基于MSP430的瞬态高温传感器设计

介绍了一种将接触式和非接触式相结合的蓝宝石光纤黑体腔瞬态高温传感器.测试系统由蓝宝石光纤传感器、窄带滤光片、光电探测器、信号处理模块、MSP430、数据存储及处理软件组成,并从黑体腔形成和微光信号探测方面进行了分析.利用MSP430的控制能力实现智能化,并采用了USB接口与计算机通信.实验表明黑体腔在高温下具有稳定的性...     

有限差分逼近法的瞬态高温外推实验研究

用蓝宝石光纤黑体腔温度传感器测温时,首先将黑体腔内表面发出的热辐射信号转换成电信号,再根据电信号得到被测物的温度值.严格地讲,这只是黑体腔内表面的温度,而非被测物的真实温度.为了弥补这一不足,分析了黑体腔膜层的导热规律,并建立了传热数学模型,用有限差分逼近法求解了数学模型,并推导出了黑体腔外表面的温度.实验结果表明,蓝...     

基于蓝宝石光纤的黑体腔瞬态高温传感器设计

介绍了一种将接触式和非接触式相结合的蓝宝石光纤黑体腔瞬态高温高温传感器,从黑体腔制作和微光信号探测方面进行了详细分析,最后给出了实验结果.实验结果表明,由于采用新型光电探测器和膜层材料,大大提高了传感器的测温范围和信噪比.该高温传感器的测试范围上限大于2 000℃,响应时间小于100 ms,能够满足科研和工业生产中特殊环境下的温度测量.     

基于蓝宝石光纤传感器的瞬态高温测试及校准技术

构建了一种镀有陶瓷薄膜的蓝宝石光纤为传感器的瞬态高温测试系统。系统包括蓝宝石高温光纤、锥形高温光纤、耦合器、传输光纤及光电探测器件。基于Plank黑体辐射定律,分析了系统工作原理,并以MATLAB进行了仿真研究。将已标定过的高温钨铼热电偶(测温度范围为1000～2000℃)和蓝宝石光纤温度传感器同时置于乙炔焰热源所形成的恒温区域中进行静态标定,结果表明,测量范围从1200℃到2000℃,测量不确定度(精度)为1℃。以脉冲CO2激光器输出阶跃热信号为动态激励源,获得温度传感器的动态响应曲线,其时间响应达30ms,并且重复性非常好。运动乙炔焰模拟测试结果表明,高温测试范围可达2000℃,可用来对兵器及国防工业等诸多涉及燃烧和爆炸等过程的瞬态温度进行测试。     

基于FPGA的恶劣环境下瞬态高温存储测试系统

在航空、航天发动机、核工业和爆炸试验测试中,有许多研究对象需要测量的是高压、高冲击条件下的瞬态(<1ms)高温(2000℃～3000℃),其工作特点是温度高,变化快,且常为不可重复性过程,而且伴随着很强的电磁干扰,测量条件非常恶劣,技术难度很高。由于蓝宝石(A12O3)单晶物理化学性能稳定,机械强度好、硬度高、绝缘、耐腐蚀、折射率大,在0.3～4.0μm波段范围内透光性很好,拉伸强度2200MPa,熔点高达2045℃。为了解决传统测温方法的不足,本文采用了蓝宝石单晶光纤黑体腔温度传感器来采集前端温度,与FPGA精确控制下的低功耗、微体积的测试电路一起灌封在高强度耐高温壳体当中,它们所组成的存储测试系统成功地解决了恶劣环境下瞬态高温测试存在的大量问题。     

高温蓝宝石光纤温度传感器校准测试系统研究

为满足高温蓝宝石光纤温度传感器的标定和测试需要,分析了传感器的测量结构和标定原理,设计了一套基于氧乙炔高温综合测试平台和上位机测试应用软件的标定测试系统。试验结果表明,该系统能够实现传感器在多温度下的标定,并能模拟真实测温方式进行测试试验,具有较好的可靠性和稳定性。     

