蓝宝石光纤温度传感器标定系统设计方案研究

1、何剑:蓝宝石光纤温度传感器标定系统设计方案研究蓝宝石光纤温度传感器标定系统设计方案研究SapphireFiber-temperatureSensorCalibrationSystemDesignScheme何剑郝晓剑周汉昌(中北大学电子测试技术国家重点实验室信息与通信工程学院,山西太原030051)摘要:本文介绍了一种蓝宝石光纤温度传感器温度电压转换系数K的标定系统的设计方案。文中对系统的整体设计进行了简要介绍,该设计方案成本低、精度高,具有一定的应用价值。关键词:蓝宝石光纤温度传感器;K值标定;单片机;红外测温仪1前言在瞬态温度测试领域中,温度传感器需要实验标定以建立准确的温度电压对应关系,

2、为电压还原为真实温度提供实验保障。目前,我国广泛采用了耐高温、响应快的蓝宝石光纤高温传感器作为瞬态高温的测量工具,但该种传感器的实验室标定工作尚处在起步阶段,精度较低,于单片机和案,K,为瞬态高温。2标定系统工作原理图1系统结构框图标定系统如图1所示,系统由红外测温仪、单片机及其外围电路、驱动机构、三爪自定心卡盘、氢氧焰机等构成。热源选用JD180氢氧机,该型号氢氧机使用方便,火焰温度可达2800,火焰小、热量集中:系统采用三台氢氧机供气,三根焰枪固定于中空三爪自定心卡盘上,手动调整卡盘以调整焰枪距离。红外测温仪为IRCON公司的Modline3型测温仪,该型测温仪测量温度范围为1000300

3、0,其输出的模拟信号与测量温度值成线光纤传感器是根据对传感器辐射光信号的探测得到被测温度信号的。传感器的测试温度与其输出电压之间存在温度电压转换系数K,并设计标定系统对K进行标定。根据Planck黑体辐射定律,光纤黑体腔置于温度为T的区域时,蓝宝石光纤黑体腔单色辐射通量为:5(,T)=C1/exp(C2/T)-1(1)对式(1)进行积分,则+/200-/2(,T)d表示在一定波长范围内,光纤黑体腔的辐射通量,其单位为W。采用一定光电灵敏度的光电探测器根据公式(2)将此辐射通量转换为相应的电压。U(0,T)=K性关系。红外测温仪输出的模拟信号由AD0809采集,并输入单片机,单片机将红外测温仪测

4、得的温度值与设置温度值比较,以确定是否驱动步进电机工作,驱动传感器前后移动,调整传感器与氢氧焰的距离。步进电机驱动机构为滚珠丝杆驱动机构。显示模块采用四位一体数码管静态显示,显示设置的温度值。键盘采用独立按键。311红外测温仪的信号输出Modline3型红外测温仪模拟输出信号为(0-10)V0+/20-/2(,T)=KR(T)(2)式中K为转换系数。设干涉滤光片的光谱响应函),光电探测器(PIN管)的光谱响应函数为D数为f(),设传感头的单色发射率为),()反映光信号A(传输过程中光纤的传输损耗,当干涉滤光片的带宽很窄时,理论上K值可由公式(3)计算得出,但因系统的复杂性和各种因素的影响,难以

5、精确计算,必须进行实验标定。K值为取决于测试装置的系数,是一个与温度无关的装置常数,只需在一个温度下标定即可。(3)K=(f(D(0)0)0)0)3系统硬件介绍的电压信号,电压信号与测量温度值成线性关系,如公式(4)所示。红外测温仪可以设置AUX10%和AUX1100%,范围为(10003000)。T=(AUX1100%-AUX10%AUX10%)×10-0+(4)如图2所示,红外测温仪输出信号经过处理后由AD0809采集,并由单片机转换为温度值与预设温度阈计量与测试技术2009年第36卷第6期值进行比较。本文研究设计了针对性较强的蓝宝石光纤高温传感器温度电压转换函数系数值的标定系统

6、,该系统恒温区温度稳定,高效率传光耦合模块具有较强的噪声抗干扰性能,光电放大器满足系统要求,因此,蓝宝石光纤高温传感器K值标定系统具有较高的测试精度,为蓝宝石光纤高温传感器的准确测量奠定了实验基础。图2模拟信号采集电路图312传感器的信号输出传感器的光信号输出采用光耦合模块将被测量的直流光信号经过交流光调制转换为交流光信号,减小背景噪声,并最大限度地减小信号光在传输过程中的损失。辐射光信号由透镜变成平行光后经窄带滤光片,由斩器的光调制盘调制后再通过另一透镜汇聚到<013mm的传导光纤中,最终输入至光电探测器件。m的窄带截止型干涉滤光片选用中心波长为1161滤光片,可滤除干扰信号,提高测量

7、精度。斩波器调制频率设为大于1KHz,以降低低频时的1/f噪声。其中,耦合模块与光纤的接口选用ST接头,并且,同轴,保证了传输效率。,该型探测器。4系统软件设计系统路程图如图3所示,系统上电后,单片机进行系统初始化,包括对I/O端口及各种功能寄存器、外部设备进行初始化;然后判断是否有按键按下,以设定温度阈值;AD数据采集采用查询法,对采集后的数据据公式(4)进行转换,得到测量的温度值,并与设置温度阈值进行比较,根据比较结果驱动步进电机进动。5结论图3系统流程图参考文献1缪家鼎,徐文娟,牟同升1光电技术M1杭州:浙江大学出版社,1995:1-63,11816512高稚允,高岳1光电检测技术M1北

8、京:国防工业出版社,1995:3083091作者简介:何剑,男,研究生。工作单位:中北大学电子测试技术国家重点实验室信息与通信工程学院。通讯地址:030051山西省太原市中北大学。郝晓剑,周汉昌,中北大学电子测试技术国家重点实验室信息与通信工程学院(太原030051)。收稿时间:2009-03-03(上接第16页)表2检定项目辐射输出的空气比释动能率辐射输出的质辐射输出的重复性辐射输出的线性分辨力辐射野与光野的一致性射线管的电压射线管的电流射线管的焦点加载时间X光透视机X光拍片机考虑。总之,医用诊断X射线辐射源的检测工作是围绕关系民生的安全防护和质量控制这两个方面来进行的,+牙片机+检定项目指标则恰恰是这两个方面的体现。通过计量检定使医用诊断X射线辐射源的计量性能符合国家计量检定规程的要求,并可以发现失准的X光机,分析影响准确度的因素,为X光机的参数调整、部件维修、更换提供技术依据,保证医疗单位使用性能可靠、安全、合格的X光机。参考文献1JJG744-2004医用诊断X射线辐射源检定规程1国家质检总+局.作者简介:陈颖,女,助理工