復層構造光纖紅外測溫儀的製作方法

2023-06-13 01:05:41 1

專利名稱：復層構造光纖紅外測溫儀的製作方法
技術領域：
本實用新型所述的復層構造光纖紅外測溫儀涉及一種非接觸溫度測量裝置。
背景技術：
目前機械加工金屬切削過程中，由切削熱產生的切削溫度，直接影響刀具的磨損 和使用壽命，並影響工件的加工精度和表面質量，所以研究切削熱的產生和變化規律，是研 究金屬切削過程的重要方面。切削溫度的實時測量歷來是一個難題，使用埋設熱電偶等的 常規方法雖然可以解決一部分問題，但是在高速加工中對刀具的溫度的測量使用常規方法 無法實現，傳統的紅外測溫儀採用的探頭大多為安裝前進行瞄準、固定，難以實現測量過程 中的實時測量，而且經常反覆拆裝也會影響測量精度，並且所採用的光纜傳輸方式具有損 耗大等缺點。傳統的光電探測器大多是單層結構，通過分離光纖束將同一信號分成兩種信 號，在測量範圍、抗幹擾能力、反應靈敏度、準確性等方面都不能很好的滿足實際測量的要 求。針對上述現有技術中所存在的問題，研究設計一種新型的復層構造光纖紅外測溫儀，從 而克服現有技術中所存在的問題是十分必要的。

發明內容鑑於上述現有技術中所存在的問題，本實用新型的目的是研究設計一種新型的復 層構造光纖紅外測溫儀，從而解決機械加工中切削溫度的非接觸測量，並且對高速移動的 溫度信號具有高應答性的測量裝置。本實用新型所述的復層構造光纖紅外測溫儀是由光導 纖維、斬波器、集光透鏡、復層半導體結構光電探測器、信號放大器、多通道數字示波儀所組 成，被測物所發出的紅外線經光導纖維引入，經過斬波器、集光透鏡和復層半導體結構光電 探測器，將紅外光信號轉變為電信號，經信號放大器放大後由多通道數字示波儀接收保存； 其特徵在於所述的復層半導體結構光電探測器是由砷化銦(InAs)和銻化銦(InSb)組成； 被測物所發出的紅外線傳遞到復層半導體結構光電探測器，在復層半導體結構光電探測器 內部先後經過其組成元件砷化銦(InAs)和銻化銦(InSb)，紅外線經砷化銦(InAs)後產生 一組電信號，經銻化銦(InSb)後又產生一組電信號，兩組電信號經信號放大器放大後由多 通道數字示波儀接收保存，並對信號進行比值處理，計算出溫度值。本實用新型所述的光導 纖維採用硫系玻璃光導纖維，其端面經過研磨後套上光纖套管即可直接使用。本實用新型 所述的斬波器採用小電機經減速器帶動一個多孔圓盤構成。 本實用新型的目的是這樣實現的被測目標物所發出的紅外線由光導纖維接收傳 遞經集光透鏡聚焦後被導入由砷化銦(InAs)和銻化銦(InSb)組成的復層半導體結構光電 探測器，由復層半導體結構光電探測器將光信號轉換為電信號，經過信號放大器放大後，由 多通道數字示波儀接收保存，對照事先標定好的電壓值與溫度值的關係曲線，得出被測物 的實際溫度值。 本實用新型的目的在於提供一種用於測量高速加工過程中的切削溫度的溫度計。 該溫度計可實現對機械加工中切削溫度的非接觸測量，並且對高速移動的測量點的溫度信號具有高應答性。本實用新型所採用光導纖維可以實現微小面積與物體內部溫度的測量。 本實用新型使用了具有高紅外光透過率的硫系玻璃光導纖維，測量時使光導纖維的一個端 面對準被測目標，光導纖維的端面與目標之間保持一定的距離從而實現了非接觸式測量。 由於光纖直徑為0. 3mm，並且具有一定的彎曲度，可以對直徑數十至數百y m的微小目標區 域、常規方法難以測定的形狀複雜的目標、角落等處的溫度進行測定的溫度進行測定，也可 以在目標上鑽小孔，將光纖插入目標內部實施內部溫度的實時測定。 本實用新型使用了由砷化銦(InAs)和銻化銦(InSb)組成的復層半導體結構光電 探測器，由於二者具有不同的測定範圍，使該溫度計具有300-100(TC範圍的測定能力。並 且二者的工作溫度為零下196°C，由液態氮冷卻，並且是在真空的狀態下工作，從而保證了 溫度計的高靈敏度，可精確探測的較為微弱的信號。它們對光信號的反應時間為砷化銦 (InAs)的反應時間為O. 1 ii S、銻化銦(InSb)的反應時間為O. 07 y S，有著極快的反應速度， 具有追蹤最高頻率為400kHz信號的能力。探測器工作時，光信號每經過一層光電變換元 件，都會輸出一組電信號，經過信號放大器放大後存入多通道數字示波儀存儲。將採集的數 據經比值處理後計算得到溫度值，從而將材料的輻射率、表面特性、紅外光在傳播過程中的 損失等方面的影響被過濾，保證了測量的準確性。 本實用新型使用了斬波器，在對連續信號進行測量時使用斬波器將信號轉變為斷 續信號，便於多通道數字示波儀的接受和信號的處理。 本實用新型可應用於車、銑、鑽等切削加工的切削溫度的實時測定，亦可應用於激 光加工、雷射牙科治療等雷射應用上的溫度測定及其他使用常規溫度測量裝置難於測量的 場合，可廣泛應用於各種需要測溫的場合，具有廣泛的應用前景，根據文獻檢索，國內尚無 同類裝置的使用先例。 本實用新型具有結構新穎、測量的準確性高、反映靈敏、可以對直徑數十至數百 P m的微小目標區域和物體內部的溫度進行測定、測溫範圍廣等優點，其大批量投入市場必 將產生積極的社會效益和顯著的經濟效益。

