一种高精度光纤测温系统工作波长的优化设计

基于基尔霍夫定律 ,利用钽酸锂热释电探测器设计了一种实用化的双波长、高精度光纤测温系统。依照测温系统中单个探测器的温度分辨力、R(T)～T曲线的线性度、R(T)～T曲线的温度灵敏度及其相对温度灵敏度与各主要技术参量之间的关系 ,对采用钽酸锂热释电探测器作光电转换器件实现的实用化实时测温系统的工作波长进行了优化设计。实验表明 ,在测温范围 4 0 0～ 130 0℃内 ,当系统工作在λ1=2 .1μm、λ2 =2 .3μm时 ,其温度灵敏度高于 1.0× 10 -4℃ -1,相对温度灵敏度不低于 0 9,测温精度不低于 0 15 %。均符合设计要求     

一种被动式单波长实时测温系统的优化设计

基于Kirchhoff定律,利用一面反射镜,设计了一种可同时测量发射率及温度的单波长实时测温系统.从系统的测温灵敏度、相对测温灵敏度、探测器的温度分辨力及系统的测温标准差与波长的关系出发,并结合大气对红外辐射的透射特性,优化了系统的工作波长; 从系统的抗反射辐射能力与波长带宽的关系出发,并结合探测器的最小可探测光功率要求,优化了系统的波长带宽.实验结果表明,当λ=0.80 μm、Δλ=20 nm时,在测温范围600~2 500℃内,系统的测温不确定度优于0.3%.     

利用激光并采用热释电探测器的实时测温系统的最优设计

基于 Kirchhoff定律 ,利用半导体激光器及钽酸锂 (L i Ta O3)热释电探测器设计了一种实用化的反射式实时测温系统。分析了该系统的测量精度、测温灵敏度及测温范围等主要技术指标与激光源的能量、仪器的工作波长、放大器带宽、光学系统的相对孔径等技术参数间的关系。给出了实际系统主要参数选择的最佳方案。     

一种被动式辐射测温系统的波长及其带宽设计

介绍了采用PIN硅光电二极管作光接收器件实现的一种被动式实时测温系统。该系统主要由光学接收系统、信号放大与处理系统及显示系统三部分组成。从系统的相对测温灵敏度及探测器的温度分辨力与波长间的关系出发,结合大气对红外辐射的透射特性,确定了系统的工作波长;从系统的抗反射辐射能力出发,并结合探测器的最小可探测光功率要求,确定了系统的波长带宽。从P1、P2的测量不确定度出发,讨论了待测目标的发射率及温度的测量精度。结果表明,当λ=0.80μm、Δλ=20nm时,在测温范围600~2500℃内,系统的测温不确定度优于0.3%,满足设计要求。     

一种实用化实时测温系统优化设计中的几个问题

基于Kirchoff定律,利用半导体激光器及钽酸锂热电器件设计了一种实用化的实时测温系统.根据待测目标的光谱辐出度及相对测温灵敏度随λT的变化关系,确定了系统工作波长的大致范围;通过对水冷遮蔽板的尺寸及其放置位置与波长间的关系、以及对大气的红外透射谱等的分析,确定了系统的工作波长;按照水冷遮蔽板的尺寸及其放置位置(H/R之值）对测温精度的影响,讨论了水冷遮蔽板的H/R之值,并由此分析了系统的抗干扰能力及测温精度.指出了引起系统测温不确定度的5种主要原因,并对其中的2种进行了简要的分析.实验结果表明,该系统的测温精度优于0.3%.     

双波长光纤测温仪的工作波长及线宽设计

介绍了一种利用钽酸锂热释电探测器实现的实用化双波长光纤测温仪。测温仪由光学接收系统、信号放大与处理系统及显示系统三部分组成。依照探测器系统的温度分辨率、R(T)～T曲线的线性度及温度灵敏度与各主要技术参数之间的关系,在考虑光路中的选择性吸收气体的影响及探测器的最小可探测功率的基础上,对其工作波长及波长带宽进行了优化设计。分析了仪器的工作波长及波长带宽对温度分辨率及测温灵敏度的影响。结果表明,在测温范围400～1300℃内,当λ1=2 1μm、λ2=2 3μm、Δλ3=20nm时,其测温精度高于0 20%。     

一种实用化实时测温系统的优化设计

基于基尔霍夫定律，利用半导体激光器及钽酸锂热释电探测器设计了一种实用化的实时测温系统。依照测温系统各主要技术指标(温度分辨力、温度的标准偏差及测温范围)与各主要技术参量(激光光源的能量、波长、放大器的带宽及光学系统的相对孔径等)之间的关系，对实时测温系统的各主要参量(激光光源的能量、光学系统的相对孔径及放大器的带宽)进行了优化设计。实验表明，在测温范围673～1473K内，温度测量的不确定度优于0．3％，分辨力优于0．4K，均符合设计要求。     

比色测温在陶瓷生产中的应用研究

针对陶瓷制品烧结过程中的在线温度检测,引入了比色测温方法。根据比色测温的原理构建了比色测温系统。提出了系统关键参数比色波长、发射/转化率的确定方法,其中重点分析和推导了波长与能量、灵敏度的关系。根据陶瓷烧结过程特点搭建了样机,并进行了测试,结果表明在1 300 K～2 000 K范围内测温误差小于10 K。     

