第
28
卷第
11
期
武汉理工大学学报·信息与管理工程版
Vo
l. 28
No.
11
Nov.2006
2006
年
11
月
JOURNAL
OF WUT (INFORMATION & MANAGEMENT ENGINEERING)
文章编号
:1007
-144X(2006)
11
-0001
-04
光纤测温计的波分复用技术
李维来李进涛
2
(1.武汉理工大学光纤传感技术与信息处理教育部重点实验室,湖北武汉
430070;
2.
武汉理工大学信息工程学院,湖北武汉
430070)
摘
要:介绍了双波长比值法光纤高温测量技术的原理,以及它的热辐射信号分离技术:光敏管信号分离技术
和波分复用信号分离技术。通过两者的比较,高温辐射信号经多模光纤披分复用器分离比经光敏管分离能使
比值法的温度测量范围降低
200
"C
,而且线性度更好,提高了测温计的测量范围和精度,更能满足工业实际应
用的要求。
关键词:光纤;高温计;波分复用
中图法分类号
:TN253
文献标识码
:A
1
引言
光纤是应用于光通信的一种新型材料,与其
他材料相比,具有许多独特的性能,如宽频带传输
特性、电绝缘性以及可弯曲性能好等。
光纤传感技术则是一种通过调制、检测光纤
中转输的光波特征参量,实现对各种物理量测量
的技术。光纤的上述特性使光纤传感技术具有高
精度、现场无电信号、不受电磁干扰、性能可靠、技
术含量高和成本低等优点。光通信技术的发展为
光纤传感打下了雄厚的技术基础,它的基础元器
件大都已商品化,其稳定性和可靠性均能满足光
纤传感的要求。
基于光纤传感技术和高温辐射信号双波长比
值法解调技术制成的光纤高温计己作为一种重要
的测温手段,已经应用在冶金、化工和能源等工
业领域,推动了高温测温技术的发展
[1]
。
目前使用的光敏管热辐射信号分离技术还存
在不少弊端,如热辐射双波长比值与温度的线性
度不好,可做比值的温度开始点太高,因而限制了
在-些工程场合的应用。
2
光纤高温计测温原理
光纤高温传感器依据的是黑体辐射原理,即
在给定的温度下,黑体会辐射出确定的光谱。普
朗克定律指明了黑体的辐射强度
E(
λ
,
T)
与辐射
收稿日期
:2006
-09
-15.
波长
λ
和辐射绝对温度
T
之间的关系:
(λ
,
T)
=
气了
1~
(1)
λ
:l
(
eC2/
γ
1
-1)
式中
'C
1
、
C
2
分别是第一和第二辐射常数;辐射强
度
E(
λ
,
T)
中的
T
为绝对温度,
λ
为辐射波长。
当波长
λ
一定时,可得式
(2)
,黑体的辐射强
度
E(
λ
,
T)
仅是绝对温度
T
的函数:
E( λ
,
T)
=
r(
T)
(2)
若仅仅利用辐射光谱中一个单色波长的辐射强度
来进行测量,将不可避免地受到辐射源的变化及
测量环境中其他吸收体等因素的影响。在使用过
程中,现场恶劣环境也会使接收到的光辐射强度
严重衰减,所以不能用单色波长的辐射强度来进
行测量。
如果对相邻的两个波长
λ1
、
λ2
的各自带宽队
区间内的辐射强度做除法,则得到比值
R(T)
:
l
E(
λ
,
T)d
λ
R(T)=
〉
λ2
(3)
E(
λ
,
T)dλ
从
(3)
式可以看出,所得辐射强度之比只随
温度的变化而变化,从而消除了外界的干扰,成为
物体温度变化的单值函数。光纤双波长比值法辐
射高温计就是根据这一理论公式设计的
[2
,
3]
。
通过温度标定实验发现,双波长辐射强度之
比同温度成较好的线性关系。用双波长比值法测
温的另一个优点就是,对高温辐射的强度衰减不
作者简介:李维来
(1949
- )
,男,湖北武汉人,武汉理工大学光纤传感技术与信息处理教育部重点实验室研究员.
基金项目:国家自然科学基金重点资助项目
(60537050)
.