光纤高温传感器表面镀膜技术研究

温度在科研和生产中是一个十分重要的物理量,当前许多研究对象需要测量的是幅值高、变化快的瞬态高温.在高温测试中,光纤高温传感器具有独特的优势,在制作光纤高温传感器过程中镀膜技术是一个关键的环节.根据高温测试需要,选取了合适的镀膜材料,对氧化锌（ZnO）和氧化镁铝（MgAl2O4）的物理化学性质进行了介绍,同时根据材料特性选择了适合的镀膜方法,分别适用于黑体腔温度传感器的头部镀层和光纤光栅传感器表面镀膜,取得了良好的效果,达到了预期的目标.     

SPM光电探测技术及应用

硅光电倍增管SPM具有增益高（106）、体积小、工作电压低（~30V）、电磁干扰小等优点,特别适合应用于微光探测和体积要求小的光电探测领域。SPM具有的高灵敏度和微元结构,使其在单光子探测和计数领域得到了很好的应用。该文介绍了硅光电倍增管的基本原理、基本结构,研究了其主要的特性参数---动态范围和偏置电压。并应用SPM构建了蓝宝石光纤黑体腔高温测试系统,对系统的响应时间进行了测试,得到其平均响应时间为36.67ms。     

光开关驱动接口设计

介绍了光开关在分布式光纤温度传感器系统的应用,提出了一种基于AT89C51单片机的光开关驱动接口设计方案.设计了多模1×2棱镜光开关驱动接口的硬件电路和软件程序,计算机通过RS232串口发出指令控制光开关的切换,实现了分布式光纤温度传感器系统传感距离的延伸.测试结果表明,该驱动接口可以有效地提升分布式光纤传感器系统的性...     

基于ZnO薄膜光学温变特性的反射式光纤温度传感器

基于ZnO薄膜吸收光谱的温变特性,设计了一种反射式光纤温度传感器。该传感器以镀于蓝宝石三棱镜面上的ZnO薄膜作为敏感材料,采用三棱镜、凸透镜和位于凸透镜焦点处的光纤端面相配合的结构以及相应的反射式光路。室温至500℃范围测试实验表明,所设计的传感器的温度曲线线性拟合度达99.3%以上,灵敏度优于0.05 nm/℃。该传感器的理论测温范围可达10 K~1000 K,稳定性高,适用于实际工作环境中的宽温变范围温度测量。     

蓝宝石光纤高温光学特性研究

蓝宝石光纤物理化学性能稳定,熔点高（超过2000℃）,在0.3-4.0μm波段范围内透光性好,具有光波导的特点,在高温光纤传感和近红外传感等领域有很好的应用前景.实验从蓝宝石光纤在高温环境下（大于1000℃）的光学稳定性、光纤的自辐射、塑性弯曲对出射光信号的影响3个方面进行研究,结果表明,蓝宝石光纤在高温下的光学传输损耗随时间增加,温度测量精度由信号的稳定性和光纤自辐射决定,而蓝宝石光纤的塑性弯曲引起的信号额外损耗比较小,在900 nm处小于0.1dB.光纤表面在高温下的永久损伤是产生这些性能劣变的主要原因,损伤的主要机制为外部杂质在高温下与光纤表面的相互作用.为了保护蓝宝石光纤传感头在高温下的稳定工作,有必要在光纤表面制作保护层和采用合适的保护套.     

高温黑体空腔发射率有限元分析

基于有限元热分析方法,建立了不同形状的黑体空腔传感器模型,并对其腔体发射率进行求解,同时讨论了腔体开口、腔长、腔口与接收面之间的距离、材料自身的发射率等参数对腔体发射率的影响,通过对各种形状黑体空腔的发射率比较,得出最佳的黑体空腔设计方案.仿真结果表明,改变影响腔体几何结构的各参数时,黑体空腔腔体发射率也随之变化,当黑...     

