基于虚拟仪器技术的辐射式光纤测温系统的研究毕业论文

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1、基于虚拟仪器技术的辐射式光纤测温系统的研究毕业论文目录摘要IAbstractII第1章绪论11.1课题研究的背景11.2国内外研究现状31.3课题研究的意义41.4课题研究的主要内容6第2章黑体辐射式光纤测温的机理72.1概论72.2热辐射原理82.2.1黑体辐射换热原理82.2.2辐射测温的基本原理102.3辐射测温的基本方法122.3.1全辐射式温度测量法132.3.2亮度测温法（单色辐射测温法）132.3.3双波长辐射测温法（比色测温法）142.3.4多波长辐射测温法152.4本章小结16第3章黑体辐射式光纤测温系统的设计173.1系统结构设计1

2、73.2黑体腔探头设计与分析173.2.1概论173.2.2黑体腔积分发射率模型和计算18I3.3接收探头结构193.4光纤耦合器213.5窄带干涉滤光片213.5.1双波长测温中两个波长的选取213.5.2滤光片参数确定313.6光电探测器及其转换电路313.6.1Si-InGaAs光电探测器的结构原理及性能323.6.2前置放大器343.7本章小结34第4章辐射式光纤测温系统实验分析354.1系统设计354.2滤光片旋转系统354.3光电转换电路364.4信号处理系统374.5系统软件设计374.6温度测量实验394.7本章小结40结论42参考文献

3、44致谢46附录47I第1章绪论第1章绪论1.1课题研究的背景温度是最基本的物理量之一，它在许多科学领域内有重要作用，热力学、流体力学、物理、化学、冶金等学科中所研究的基本规律都与温度密切相关。在工业生产的许多领域中，温度的检测也是至关重要的，例如发电、塑料和玻璃的生产与成型、冶金等领域，温度的准确测量和控制是生产效率和产品质量的保证[1,2]。因此科学技术的不断发展对温度测量技术提出了更高的要求，主要表现在：(1)对温度测量技术水平的要求更高。要求测量误差小，分辨率高，测量速度快，测量出温度轮廓和温度区域，测量范围扩大等。(2)对温度测量技术应用范围

4、的扩大。温度测量技术不断扩展到原来无法测量的新对象和不能采用原有方法的环境中的测量。新的测量对象包括：①以超高温及极低温为主的极限温度；②易被测量影响且热容量小的物体和微小物体；③从外部无法进行的内部温度测量，如火焰、钢水、铝液、钢液等温度测量。需要采用新方法测量的环境有①传感器、测量仪器易受损坏的腐蚀性环境；②高温、低温、高压、高磁场等极限环境；③易造成信号干扰的高频电磁场、高振动场等环境等。为了适应发展的需要，科技人员进行了大量的研究，应用各种新材料和新加工技术，采用不同原理和新方法，研制出很多类型的温度传感器和测温系统，针对中、高温测量的传感器主

5、要有：接触式测温的热电偶、热电阻传感器、非接触测温的光学辐射温度仪和光纤温度传感器。热电偶、热电阻传感器的测温技术比较成熟，测温范围广，便于远距离测量且结构简单，因而应用较为广泛。但由于其测量系统的信号输送全为电量，易受外界电磁场的干扰和影响；无法实现多个传感器温度信号的融合和分布式测量；同时，制成传感器的导体是金属，易受腐蚀，故使用寿命受到限制[3,4]。41第1章绪论与此有所区别，光纤传感技术集传感和信息传输于一体，具有灵敏度高、响应速度快、动态范围大、抗电磁干扰、易于实现分布式测量等优点，还适用于远距离遥测。光纤技术已经从通信领域发展到了传感器领

6、域。光纤通信技术已经进入大规模实用化的阶段，传感器技术发展滞后于光纤通信技术的发展，但某些类型的传感器目前也已进入市场。国内目前也有很多大学和研究所，研制出各种各样的光纤传感器。由于其本身具有许多优异特性，光纤传感器在问世后就得到了广泛的研究和应用。在光纤温度传感器方面，已经研制或正在研制中的光导纤维传感器分为两类：一类利用光纤本身具有的某种温度敏感功能而使光纤起温度测量的作用，属于功能型；另一类是光纤仅仅起传输光波的作用，必须在光纤端面或两根光纤中间加装其它温度敏感元件才能构成新型传感器，这种属传输型。传输型光纤传感器的种类非常多，有利用热电阻、热电

7、偶的光电混合型，有光路遮断型，有利用敏感元件的透射率、光强、发光时间、反射率、相位进行检测的透光或发光型传感器，有利用辐射法的光纤探头型传感器。本论文研究的是光纤比色辐射测温系统，光纤在其中主要起接收和传光作用。根据传感头的测温方式，光纤辐射温度计分为接触式和非接触式两种。黑体腔型接触式光纤测温的特点是光纤温度计的探头(黑体腔)要与被测物体良好热接触，使两者达到热平衡。虽然为提高空间分辨率而将探头做得很小，但往往仍会破坏被测物体的热平衡状态，并受到被测物质的腐蚀。所以此法对黑体腔的性能、结构要求很苛刻，而且系统的测温上限取决于探头的耐热特性，但此法测温

8、准确度较高。对于接触式光纤高温计，主要采用蓝宝石光纤作为探头，由于国内生产的这种光纤长度达不到