速反演算法,反求作为边界条件的被测对象真实温度.将所提出的动态测温方法应用于具有内外两层套管、传热过程复杂的复合温度传感器.实验和仿真结果均表明,正向模型的仿真值与测量值相比最大误差小于5℃,反演求解的被测对象真实温度误差不超过1％,热响应时间由548 s缩短到106s.应用实例分析结果表明,所提出的动态测温方法具有较高的准确性和快速性.     

蓝宝石光纤温度传感器K值标定系统

标定了一种镀制氧化锆陶瓷薄膜的蓝宝石光纤黑体腔温度传感器。标定系统用氢氧焰枪作为热源,以Modl-ine3红外测温仪作为标准传感器,采用数据采集卡(PCI20612)对被校准传感器和Modline3的输出信号同步采集,通过比较法得到K值。实验验证了该方案的可行性,测得K值为98.578×106(V.m2/W),并得到该传感器温度-电压曲线,系统简单,方便,具有一定实用价值。     

标定红外热像仪的一种新型黑体辐射源

提出了一种用于标定红外热像仪的黑体辐射源，黑体腔形状为球形，开孔直径与球腔直径之比为0.13。由恒温液体浴保证黑体腔温度分布均匀，采用水浴和酒精浴时，壁耐最大温差低于0．2℃，油浴时壁面最大温差低于0.3℃。该黑体辐射源升温快，控温稳定性好，工作温度范围可达-20～300℃，有效比辐射率大于0.998。     

低温辐射计斜底腔吸收比测量

考虑在轨绝对辐射定标基准辐射计(ARCPR)要求其测量太阳总辐照度(TSI)的TSI腔的吸收比优于0.999 9,同时测量不确定度在0.001%以下,本文提出采用在空间和低温环境下性能优越的圆柱形斜底腔作为标定太阳总辐照度的黑体腔,并对斜底腔吸收比进行了测量与研究。介绍了斜底腔的特性,分析了低温辐射计多使用斜底腔作为黑体腔的原因。阐述了替代法测量腔体吸收比的原理,增加了参考光路用于监测激光功率,以提高测量重复性和准确性。通过测量信号与参考光路信号的比值计算了斜体腔的吸收比,并对测量结果进行了不确定度分析。测试实验显示,斜底腔吸收比为0.999 928±0.000 005,优于ARCPR对标定黑体腔的要求,验证了将斜底腔作为测量太阳总辐照度的TSI腔的可行性。实验还表明:计算信号电压与参考电压比值,通过比值计算腔体吸收比的方法可以提高测量结果的不确定度,适用于测量超高吸收比腔体的吸收比。     

两种精密中温绝对黑体及其定标

一、前言航天及航空技术中所用传感器离不开光谱辐射亮度的定标,特别是飞行前传感器的定标与试验结果的处理。用国家级绝对辐射计标定两种黑体的Stefan-Boltzman 常数与理论值最大偏差为2%,该偏差表示了绝对黑体所期望的可置信度。黑体B 即使在负载波动很大时,也具有保持均温的自调能力,特别适用于2.5～15.0 μm 系统光谱定标。由于限制光阑半径r_(max)使L/r_(max)=12.5,用Gouffé公式算出ε>0.999[1],定标结果足够令人满意。二、黑体A 的结构及设计考虑图1为黑体A 的构造,其外形φ18×28 cm,孔径φ2～φ8±0.002 mm,中空的隔热套与相当厚的绝热层足以保证绝热性。绕在传热铜管上的加热绕组提供升温到设定值的热能。三只高精度铂电阻对称地镶入黑体腔体内,一只控温,一只保护、报警,另一只精确地测定腔室的即时温度。     

基于面阵CCD图像的温度场测量研究

推导出具有实物面的高温辐射体温度和CCD像素点亮度之间的关系。结合比色测温法，给出一种基于彩色CCD图像的温度场测量方法。用一套经黑体炉标定过的测温系统，分别在黑体炉和普通煤炉上进行测温试验，取得较好结果。通过比较计算温度值和热电偶测量值，分析了本测温方法的误差来源。     

容差分析在空间相机测温电路中的应用

为了提高空间相机测温电路的测温精度,提出用容差分析法研究测温电路的性能。研究了测温电路原理和影响测温精度的各种因素;讨论了电路容差分析的各种方法,比较了它们的优缺点和适用范围,并确定了本课题采用的分析方法。应用最坏情况分析法对测温电路进行了容差分析。根据分析结果提出了一种提高测温精度的方法,并进行分析验证。验证结果表明:改进后的测温电路在-14℃～+50℃内的测温精度满足指标要求,测温精度达到±0.3℃。与改进前的电路相比,性能提高了30倍。     

