專(zhuān)利名稱(chēng):光導(dǎo)纖維絲式便攜型可彎伸高溫傳感器探桿的制作方法
本發(fā)明屬于光導(dǎo)纖維測(cè)溫技術(shù)當(dāng)今采用的光導(dǎo)纖維高溫測(cè)溫計(jì)，不管是國(guó)外發(fā)表的專(zhuān)利(GB 1589531、US 4037473、GB 2109472、EP 64609)還是國(guó)內(nèi)買(mǎi)進(jìn)的產(chǎn)品(日本千野公司IR-QF型光導(dǎo)纖維測(cè)溫計(jì))，其中關(guān)鍵部件高溫傳感器所采用的光導(dǎo)纖維皆為光導(dǎo)纖維束，并且不是采用復(fù)雜的束式分光或分叉比色耦合，就是采用復(fù)雜的調(diào)制技術(shù)，因而部件繁多、儀器笨重(如IR-QF型光導(dǎo)纖維測(cè)溫計(jì)重11公斤)，有的還需水冷或風(fēng)冷，難以制成輕巧便攜式高溫測(cè)溫計(jì)，更難實(shí)現(xiàn)對(duì)高溫液態(tài)金屬及澆注流股溫度的非接觸測(cè)量。此外，由于采用束式光導(dǎo)纖維與石英透鏡耦合，耦合光路不佳，光導(dǎo)纖維束中絲股斷裂無(wú)法查覺(jué)，調(diào)制或分光、分叉比色耦合制造技術(shù)較難，成本較高。
為克服現(xiàn)有技術(shù)之不足，本發(fā)明采用單絲光導(dǎo)纖維〔11〕及其與石英透鏡〔7〕耦合和差動(dòng)雙色光電耦合，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量減小(由該發(fā)明所制成的高溫測(cè)溫計(jì)重0.5～1公斤)，無(wú)需水冷或風(fēng)冷，從而制成光導(dǎo)纖維絲式便攜型可彎伸高溫測(cè)溫計(jì)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)高溫液態(tài)金屬爐內(nèi)取樣(如轉(zhuǎn)爐、平爐和電弧爐煉鋼)、爐內(nèi)金屬表面(如感應(yīng)爐內(nèi)熔體)和注流(如鋼水澆注和鐵水流股)溫度的非接觸測(cè)量。此外，由于采用單絲，單絲與透鏡耦合光路合理，斷絲易于查覺(jué)，差動(dòng)雙色光電耦合漂移較小，使測(cè)溫結(jié)果更為可靠。因?yàn)榉欠止?、非分叉和非調(diào)制的差動(dòng)雙色光電耦合器制做簡(jiǎn)便，單絲省料又易加工，故由本發(fā)明制做的高溫測(cè)溫計(jì)具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。由于單絲直徑較小(0.15～0.5mm)，且距離系數(shù)R較大(R＝ (L)/(D) ＝15～20，式中L-光導(dǎo)纖維絲前端至被測(cè)物體的距離，D-被測(cè)物體圓平面直徑)，與國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品相比，在相同測(cè)試距離下，可測(cè)定較小目標(biāo)的溫度。為排除周?chē)橘|(zhì)干擾，逼近液態(tài)金屬(10cm)測(cè)溫，而又防止金屬?lài)姙R，在透鏡耦合器〔5〕前端裝有一個(gè)防濺體〔1〕，在防濺體〔1〕內(nèi)裝有一個(gè)可更換的尺寸為φ8.5×0.5～5mm防濺石英片〔2〕。由于石英光導(dǎo)纖維絲較細(xì)，便于彎曲，在探桿〔8〕與探桿〔8A〕之間焊有一段長(zhǎng)100-200mm的蛇形管〔10〕，以便彎曲使用。內(nèi)探桿〔8A〕可在外探桿〔32〕中作800～1600mm距離的伸縮以滿足測(cè)溫的需要。為保證光導(dǎo)纖維絲〔11〕前端透鏡耦合器和后端差動(dòng)雙色光電耦合器合理耦合，光導(dǎo)纖維絲前端至透鏡〔7〕的距離Lf應(yīng)由Lf＝1.2～2f(f為透鏡焦距)確定，光導(dǎo)纖維后端面至前濾波片〔14〕的距離Lo應(yīng)以L0= (R0)/(tg(ArcsinN·A)) 確定，式中Ro為前濾波片〔14〕的半徑，N.A.為光導(dǎo)纖維絲的數(shù)值孔徑。
