專利名稱：基于itu-c波段的光譜式溫度傳感器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及溫度傳感器領域，尤其是一種適用于工業(yè)燃燒過程中的基于ITU-C波段的光譜式溫度傳感器。
背景技術：
隨著我國經濟的迅速發(fā)展，工業(yè)化進程的不斷增加，環(huán)境污染日益嚴重，國家對環(huán)境保護的重視程度也越來越高。溫度是衡量燃燒效率的最重要參數之一，溫度的測量在工業(yè)燃燒過程中的燃燒效率優(yōu)化和廢氣排放控制等領域占有重要地位，如在以煤為燃料的大型工業(yè)燃燒爐中，可根據實時的煙氣溫度檢測值，調整優(yōu)化多種燃料的分配比例，保證混合燃料充分燃燒，提高燃料效率，降低有害氣體排放，有效做到節(jié)約能源和保護環(huán)境。目前溫度傳感器按其工作方式主要分為接觸式和非接觸式。接觸式溫度傳感器主 要有熱電偶和黑體腔式熱輻射高溫計。其主要特點是侵入式接觸和點式測量燃燒環(huán)境中的溫度，只能給出具體某一點的溫度值，且特定材料的熱電偶適用的溫度范圍有限，在一定溫度范圍內其線性度不高，需要進行溫度補償；由于工業(yè)燃燒過程中的溫度自身具有瞬態(tài)變化、隨機湍流等特征，而接觸式溫度傳感器由于其熱慣性大、響應速度慢，故不能實現工業(yè)燃燒過程中的實時溫度測量。傳統(tǒng)的非接觸式溫度傳感器主要有紅外輻射、CCD圖像和聲學測溫等，其雖然能測量工業(yè)燃燒環(huán)境中的總體溫度情況，不會擾動被測溫度區(qū)域，但是存在靈敏度低和分辨率不高等缺點。光譜式溫度傳感器是目前新發(fā)展的非接觸式溫度傳感器之一，特別是目前迅速發(fā)展的可調諧半導體激光吸收光譜(TDLAS)技術，由于窄線寬的可調諧半導體激光器的迅速發(fā)展，國內外已經開展了 TDLAS溫度檢測方法和技術的研究。TDLAS技術是利用氣體分子在一定波段的特征雙譜線吸收光譜信息之比來反演測量區(qū)域的溫度。該技術以其非接觸式測量、抗氣體環(huán)境干擾能力強、分辨率高、靈敏度高等獨特的優(yōu)勢成為人們所看好的一種實時光譜測量技術。同時由于ITU-C波段可調諧半導體激光器的價格優(yōu)勢，為基于ITU-C波段的光譜式溫度傳感器開辟了新途徑。

實用新型內容本實用新型的目的是提供一種基于ITU-C波段的光譜式溫度傳感器，以實現用光譜法對燃燒現場的非侵入式實時溫度測量。為了達到上述目的，本實用新型所采用的技術方案為基于ITU-C波段的光譜式溫度傳感器，包括信號處理控制單元，其特征在于所述信號處理控制單元中設有CPU模塊、D/A數模轉換模塊、A/D模數轉換模塊、激光控制模塊和半導體激光器，半導體激光器的波長范圍為1530-1565nm，作為溫度傳感器的探測激光源，所述激光控制模塊與半導體激光器電連接，將半導體激光器輸出波長調諧至吸收信號的最佳吸收波段處，所述CPU模塊通過所述D/A數模轉換模塊同時產生IOHz的三角波信號和20kHz的正弦波信號加載至激光控制模塊，實現對半導體激光器輸出波長的緩慢掃描和頻率調制，所述信號處理控制單元還設有法蘭和BNC接頭，所述半導體激光器通過光纖接入法蘭的一端，所述法蘭的另一端接有對準待測量溫度區(qū)域的準直透鏡，位于待測溫度區(qū)域的另一側設有一與所述準直透鏡共軸的紅外光電探測器，所述紅外光電探測器通過電纜與所述BNC接頭相連接，所述信號處理控制單元中的A/D模數轉換模塊將紅外光電探測器傳輸的電信號轉換成數字信號，并將該數字信號傳輸至所述CPU模塊進行信號處理以反演溫度。進一步的，所述的基于ITU-C波段的光譜式溫度傳感器，其特征在于所述信號處理控制單元還設有顯示模塊、RS232接口和TCP/IP接口，以供所述CPU模塊反演出的待測溫度區(qū)域實時溫度的顯示和模擬信號的存儲。與現有技術相比，本實用新型技術方案的優(yōu)點是由于采用了可調諧半導體激光吸收光譜技術，利用其高分辨率，使其容易通過雙譜線的仔細挑選而消除其他氣體對溫度測量的干擾；由于通過雙譜線特征吸收光強之比來反演溫度，則在進行比值時消除了在雙譜線都存在的測量光路中粉塵等對測量帶來的影響，具有一定的抗粉塵干擾能力；由于在待測溫度區(qū)域的兩端分別通過光纖連接和電纜連接激光發(fā)射和接收裝置，實現了非侵入式實時測量溫度；由于采用了 ITU-C波段的半導體激光器，降低了設備成本，具有工業(yè)環(huán)境應用前景。

圖I為本實用新型的結構示意圖。圖2為所選取的水汽紅外雙譜線特征吸收在不同溫度下的二次諧波信號。圖3為所選取的水汽紅外雙譜線特征吸收線強之比隨溫度的變化曲線。圖4為顯示模塊上所顯示的實時溫度檢測曲線。