基于单片机的火炮膛内瞬态温度测试系统

针对火炮膛内气体瞬态温度测量条件恶劣,技术难度大的问题,设计了一种以蓝宝石光纤传感器为测试探头和单片机为开发平台的测试系统,系统包括蓝宝石高温光纤、耦合器、光电探测器及A/D转换器件。基于P lank黑体辐射定律,分析了系统工作原理,并以单片机为平台进行了系统开发。     

基于虚拟仪器技术的光纤测温系统设计

介绍了光纤单色辐射式测温原理，建立了测温系统数学模型，针对恶劣环境下的温度测量问题，利用石英光纤束和窄带滤光片，设计了基于虚拟仪器技术的实时测温系统，阐述了系统工作原理和实现方法，以及系统的硬件和软件结构，说明了在虚拟仪器开发平台上进行数据采集与数据分析的实现方法，采用单片机硬件系统和LabVIEW软件系统以保证测量精度和稳定性，并实现了数据的存储和远程显示。本系统具有操作方便、可靠性高、功能全和可扩展性强等优点。     

Sheathed probe thermal gas mass flow meter heat transfer analysis

The thermal gas mass flow meter is an important meter used in industrial measurement. When the environmental temperature changes, the measured gas physical parameters change correspondingly and the thermal gas mass flow meter output signal is affected, causing large measurement error. The influence of gas temperature on the sheathed probe measurements is analyzed in this paper based on experiments and heat transfer theory using a three dimensional probe and gas heat transfer mathematical model based on the heat conduction equation. The probe heat transfer process is analyzed under convection heat transfer coupling conditions. The experimental data were analyzed and compared against the theoretical results, with a maximum average relative error of only 4.56%. The rationality of the theoretical method is thus verified.     

多股流换热器的通道分配设计方法

通过分析板翅式换热器的传热与流动的原理,推导并获得了多股流板翅式换热器的换热及压降的计算公式。介绍了多股流换热器的传热计算数学模型,并在程序中实现了换热器的设计计算。在分析比较前人研究成果的基础上,提出了通道分配与排布的原则和相应的设计计算方法。提供了换热器横向导热控制的新思路,利用通道排布的周期性改善隔板温度的分布,再采用手段控制隔板温度的波动幅值,在一定程度下可以趋近等壁温的效果,可以有效减少横向导热。设计了用于实验的换热器试件并验证了设计的合理性。     

Novel approach to indirect measurements of alternating current based on the interrogation of an all-fiber laser

This paper proposes and demonstrates a novel alternative to measure alternating current (AC) in an indirect manner, based on the interrogation of an Erbium-doped all-fiber laser. The principle of operation is based on sensing the temperature of an electrical wire AWG-22 caused by Joule effect. The heat transfer between a sensing Fiber Bragg Grating and the electrical wire modulates the intensity of the optical output power of the fiber laser. The intensity variation of the fiber laser is caused by the wavelength overlapping process into the fiber laser. The advantage of the proposed alternative is measuring AC current through the optical power from the fiber laser. The linear increment of optical output power as a function of temperature allows for the measurement of the AC current, which is an advantage over other methods.     

光纤温度传感器在热加工生产中的应用

介绍蓝宝石光纤高温传感器的基本原理和光信号的处理原理，分析其在热加工过程中的测试方法。     

微波多相催化反应系统的设计研究

介绍自行设计的蓝宝石单晶光纤温度传感器的微波辐射多相催化反应系统 ,由微波辐射子系统、控制子系统、产物分析子系统三部分组成。利用蓝宝石单晶光纤温度计测温 ,通过调整模糊PID控制器参数控制微波辐射输出功率实现温度的精确控制。反应产物采用多维气相色谱进行在线全组分分析     

基于数学模型的焦化炉炉壁结构参数设计

根据现场温度测试结果,现有焦化炉炉壁最外层平均温度为40.42℃,造成热量的大量损失,不能满足工程需要。基于传热学理论和迦辽金(Galerkin)法建立了炉壁数学模型,得到现有炉壁各分界面处温度值。结果表明数学模型理论结果与实验结果吻合,表明该炉壁数学模型是准确的。根据工程实际需要,在保证最外层钢板温度小于30℃的前提下,利用数学模型可以直接计算得到在炉壁总厚度一定时炉壁的结构参数。