高温光纤传感器传感头材料

热辐射高温光纤传感器是以光纤纤芯的热点所产生的黑体辐射现象为基础来传感温度的一种器件,对于传感器而言关键的是传感头材料。通过对热辐射测温原理进行理论分析,并简单阐述了高温光纤传感器的工作原理及传感头材料的特点,进而提出了三种高温传感头材料,并对其材料的结构和性能进行了深入的研究,特别是用于超高温测试的氧化锆晶体传感头材料。     

薄膜型光纤温度传感器的膜系设计

纳米薄膜与光纤的结合为新型感测提供了各种潜在可能.为了分析温度敏感薄膜的膜系设计及其对光纤温度传感器传感特性的影响,根据光学薄膜理论和光纤传感器的温度感测原理,探讨了光纤温度传感器中敏感薄膜的膜系设计,并构建了薄膜型光纤传感器的温度传感特性模型.以测试系统的参数、性能以及其对干涉光谱的要求为基础,设计了对称性较好的法布...     

用于石化反应器的光纤F-P温/压复合传感器

为了实时监测石化反应器内部高温、高压环境下压力和温度变化, 严格控制原料的反应过程, 采用法布里-珀罗(F-P)多腔干涉理论, 设计并制备了一种光纤F-P温度、压力复合传感器。该传感器由石英玻璃和蓝宝石玻璃构成, 石英与蓝宝石之间的空气腔为压力腔, 温度腔则为蓝宝石本身。通过理论计算和仿真验证, 分析了压力腔和温度腔不同参数对传感器性能的影响, 从而取得了最佳的传感器结构参数数据。结果表明, 该传感器制作工艺简单且性能可靠, 能够实现0MPa~5MPa和-20℃~300℃范围内压力和温度的同时测量; 该传感器在压力0.1MPa~5MPa和温度20℃~180℃环境下有良好压力温度线性响应关系, 压力灵敏度为796nm/MPa, 温度灵敏度为3.864nm/℃。该传感器适用于石化反应器内部高温高压环境下压力和温度的同时监测。     

蓝宝石光纤高温光学特性研究

实验研究了蓝宝石光纤在高温环境下(大于1000℃)的光学稳定性,以及光纤的自辐射、塑性弯曲对出射光信号的影响,结果表明蓝宝石光纤在高温下的光学传输损耗随时间增加,温度测量精度由信号的稳定性和光纤自辐射决定,而蓝宝石光纤的塑性弯曲引起的信号额外损耗比较小,在900nm处小于0.1 dB.光纤表面在高温下的永久损伤是产生这些性能劣变的主要原因,损伤的主要机制为外部杂质在高温下与光纤表面的相互作用.

Abstract：

The performance stability,self-radiation and plastically bend of sapphire fiber under high temperature are studied.Experimental results show the optical transmitter loss increases with time when sapphire fiber under high temperature environment.Temperature measurement precision depends on the stability of signal and the self-radiation of fiber.The additional loss caused by a single plastically bend is less than 0.1 dB at 900 nm,less than the loss.before bend.The permanent injury of the sapphire fiber surface is the main reason for deterioration.It is found that the surface injury is mainly attributed to the pollution of the fiber surface and the mutual reaction between the sapphire fiber and the polluted substance in the ambient environment.     

基于两相流体的超大面源黑体控温技术

面源黑体作为红外源标在红外测温、红外成像、红外相机标定等领域广泛应用,红外源标红外辐射性能主要取决于面源黑体温度场的控制。为了适应星载和机载红外探测器大孔径、大视场角的发展需求,文中对超大尺寸面源黑体温度控制技术进行了研究。外场条件下,面源黑体会随着尺寸的增大而增加温度控制的难度,控温系统采用两相流体回路技术实现了外场3 m×3 m面源黑体不同目标温度下高温度均匀性、稳定性温度控制,试验结果表明,黑体表面温度均匀性控制优于±0.60 ℃,稳定性控制优于0.14 ℃/15 min。