具體實施方式
參閱附圖I為本實用新型基于ITU-C波段的光譜式溫度傳感器的一種實施例?；贗TU-C波段的光譜式溫度傳感器，包括顯示模塊I、信號處理控制單元2、CPU模塊3、TCP/IP接口 4、RS232接口 5、D/A數模轉換模塊6、A/D模數轉換模塊7、激光控制模塊8、半導體激光器9、光纖10、法蘭11、準直透鏡12、待測溫度區(qū)域13、紅外光電探測器14、電纜15、BNC接頭16。半導體激光器9的波長范圍為1530-1565nm，作為溫度傳感器的探測激光源，激光控制模塊8與半導體激光器9電連接，將半導體激光器9輸出波長調諧至吸收信號的最佳吸收波段處，CPU模塊3通過D/A數模轉換模塊6同時產生IOHz的三角波信號和20kHz的正弦波信號加載至激光控制模塊8，實現對半導體激光器9輸出波長的緩慢掃描和頻率調制，半導體激光器9通過光纖10接入法蘭11的一端，法蘭11的另一端接有對準待測量溫度區(qū)域13的準直透鏡12，位于待測溫度區(qū)域13的另一側設有一與準直透鏡12共軸的紅外光電探測器14，紅外光電探測器14通過電纜15與BNC接頭16相連接，信號處理控制單元2中的A/D模數轉換模塊7將紅外光電探測器14傳輸的電信號轉換成數字信號，并將該數字信號傳輸至CPU模塊3進行信號處理實時反演待探測區(qū)域13的溫度，并于顯示模塊I顯示，RS232接口 5和TCP/IP接口 4用于信號的存儲。[0017]如圖2所示。圖2為所選取的水汽紅外雙譜線特征吸收在200-1000°C每隔200°C不同溫度下的二次諧波信號。該信號可以通過RS232接口 5和TCP/IP接口 4依用戶需要輸出。如圖3所示。圖3為所選取的水汽紅外雙譜線特征吸收線強之比隨溫度的變化曲線。線強之比為溫度的單調函數，通過測量線強比值來反演待測溫度區(qū)域中的實時溫度。如圖4所示。圖4為顯示模塊I顯示的實時溫度檢測曲線。區(qū)域A、B、C、D分別為待測溫度區(qū)域的溫度恒定于200V、從200°C上升至1000°C、恒定于1000°C、從1000°C自然降溫等四個過程?？梢钥闯霰緦嵱眯滦驮诟邷販囟葴y量中所檢測的溫度與預先設定的溫度相符合。以上所述僅為本實用新型的具體實施例，但本實用新型的技術特征并不局限于此，任何本領域的技術人員在本實用新型的領域內，所作的變化或修飾皆涵蓋在本實用新 型的專利范圍之中。
權利要求1.基于ITU-C波段的光譜式溫度傳感器，包括信號處理控制單元，其特征在于所述信號處理控制單元中設有CPU模塊、D/A數模轉換模塊、A/D模數轉換模塊、激光控制模塊和半導體激光器，半導體激光器的波長范圍為1530-1565nm，作為溫度傳感器的探測激光源，所述激光控制模塊與半導體激光器電連接，將半導體激光器輸出波長調諧至吸收信號的最佳吸收波段處，所述CPU模塊通過所述D/A數模轉換模塊同時產生IOHz的三角波信號和20kHz的正弦波信號加載至激光控制模塊，實現對半導體激光器輸出波長的緩慢掃描和頻率調制，所述信號處理控制單元還設有法蘭和BNC接頭，所述半導體激光器通過光纖接入法蘭的一端，所述法蘭的另一端接有對準待測量溫度區(qū)域的準直透鏡，位于待測溫度區(qū)域的另一側設有一與所述準直透鏡共軸的紅外光電探測器，所述紅外光電探測器通過電纜與所述BNC接頭相連接，所述信號處理控制單元中的A/D模數轉換模塊將紅外光電探測器傳輸的電信號轉換成數字信號，并將該數字信號傳輸至所述CPU模塊進行信號處理以反演溫度。
2.如權利要求I所述的基于ITU-C波段的光譜式溫度傳感器，其特征在于所述信號處理控制單元還設有顯示模塊、RS232接口和TCP/IP接口，以供所述CPU模塊反演出的待測溫度區(qū)域實時溫度的顯示和模擬信號的存儲。
專利摘要本實用新型公開一種基于ITU-C波段的光譜式溫度傳感器，涉及溫度傳感器領域，所要解決的是消除測量路徑中粉塵對溫度測量帶來的干擾，實現非侵入式溫度測量，該溫度傳感器通過光纖傳輸ITU-C波段的激光，經準直后穿過待測溫度區(qū)域，由紅外光電探測器接收后進入CPU模塊進行信號處理，通過所選水汽雙譜線特征吸收信號光強之比值來反演待測溫度區(qū)域的實時溫度，本實用新型具有低成本、抗其他氣體和粉塵干擾能力、非侵入式實時測量溫度的優(yōu)點，具有工業(yè)環(huán)境應用前景。
文檔編號G01J5/58GK202562628SQ20122017458
公開日2012年11月28日 申請日期2012年4月19日 優(yōu)先權日2012年4月19日
發(fā)明者王喜世, 邵杰, 鄭倩瑛, 韓葉星 申請人:浙江師范大學