本實用新型共有一幅附圖，其中 圖1是復層構造光纖紅外測溫儀結構示意圖。 圖中1、光纖套管2、光導纖維3、斬波器4、集光透鏡5、復層半導體結構光電探 測器6、信號放大器7、多通道數字示波儀8、小電機。
具體實施方式本實用新型的具體實施例如附圖所示，復層構造光纖紅外測溫儀，是由1、一種復 層構造光纖紅外測溫儀，由光導纖維2、斬波器3、集光透鏡4、復層半導體結構光電探測器 5、信號放大器6、多通道數字示波儀7所組成，被測物所發出的紅外線經光導纖維2引入，經 過斬波器3、集光透鏡4和復層半導體結構光電探測器5，將紅外光信號轉變為電信號，經信 號放大器6放大後由多通道數字示波儀7接收保存。所述的復層半導體結構光電探測器5 是由砷化銦(InAs)和銻化銦(InSb)組成；被測物所發出的紅外線傳遞到復層半導體結構 光電探測器5，在復層半導體結構光電探測器5內部先後經過其組成元件砷化銦(InAs)和銻化銦(InSb)，紅外線經砷化銦(InAs)後產生一組電信號，經銻化銦(InSb)後又產生一組 電信號，兩組電信號經信號放大器6放大後由多通道數字示波儀7接收保存，並對信號進行 比值處理，計算出溫度值。本實用新型所述的光導纖維2採用硫系玻璃光導纖維，其端面經 過研磨後套上光纖套管1即可直接使用。本實用新型所述的斬波器3採用小電機8經減速 器帶動一個多孔圓盤構成。 本實用新型工作時光導纖維2移動到合適位置，接收、傳遞目標物輻射紅外光信 號。斬波器3由一個小電機8帶動工作，將紅外光信號斬斷為斷續的信號。紅外光信號經 集光透鏡4收集、傳遞至復層半導體結構光電探測器5，轉換為電信號。再經由信號放大器 6放大後，由多通道數字示波儀7顯示，對照事先標定好的電壓值與溫度值關係曲線得出被 測物實際測量溫度。
權利要求一種復層構造光纖紅外測溫儀，由光導纖維(2)、斬波器(3)、集光透鏡(4)、復層半導體結構光電探測器(5)、信號放大器(6)、多通道數字示波儀(7)所組成，被測物所發出的紅外線經光導纖維(2)引入，經過斬波器(3)、集光透鏡(4)和復層半導體結構光電探測器(5)，將紅外光信號轉變為電信號，經信號放大器(6)放大後由多通道數字示波儀(7)接收保存；其特徵在於所述的復層半導體結構光電探測器(5)是由砷化銦(InAs)和銻化銦(InSb)組成；被測物所發出的紅外線傳遞到復層半導體結構光電探測器(5)，在復層半導體結構光電探測器(5)內部先後經過其組成元件砷化銦(InAs)和銻化銦(InSb)，紅外線經砷化銦(InAs)後產生一組電信號，經銻化銦(InSb)後又產生一組電信號，兩組電信號經信號放大器(6)放大後由多通道數字示波儀(7)接收保存，並對信號進行比值處理，計算出溫度值。
2. 根據權利要求l所述的復層構造光纖紅外測溫儀，其特徵在於所述的光導纖維(2)採用硫系玻璃光導纖維，其端面經過研磨後套上光纖套管(1)即可直接使用。
3. 根據權利要求l所述的復層構造光纖紅外測溫儀，其特徵在於所述的斬波器(3)採用小電機(8)經減速器帶動一個多孔圓盤構成。
專利摘要本實用新型涉及一種非接觸溫度測量裝置。是由光導纖維、斬波器、集光透鏡、復層半導體結構光電探測器、信號放大器、多通道數字示波儀所組成，所述的復層半導體結構光電探測器是由砷化銦和銻化銦組成，被測物所發出的紅外線經光導纖維引入，經過斬波器、集光透鏡後，傳遞到復層半導體結構光電探測器，並且先後經過其組成元件砷化銦和銻化銦，將紅外光信號轉變為兩種電信號，經信號放大器放大後由多通道數字示波儀接收保存，然後對信號進行比值處理，計算出溫度值。本實用新型具有結構新穎、測量準確、反映靈敏、可以對微小目標和物體內部的溫度進行測定、測溫範圍廣等特點，故屬於一種集經濟性與實用性為一體的新型復層構造光纖紅外測溫儀。
文檔編號G01J5/08GK201488819SQ200920203580
公開日2010年5月26日 申請日期2009年9月23日 優先權日2009年9月23日
發明者周智鵬, 楊亮, 王銳, 許立 申請人:大連交通大學