[实用新型]平行光聚焦黑体腔辐射温度仪

说明书

本实用新型为一种温度仪。

辐射温度仪是一种测量温度的设备，具有无接触测温的优点。引进光纤技术，又能较好地克服恶劣环境的影响，受到很多科技人员和产业部门的重视。但辐射测量也存在一些问题，被测体辐射率难以确定和多变便是主要问题之一。为此，人们把目光投向黑体腔，使被测体与黑体腔达到热平衡。利用黑体腔的辐射率接近于1，测出黑体腔的温度，即间接地测出了被测体的真实温度。目前有两种黑体腔，一是利用光纤本身，在它的一端去掉数厘米长的保护层，打毛表面，然后在毛面上均匀溅射一层耐高温的抗氧化材料，构成一个黑体腔。二是在它的前端做一个黑体腔，让黑体腔的热辐射进入光纤，传至另一端进行光电转换和检测。上述结构有某些不足之处。第一，黑体腔常要放在1000℃以上的高温中，有时还要插入高温液体中，因此黑体腔常被烧毁。第二，利用光纤直接收集的光信号非常有限，给光电转换和信号处理带来很大困难。因此上述结构的应用面较窄，不利于推广应用。

本实用新型提出了一种改进型的黑体腔光纤辐射温度仪，克服了上述的不足。第一，用各种不同材料加工成同样形状的黑体腔，针对某特定用途选择一种黑体腔，用坏后可以方便更换。第二，利用光学镜头聚焦黑体腔底部热辐射到光纤端面，汇聚足够的光信号后经光纤转到另一端进行光电转换和处理，加上采用内调制微光检测技术，使这种测温变得非常可行和可靠，为黑体腔测温的广泛应用奠定了坚实基础。这种温度仪不仅可以用于多种加热炉堂内高温测量，也可以用于各种液体金属、电解液及熔盐等测温。

本实用新型所说的温度仪如附图1所示，它由8部分组成：黑体腔(1)、连接头(2)、导光管(3)、平行光聚焦镜(4)、单芯长光纤(5)、分色装置(6)、光电转换器件(7)、信号处理及显示系统(8)。

附图1：平行光聚焦黑体腔辐射温度仪

本实用新型具体结构及其作用说明如下：

黑体腔(1)可以由陶瓷、金属陶瓷、金属等材料做成规范化的腔体，腔体长度与直径比大于10，内腔打毛，彼此间具有互换性。连接头(2)可以是耐火材料或金属，其作用是将黑体腔(1)与导光管(3)方便地连接并固紧。导光管(3)是一根准直的金属管，内径等于或销大于黑体腔(1)，有利于黑体腔(1)底部的平行光无阻挡地投射到聚焦镜(4)上。平行光聚焦镜(4)同轴地螺接到导光管(3)的后端。平行光聚焦镜(4)的作用是将黑体腔(1)底部发出的平行光聚焦到光纤(5)的端面上。黑体腔(1)底部的发光更均匀，更满足黑体辐射条件。平行光聚焦锥角满足光纤(5)数值孔径的要求。单芯长光纤(5)的一端插接在平行光聚焦镜(4)的焦面上，另一端与分色装置(6)同轴对接。分色装置(6)可以是分叉光纤加干涉滤色片组成，也可以由光栅加棱镜组合。光电转换器件(7)是内调制光电管，也可以是内调制光敏线列。信号处理及显示系统(8)由模拟信号处理及单片机或PC组成，除了显示外，还有计算机接口。

本实用新型的原理是黑体腔辐射测温。只要黑体腔温场均匀，腔长直径比大于十，它的发射系数非常接近于1。测出黑体腔的温度，就相当准确地找到了它周边的真实温度。

本实用新型用多种材料做成规范和可以互换的黑体腔，采取平行光聚焦镜聚焦黑体腔底部发射的辐射光以及用内调制微光检测技术实现光电转换，使本温度仪有如下优点：

1.黑体腔的互换性为这种温度仪的广泛应用奠定了基础，特别是那些条件极差导致黑体腔易于损坏的测温点，采用价格较低的黑体材料，利用黑体腔的互换性可以在该处建立起可靠的测温。

2.引进平行光聚焦镜，能够收聚较多的黑体腔辐射能，加上内调制微光检测技术，使得单芯长光纤传光能可靠地使用，为恶劣环境的在线测温奠定了坚实的技术基础。