专利名称：基于itu-c波段的光谱式温度传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及温度传感器领域，尤其是一种适用于工业燃烧过程中的基于ITU-C波段的光谱式温度传感器。
背景技术：
随着我国经济的迅速发展，工业化进程的不断增加，环境污染日益严重，国家对环境保护的重视程度也越来越高。温度是衡量燃烧效率的最重要参数之一，温度的测量在工业燃烧过程中的燃烧效率优化和废气排放控制等领域占有重要地位，如在以煤为燃料的大型工业燃烧炉中，可根据实时的烟气温度检测值，调整优化多种燃料的分配比例，保证混合燃料充分燃烧，提高燃料效率，降低有害气体排放，有效做到节约能源和保护环境。目前温度传感器按其工作方式主要分为接触式和非接触式。接触式温度传感器主 要有热电偶和黑体腔式热辐射高温计。其主要特点是侵入式接触和点式测量燃烧环境中的温度，只能给出具体某一点的温度值，且特定材料的热电偶适用的温度范围有限，在一定温度范围内其线性度不高，需要进行温度补偿；由于工业燃烧过程中的温度自身具有瞬态变化、随机湍流等特征，而接触式温度传感器由于其热惯性大、响应速度慢，故不能实现工业燃烧过程中的实时温度测量。传统的非接触式温度传感器主要有红外辐射、CCD图像和声学测温等，其虽然能测量工业燃烧环境中的总体温度情况，不会扰动被测温度区域，但是存在灵敏度低和分辨率不高等缺点。光谱式温度传感器是目前新发展的非接触式温度传感器之一，特别是目前迅速发展的可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术，由于窄线宽的可调谐半导体激光器的迅速发展，国内外已经开展了 TDLAS温度检测方法和技术的研究。TDLAS技术是利用气体分子在一定波段的特征双谱线吸收光谱信息之比来反演测量区域的温度。该技术以其非接触式测量、抗气体环境干扰能力强、分辨率高、灵敏度高等独特的优势成为人们所看好的一种实时光谱测量技术。同时由于ITU-C波段可调谐半导体激光器的价格优势，为基于ITU-C波段的光谱式温度传感器开辟了新途径。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种基于ITU-C波段的光谱式温度传感器，以实现用光谱法对燃烧现场的非侵入式实时温度测量。为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案为基于ITU-C波段的光谱式温度传感器，包括信号处理控制单元，其特征在于所述信号处理控制单元中设有CPU�？�、D/A数模转换�？�、A/D模数转换�？�、激光控制�？楹桶氲继寮す馄鳎氲继寮す馄鞯牟ǔし段�1530-1565nm，作为温度传感器的探测激光源，所述激光控制�？橛氚氲继寮す馄鞯缌樱氲继寮す馄魇涑霾ǔさ餍持廖招藕诺淖罴盐詹ǘ未Γ鯟PU�？橥ü鯠/A数模转换�？橥辈鶬OHz的三角波信号和20kHz的正弦波信号加载至激光控制�？椋迪侄园氲继寮す馄魇涑霾ǔさ幕郝韬推德实髦疲鲂藕糯砜刂频ピ股栌蟹ɡ己虰NC接头，所述半导体激光器通过光纤接入法兰的一端，所述法兰的另一端接有对准待测量温度区域的准直透镜，位于待测温度区域的另一侧设有一与所述准直透镜共轴的红外光电探测器，所述红外光电探测器通过电缆与所述BNC接头相连接，所述信号处理控制单元中的A/D模数转换�？榻焱夤獾缣讲馄鞔涞牡缧藕抛怀墒中藕牛⒔檬中藕糯渲了鯟PU模块进行信号处理以反演温度。进一步的，所述的基于ITU-C波段的光谱式温度传感器，其特征在于所述信号处理控制单元还设有显示�？�、RS232接口和TCP/IP接口，以供所述CPU�？榉囱莩龅拇馕露惹蚴凳蔽露鹊南允竞湍Ｄ庑藕诺拇娲�。与现有技术相比，本实用新型技术方案的优点是由于采用了可调谐半导体激光吸收光谱技术，利用其高分辨率，使其容易通过双谱线的仔细挑选而消除其他气体对温度测量的干扰；由于通过双谱线特征吸收光强之比来反演温度，则在进行比值时消除了在双谱线都存在的测量光路中粉尘等对测量带来的影响，具有一定的抗粉尘干扰能力；由于在待测温度区域的两端分别通过光纤连接和电缆连接激光发射和接收装置，实现了非侵入式实时测量温度；由于采用了 ITU-C波段的半导体激光器，降低了设备成本，具有工业环境应用前景。
图I为本实用新型的结构示意图。图2为所选取的水汽红外双谱线特征吸收在不同温度下的二次谐波信号。图3为所选取的水汽红外双谱线特征吸收线强之比随温度的变化曲线。图4为显示�？樯纤允镜氖凳蔽露燃觳馇�。
具体实施方式