本發(fā)明的裝配如圖1-4所示。圖1為防濺體〔1〕，透鏡耦合器〔5〕和光導(dǎo)纖維絲〔11〕的裝配示意圖。圖2為差動(dòng)雙色光電耦合器的裝配示意圖。圖3為圖1和圖2的裝配示意圖。圖4為總體裝配示意圖。圖中1-防濺體，2-防濺石英片，3-防濺石英片頂圈，4-探桿連接套，5-光纖透鏡耦合器，6-透鏡頂圈，7-石英透鏡，8-內(nèi)探桿，9-光導(dǎo)纖維前端粘結(jié)孔，10-蛇形管，11-單絲光導(dǎo)纖維，12-光導(dǎo)纖維后端粘結(jié)孔，13-差動(dòng)雙色光電耦合器外殼，14-前濾波片，15-前硅光電池，16-后濾波片，17-后硅光電池，18-銅質(zhì)光電轉(zhuǎn)換器座，19-差動(dòng)放大器，20-同1，21-同8，22-同10，23-同8A，24-同11，25-同13，31-松緊螺套，32-外探桿，33-手柄35-接線插座。
本發(fā)明的實(shí)施方案是在透鏡耦合器〔5〕的前端有一防濺體〔1〕，其中裝一防濺石英片〔2〕，并由防濺石英片頂圈將其螺旋壓緊貼牢。防濺體〔1〕透鏡耦合器〔5〕與探桿〔8〕由探桿連接套〔4〕以螺旋和膠粘連接。在透鏡耦合器〔5〕中裝一尺寸為φ9×3mm，焦距f＝10mm的石英透鏡〔7〕并與其相距為L(zhǎng)f的單絲光導(dǎo)纖維前端形成透鏡耦合，石英透鏡〔7〕由石英透鏡頂圈〔6〕螺旋壓緊粘牢。探桿〔8〕與探桿〔8A〕之間焊長(zhǎng)100～200mm的蛇形管。而光導(dǎo)纖維單絲(長(zhǎng)500～5000mm)〔11〕的前端和后端分別嵌入其前端粘結(jié)孔〔9〕和后端粘結(jié)孔〔12〕。在0.67μmm前截止玻璃〔14〕上粘以2×2mm(或5×5mm)的前硅光電池〔15〕，在0.7μm前截止玻璃〔16〕上粘以2×2mm(或5×5mm)的后硅光電池〔17〕，將其一并裝入銅制光電轉(zhuǎn)換器座〔18〕內(nèi)，然后旋入由玻璃鋼制成的光電耦合器外殼〔13〕中，調(diào)節(jié)前濾波片〔14〕至光導(dǎo)纖維后端的距離使其等于 (R0)/(tg(ArcSinN·A·)) ，以達(dá)最佳耦合狀態(tài)并將光電轉(zhuǎn)換器座粘牢。從硅光電池輸出之電壓信號(hào)由后級(jí)差動(dòng)放大器求差值，以達(dá)精確測(cè)量之目的。
以上所述部件凡其內(nèi)表面或外表面為柱面的，其軸線應(yīng)與光軸相合，凡未給定具體尺寸的可由相關(guān)尺寸予以確定，無(wú)相關(guān)關(guān)系的尺寸可依不產(chǎn)生新的光欄和減少重量的原則予以選定，但一旦溫度分度標(biāo)定以后，尺寸不宜更改。為防止空腔反射，光導(dǎo)纖維前端、透鏡空腔及可能受光部分皆車(chē)以細(xì)軸紋并涂黑。防濺體〔1〕、探桿連接套〔4〕和透鏡耦合外套以不銹鋼制做為宜，探桿〔8、8A、33〕，和手柄〔26〕以鋁及鋁合金制造為宜，蛇形管〔10〕可采用鋼或鋁制品。
本發(fā)明新采用的差動(dòng)雙色光電耦合，不但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，價(jià)格低廉，且大大降低測(cè)量漂移，因此它能有效的應(yīng)用于任何以輻射式測(cè)溫為特征的所有測(cè)溫技術(shù)領(lǐng)域：
