光纤温度传感器系统结构及工作原理
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发布时间:2024-10-07 15:57
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时间:2024-10-26 07:26
光纤温度传感器系统,从室温到1800℃全程测温,主要由端部掺杂的光纤传感头、Y型石英光纤传导束、超高亮发光二极管(LED)及驱动电路、光电探测器、荧光信号处理系统和辐射信号处理系统构成。
系统工作原理如下:在低温区(400℃以下),辐射信号较弱,系统开启发光二极管(LED)以荧光测温。LED发射调制的激励光,通过聚光镜耦合至Y型光纤分支端,由Y型光纤和光纤耦合器传输至传感头。传感头端部受激励光激发产生荧光,荧光信号经光纤导出,通过光纤耦合器由Y型光纤另一分支端射出,被光电探测器接收。光电探测器输出的光信号放大后由荧光信号处理系统处理,计算荧光寿命得到温度值。而在高温区(400℃以上),辐射信号足够强,辐射测温系统工作,LED关闭。辐射信号通过蓝宝石光纤,经Y型光纤输出,由探测器转换为电信号,系统通过检测辐射信号强度计算温度。
光纤传感头端部掺入Cr3+离子,实现光激励时的荧光发射,掺杂部分光纤长度为8~10mm。端部光纤表面镀覆黑体腔,用于辐射测温。此时,光纤黑体腔长度与直径之比大于10,满足黑体腔表观辐射率恒定的要求。避免或减少荧光发射部分与热辐射部分的相互干扰,对于保证整个系统的性能至关重要。
分析发现,这种干扰主要体现在以下三个方面:1) 荧光信号中的辐射背景信号对荧光寿命检测精度的影响,2) 光纤表面镀覆对荧光强度的影响,3) 光纤内Cr3+离子掺杂对黑体腔热辐射信号的影响。