参阅附图I为本实用新型基于ITU-C波段的光谱式温度传感器的一种实施例。基于ITU-C波段的光谱式温度传感器，包括显示�？镮、信号处理控制单元2、CPU�？�3、TCP/IP接口 4、RS232接口 5、D/A数模转换�？�6、A/D模数转换�？�7、激光控制�？�8、半导体激光器9、光纤10、法兰11、准直透镜12、待测温度区域13、红外光电探测器14、电缆15、BNC接头16。半导体激光器9的波长范围为1530-1565nm，作为温度传感器的探测激光源，激光控制�？�8与半导体激光器9电连接，将半导体激光器9输出波长调谐至吸收信号的最佳吸收波段处，CPU模块3通过D/A数模转换�？�6同时产生IOHz的三角波信号和20kHz的正弦波信号加载至激光控制�？�8，实现对半导体激光器9输出波长的缓慢扫描和频率调制，半导体激光器9通过光纤10接入法兰11的一端，法兰11的另一端接有对准待测量温度区域13的准直透镜12，位于待测温度区域13的另一侧设有一与准直透镜12共轴的红外光电探测器14，红外光电探测器14通过电缆15与BNC接头16相连接，信号处理控制单元2中的A/D模数转换�？�7将红外光电探测器14传输的电信号转换成数字信号，并将该数字信号传输至CPU�？�3进行信号处理实时反演待探测区域13的温度，并于显示�？镮显示，RS232接口 5和TCP/IP接口 4用于信号的存储。[0017]如图2所示。图2为所选取的水汽红外双谱线特征吸收在200-1000°C每隔200°C不同温度下的二次谐波信号。该信号可以通过RS232接口 5和TCP/IP接口 4依用户需要输出。如图3所示。图3为所选取的水汽红外双谱线特征吸收线强之比随温度的变化曲线。线强之比为温度的单调函数，通过测量线强比值来反演待测温度区域中的实时温度。如图4所示。图4为显示�？镮显示的实时温度检测曲线。区域A、B、C、D分别为待测温度区域的温度恒定于200V、从200°C上升至1000°C、恒定于1000°C、从1000°C自然降温等四个过程。可以看出本实用新型在高温温度测量中所检测的温度与预先设定的温度相符合。以上所述仅为本实用新型的具体实施例，但本实用新型的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本实用新型的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本实用新 型的专利范围之中。
权利要求1.基于ITU-C波段的光谱式温度传感器，包括信号处理控制单元，其特征在于所述信号处理控制单元中设有CPU�？�、D/A数模转换�？椤/D模数转换�？�、激光控制�？楹桶氲继寮す馄鳎氲继寮す馄鞯牟ǔし段�1530-1565nm，作为温度传感器的探测激光源，所述激光控制�？橛氚氲继寮す馄鞯缌樱氲继寮す馄魇涑霾ǔさ餍持廖招藕诺淖罴盐詹ǘ未Γ鯟PU模块通过所述D/A数模转换�？橥辈鶬OHz的三角波信号和20kHz的正弦波信号加载至激光控制�？椋迪侄园氲继寮す馄魇涑霾ǔさ幕郝韬推德实髦疲鲂藕糯砜刂频ピ股栌蟹ɡ己虰NC接头，所述半导体激光器通过光纤接入法兰的一端，所述法兰的另一端接有对准待测量温度区域的准直透镜，位于待测温度区域的另一侧设有一与所述准直透镜共轴的红外光电探测器，所述红外光电探测器通过电缆与所述BNC接头相连接，所述信号处理控制单元中的A/D模数转换�？榻焱夤獾缣讲馄鞔涞牡缧藕抛怀墒中藕牛⒔檬中藕糯渲了鯟PU�？榻行藕糯硪苑囱菸露�。
2.如权利要求I所述的基于ITU-C波段的光谱式温度传感器，其特征在于所述信号处理控制单元还设有显示�？�、RS232接口和TCP/IP接口，以供所述CPU�？榉囱莩龅拇馕露惹蚴凳蔽露鹊南允竞湍Ｄ庑藕诺拇娲�。
专利摘要本实用新型公开一种基于ITU-C波段的光谱式温度传感器，涉及温度传感器领域，所要解决的是消除测量路径中粉尘对温度测量带来的干扰，实现非侵入式温度测量，该温度传感器通过光纤传输ITU-C波段的激光，经准直后穿过待测温度区域，由红外光电探测器接收后进入CPU�？榻行藕糯恚ü∷紫咛卣魑招藕殴馇恐戎道捶囱荽馕露惹虻氖凳蔽露龋臼涤眯滦途哂械统杀尽⒖蛊渌搴头鄢靖扇拍芰Α⒎乔秩胧绞凳辈饬课露鹊挠诺悖哂泄ひ祷肪秤τ们熬�。
文档编号G01J5/58GK202562628SQ20122017458
公开日2012年11月28日 申请日期2012年4月19日 优先权日2012年4月19日
发明者王喜世, 邵杰, 郑倩瑛, 韩叶星 申请人:浙江师范大学
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