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由本發(fā)明所制成的高溫測(cè)溫計(jì)，其測(cè)溫范圍在700℃～3000℃，響應(yīng)時(shí)間差值響應(yīng)為150～300毫秒。
權(quán)利要求
1.一種包括由光導(dǎo)纖維與透鏡、光導(dǎo)纖維與硅光電池所組成的耦合的高溫傳感器探桿，其特征在于a.光導(dǎo)纖維是一根直徑為0.15至0.5mm，長(zhǎng)500至5000mm的單絲光導(dǎo)纖維[11]，其前端和后端分別嵌入前端粘結(jié)孔[9]和后端粘結(jié)孔[12]。b.光導(dǎo)纖維絲[11]是不分光、不分叉、非調(diào)制的單一光路，該光路與硅光電池耦合形成差動(dòng)雙色光電耦合器，它由雙濾波片和雙片硅光電池耦合而成，前濾波片為0.67μm前截止玻璃[14]，其上粘以2×2mm(或5×5mm)的前硅光電池，后濾波片為0.7μm前截止玻璃[16]，其上粘以2×2mm(或5×5mm)的后硅光電池[17]，它們裝入銅質(zhì)光電轉(zhuǎn)換器座[18]中并旋入光電耦合器外殼[13]。c.有一個(gè)防濺體[1]，其中裝有一個(gè)φ8.5×0.5至5mm的防濺石英片[2]且被防濺石英片頂圈螺旋壓緊。d.防濺體[1]，透鏡耦合器[5]和探桿[8]由探桿連接套[4]以螺旋和膠粘連接。e.光導(dǎo)纖維前端空腔及透鏡前空腔皆車(chē)以細(xì)螺紋并涂黑。f.石英透鏡的尺寸為φ9×3mm，焦距f=10mm。g.在探桿[8]與探桿[8A]之間焊有長(zhǎng)100至200mm的蛇形管[10]。
2.如權(quán)利要求
1所述的高溫傳感器探桿，其特征在于石英透鏡〔7〕至單絲光導(dǎo)纖維〔11〕前端面的距離Lf＝1.2f～2f。
3.如權(quán)利要求
1或2所述的高溫傳感器探桿，其特征在于單絲光導(dǎo)纖維后端面至前濾波片〔14〕的距離L0= (R0)/(tg(ArcSinN·A·)) 。
4.如權(quán)利要求
1所述的高溫傳感器探桿中的差動(dòng)雙色光電耦合器，其特征在于這種耦合器可應(yīng)用于以輻射式為測(cè)溫特征的所有測(cè)溫領(lǐng)域。
5.如權(quán)利要求
1或2所述的高溫傳感器探桿，其特征在于內(nèi)探桿〔23〕可在有手柄〔33〕的外探桿〔32〕中作由800至1600mm的伸縮。
6.如權(quán)利要求
3所述的高溫傳感器探桿，其特征在于內(nèi)探桿〔23〕可在有手柄〔33〕的外探桿〔32〕中作由800至1600的伸縮。并由松緊螺套〔31〕予以固定。
7.如權(quán)利要求
1、2或6所述的高溫傳感器的用途，其特征在于可對(duì)鐵水流股溫度實(shí)行非接觸測(cè)量。
專(zhuān)利摘要
光導(dǎo)纖維絲式便攜型可彎伸高溫傳感器探桿突破了多年來(lái)人們所沿用的以束式光導(dǎo)纖維和束式分光式分叉比色耦合或調(diào)制技術(shù)為測(cè)溫特征的方法，而采用單絲光導(dǎo)纖維和非分光、非分叉、非調(diào)制的差動(dòng)雙色光電耦合技術(shù)，使測(cè)溫精度提高、測(cè)溫裝置簡(jiǎn)化，重量顯著減少，從而實(shí)現(xiàn)了便攜型可彎伸高溫測(cè)溫計(jì)的制作及高溫液態(tài)金屬冶煉和注流溫度的非接觸測(cè)量。
文檔編號(hào)G01J5/10GK85100855SQ85100855
公開(kāi)日1986年8月27日 申請(qǐng)日期1985年4月1日
發(fā)明者郝天佑, 周鳳山, 王為人, 薛秀琴, 胡繼伍 申請(qǐng)人:北京鋼鐵學(xué)院導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan