[发明专利]一种用于蓝宝石光纤温度传感器的探头感温黑体腔

说明书

技术领域

本发明属于温度测量技术领域，具体涉及一种改进型蓝宝石光纤温度传感器的探头感温黑体腔。

背景技术

蓝宝石光纤温度传感器是一种根据普朗克定律，将人工构造黑体腔与被测环境接触、达到热平衡，然后利用耐高温蓝宝石光纤传输高温黑体腔的热辐射，对辐射信号进行测量并换算出温度数值的接触式温度传感器。

蓝宝石光纤温度传感器利用蓝宝石光纤熔点高、高温条件下的光传输特性好的特点，在蓝宝石光纤端部采用溅射薄膜的方法构造感温黑体腔，采用耐高温的蓝宝石光纤将布置在高温环境下、与被测介质达到温度平衡的黑体的辐射信号传输至低温环境下，通过对该辐射信号强度的测量即可实现对黑体温度的测量，从而得到被测介质的温度。

由于蓝宝石光纤处于1700℃以上的温度环境中会因为高温导致表面发生劣化，从而影响温度测量精度和长期稳定性。即使通过相关防劣化处理后，蓝宝石光纤耐受的温度上限也只能提高至1800，℃导致传统蓝宝石光纤温度传感器的测温上限被限制在1800。℃

一种提高蓝宝石光纤温度传感器测温上限的途径是：单独构造黑体腔，使蓝宝石光纤只是对准黑体腔的开孔而不与黑体腔直接接触，这样蓝宝石光纤远离高温环境，黑体腔温度高于1800℃时蓝宝石光纤温度相对较低，这样传感器就能对高于1800℃的温度进行测量。为此必须满足的条件包括：黑体腔的熔点高于被测温度、黑体腔能发出稳定的辐射信号、蓝宝石光纤能稳定接受辐射信号等。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于蓝宝石光纤温度传感器的探头感温黑体腔，能够在高达2800℃的温度环境下正常工作并且输出辐射信号稳定。

本发明采用的技术方案是：一种用于蓝宝石光纤温度传感器的探头感温黑体腔，其特征是感温黑体腔底部为半球形，上端为圆柱型，在感温黑体腔口加工内螺纹；感温黑体腔体后端设置带辐射调整孔的圆形挡光片，使感温黑体腔和挡光片构成箱式封闭腔体。

感温黑体腔按照以下步骤制造：

第1步：采用改性硼化锆陶瓷材料制备大小两种直径的圆柱型毛坯；

第2步：采用电火花加工工艺在较大圆柱型毛坯上加工箱式感温黑体腔，感温黑体腔底部为半球形，上端为圆柱型；在黑体腔口加工内螺纹；

第3步：切割小圆柱型毛坯制取圆形挡光片，采用电火花加工工艺在挡光片中心加工直径1mm的辐射调整孔；

第4步：将挡光片装入感温黑体腔，使感温黑体腔和挡光片构成箱式封闭腔体。

本发明的优点：

本发明感温黑体腔内结构采用箱式结构，腔体后端设置带辐射调整孔的圆形挡光片，解决了一般分离式黑体腔与蓝宝石光纤耦合时信号稳定性对耦合结构依赖性过大的问题，使黑体腔辐射信号特征稳定，易于被蓝宝石光纤接收与传输，进而保证传感器整体性能稳定。

本发明感温黑体腔采用改性硼化锆陶瓷材料制备，该材料的熔点高于3000℃，故黑体腔能在2800℃的高温环境下正常工作。

本发明中感温黑体腔和挡光片构成的箱式封闭腔体能保证发射率稳定；黑体腔的辐射信号只能从挡光片辐射调整孔射出，安装蓝宝石光纤时只需将蓝宝石光纤端面对准挡光片辐射调整孔，安装后蓝宝石光纤接收到的辐射信号和温度关系稳定，易于处理。

附图说明

图1是箱式感温黑体腔结构示意图。

图2是挡光片结构示意图。

图3是箱式感温黑体腔、挡光片、陶瓷保护套管、蓝宝石光纤组装示意图。

具体实施方式

如图1、图2所示，感温黑体腔1内结构采用箱式结构，感温黑体腔1底部为半球形，上端为圆柱型，在感温黑体腔口加工内螺纹；感温黑体腔体1后端设置带辐射调整孔3的圆形挡光片2。

本发明的核心是一种分离式感温黑体腔的结构设计，由于该结构的设计使得黑体腔在与高温环境接触时，其黑体辐射性能比一般结构的黑体腔更稳定，因而能够在黑体腔与光纤分离时仍然能够得到稳定的黑体辐射强度与温度的对应关系，进而实现高温温度的接触式测量。黑体腔的材料选取时，只需要满足耐高温、机械强度好、导热率高等特点即可。

按照以下步骤制造箱式感温黑体腔

第1步：采用改性硼化锆陶瓷材料制备大小两种直径的圆柱型毛坯；

第2步：采用电火花加工工艺在较大圆柱型毛坯上加工箱式感温黑体腔1，感温黑体腔底部为半球形，上端为圆柱型；在黑体腔口加工内螺纹；

第3步：切割小圆柱型毛坯制取圆形挡光片2，采用电火花加工工艺在挡光片中心加工直径1mm的辐射调整孔3；