学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

大量程超高温光纤温度传感器技术研究

作　者: 武鹏飞
导　师: 何矞; 袁玉华
学　校: 南昌航空大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 大量程超高温光纤温度传感器荧光寿命黑体辐射
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 60次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

温度是物质的一个重要状态参数，其测量和控制对于人们的日常生活、工业生产以及科学研究等各个领域都有着十分重要的意义，其中2000℃以上的高温测量更是在冶金、材料、能源、化工、航空航天和武器试验等领域中发挥着关键性的作用。目前常用的温度测量方法都存在一定的局限性，不能直接应用于高温（30~2200℃）含氧气流冲刷、强电磁辐射、剧烈震动环境下的宽范围温度测量。本文通过对传统红宝石荧光光纤温度传感器和蓝宝石光纤温度传感器的研究，设计研制了一种接触式荧光测温和黑体辐射测温原理的大量程超高温光纤温度传感器，其温度测量范围为30~2200℃。这为红宝石荧光光纤温度传感器和高温蓝宝石光纤温度传感器的应用和发展开辟了新的空间。本文首先从恶劣环境下大量程温度测量的具体需求出发，对目前已经成熟的接触式温度测量方法进行了比较分析，选择了以红宝石荧光光纤温度传感器为代表的荧光测温方法和以蓝宝石光纤温度传感器为代表的辐射测温方法，随后对各自的温度测量局限性进行了分析，提出了基于荧光寿命测量原理和辐射测温原理的大量程超高温光纤温度传感器的设计思路。为实现大量程超高温光纤温度传感器的实现，本文首先对传感器的感温探头、传输光路及信号放大处理电路进行了设计研究，并对其中的关键性影响因素进行了分析和验证，其中主要对影响荧光发光的激发光源进行了详细分析；其次搭建了电热炉标定试验装置，对传感器进行了低温段的标定，而对于高温段则使用等离子高温标定试验装置，使用基于修正Plank算法进行多点温度标定。在低温段试验中，使用电热炉热源提供室温到500℃的温度环境，使用热电偶作为传感器试验的温度基准；在高温段试验中，使用等离子热源提供2300℃以上的高温，通过三维手动调节机构对等离子焰的加热位置和加热深度进行调整，将辐射测温仪的测量结果作为传感器试验的温度基准，利用循环水冷却结构对传感器后端及固定安装结构进行降温冷却。目前传感器仍处于研制初期，在探头设计、传感器结构以及标定测试装置中都还存在着一些问题，这些问题对传感器的各项技术指标及测量结果的准确性都产生了一定的影响，文章对这些问题进行了简单的分析，并提出了解决这些问题的初步设想，这些都将作为下一阶段研究的重点。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第一章绪论  10-15
  1.1 引言  10
  1.2 研究背景和意义  10-11
    1.2.1 研究背景  10-11
    1.2.2 研究目的及意义  11
  1.3 国内外研究现状  11-13
    1.3.1 国外研究情况  11-12
    1.3.2 国内研究现状  12-13
  1.4 本论文的主要工作  13-15
第二章红 -蓝宝石光纤温度传感器的测温原理  15-23
  2.1 光纤的基础知识  15-17
  2.2 基于荧光效应的红宝石荧光光纤温度传感器原理  17-19
    2.2.1 荧光效应  17-18
    2.2.2 荧光材料  18
    2.2.3 激发光源  18
    2.2.4 荧光光纤温度传感器  18-19
    2.2.5 基于荧光寿命测量的红宝石荧光光纤温度传感器  19
  2.3 基于黑体辐射理论的高温蓝宝石光纤温度传感器原理  19-22
    2.3.1 黑体辐射理论  19-21
    2.3.2 基于黑体辐射的光纤温度传感器  21-22
  2.4 基于红蓝宝石光纤温度传感器的复合  22
  2.5 本章小结  22-23
第三章红宝石荧光测温原理及其激励光源分析  23-30
  3.1 荧光测温原理  23
  3.2 荧光的产生机理  23-24
  3.3 红宝石中 C r 3 + 光谱分析  24-25
  3.4 荧光的激发光源  25-28
    3.4.1 发光二极管  26-27
    3.4.2 半导体激光器  27-28
  3.5 荧光激发光源的选取  28-29
  3.6 本章小结  29-30
第四章传感器系统设计  30-47
  4.1 传感器的系统结构  30-31
  4.2 传感器工作流程  31-32
    4.2.1 低温段传感器工作原理  31
    4.2.2 温度重叠区传感器工作原理  31
    4.2.3 高温段传感器工作原理  31-32
  4.3 传感器探头设计  32-34
    4.3.1 基本结构设计  32
    4.3.2 材料选取  32-34
  4.4 传输光路设计  34-40
    4.4.1 Y 型石英光纤束的选取  34-35
    4.4.2 分光器件的选取  35-36
    4.4.3 透镜耦合结构的设计  36-38
    4.4.4 滤光片的选取  38-40
  4.5 光电探测器的选取  40-43
  4.6 电路设计与信号处理  43-46
    4.6.1 激励与信号放大调理电路设计  43-46
  4.7 本章小结  46-47
第五章传感器标定测试装置及实验结果  47-64
  5.1 传感器标定实验平台  47-51
    5.1.1 等离子高温标定试验平台  47-50
    5.1.2 电热炉标定试验平台  50-51
  5.2 传感器测试方法设计  51-55
    5.2.1 低温段荧光测温标定方法  51-52
    5.2.2 基于 Pl an k 公式的黑体辐射测温算法  52-55
  5.3 传感器的测温标定实验  55-58
    5.3.1 低温段荧光测温的标定  55-56
    5.3.2 传感器在高温段的标定  56-57
    5.3.3 传感器在高温段的测试  57-58
  5.4 标定时温度重叠问题分析及解决  58-60
    5.4.1 荧光测温原理  58-59
    5.4.2 黑体辐射测温原理  59
    5.4.3 温度标定重叠区解决方法分析  59-60
  5.5 传感器标定试验中的干扰因素分析  60-62
    5.5.1 传感器自身存在的问题  60-62
    5.5.2 试验装置引入的干扰因素  62
  5.6 本章小结  62-64
第六章总结与展望  64-68
  6.1 总结  64
  6.2 展望  64-68
参考文献  68-71
论文发表及参加科研情况说明  71-72
致谢  72-73

大量程超高温光纤温度传感器技术研究

内容摘要

全文目录

相似论文