利用激光并采用热释电探测器的实时测温系统的灵敏度

在介绍一种利用 In Ga As/I半导体激光器并采用钽酸锂 ( L i Ta O3)热释电探测器实时测温系统的基础上 ,着重分析了在该系统测量中和在高温度时的极限灵敏度 ,并导出了该系统极限灵敏度的数学表达式。给合其温度的测量误差 ,分析了系统的工作波长、被测温度、放大器带宽以及光学系统的相对孔径对极限灵敏度的影响 ,并进行了计算机模拟 ,得到了一系列有意义的结论     

基质VO43-与掺杂离子Pr3+荧光强度比的新型高灵敏度光学测温研究

目前,光学测温技术在传感、治疗、诊断和成像等领域取得了重大突破.但是,基于传统热耦合能级荧光强度比测温的灵敏度较低,限制了其进一步的发展.本文基于基质与掺杂离子间不同的温度依赖行为,提出了一种新型的具有高灵敏度的测温方案.首先,采用固相法成功合成了YVO₄:Pr³⁺荧光粉.然后,采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜和荧光分光光度计对样品的结构与发光特性进行表征.XRD结果表明Pr³⁺成功掺入YVO₄基质,SEM结果表明样品为长方体形状微米晶颗粒,平均颗粒大小约为2.1μm.在320 nm激发下,YVO₄:Pr³⁺主要呈现出在440 nm附近的蓝光发射和606 nm的红光发射,发光峰不存在明显的重叠.基于VO₄^3-与Pr³⁺的发光对温度的不同响应,实现了新的荧光强度比测温方案.测温范围为.303—353 K,最大绝对灵敏度和相对灵敏度分别为0.651 K^-1和3.11...     

实用化拉曼光谱水下温度遥测系统研究

海水水下温度测量对研究海洋环境和气候监测及自然灾害的早期预报等十分重要。利用蓝绿激光在海水中良好的透射性,拉曼光谱技术可应用于大面积海水水下温度的快速遥感监测。但目前能够实现现场连续水温监测功能的实用化拉曼光谱水温遥测系统还尚未见报道。研制了实用化低成本的拉曼光谱水下温度遥测系统,开发了光谱实时采集和数据处理软件。数据处理中结合了面阵CCD的空间累加与时间积分及本底扣除算法,有效增强了拉曼光谱的信噪比和光谱系统的探测灵敏度。为了提高实际测温精度,以短波段拉曼谱的面积(S_HB)与长波段拉曼谱的面积(S_NHB)之比作为光谱信标与水温建立关系,研究了测温精度与光谱积分范围和拟合阶次的关系。实验测量了五百多组不同水温的拉曼光谱,分别选用比值S_HB/S_NHB和S_NHB/S_HB与水温进行线性拟合和二阶多项式拟合。研究结果显示,分界波长对面积比值变化范围影响很大,而拟合阶次对面积比与温度的拟合关系的准确度影响很大,两者最终都影响水温测量误差。为了更客观地反应不同面积比法、分界波长和拟合阶次对水温测量误差的影响,分析了温度测量误差与不同分界波长的关系。结果显示,温度测量误差受分界波长影响较小,受面积比法和拟合阶次影响较大;相同情况下2阶多项式拟合结果优于相应的线性拟合结果;而采用比值S_HB/S_NHB与水温进行线性拟合时测温精度较高,且拟合参数易于调整。进一步研究了不同面积比方法和分界波长对系统抗干扰性能的影响。研究结果显示,比值S_HB/S_NHB法抗干扰能力随分界波长减小而减小,而比值S_NHB/S_HB法抗干扰能力随分界波长减小而增大。上述研究结果提高了温度反演算法参数设置的合理性和拉曼散射系统测温精度及系统抗干扰能力。综合考虑上述研究结果,数据处理中设定649.3 nm作为分界波长计算拉曼光谱面积比S_HB/S_NHB与水温进行线性拟合。最后通过实验检验了拉曼光谱水下温度遥测系统的连续实时测温能力和测温精度。结果显示,拉曼光谱系统测温值与高精度同步温度传感器测量温度一致,最大测温误差为±0.5 ℃,测温误差的标准差约0.21 ℃。     

Thermal measurements using ultrasonic acoustical pyrometry

Reflections from geometric discontinuities can be used with ultrasonic energy to predict the temperature of an interface where classical temperature measurement techniques are impractical because of physical access limitations or harsh environmental conditions. Additionally, these same ultrasonic measurements can be used with inversion methods commonly applied to ill-posed heat transfer problems to increase the accuracy of the measurement of surface temperature or heat flux at the surface of interest. Both methods for determining surface temperature are presented, along with a comparison of results both from a verification example and using data gathered in a field test of the methods. The results obtained with these two methods are shown to be in good agreement with an empirical relationship used in the design of large caliber guns.     

基于时分复用技术的吸收光谱气体温度在线测量研究

可调谐半导体激光吸收光谱技术是一种具有高灵敏度、高选择性的非接触式气体在线测量技术。通过直接扫描多条H2O特征谱线并结合最小二乘算法实现对开放环境气体温度的在线测量。利用HITRAN光谱数据库详细讨论了边界效应对气体温度浓度测量的影响,计算结果表明,扫描多特征谱线并结合最小二乘算法可有效减小边界效应对开放环境气体温度测量的影响。实验中采用时分复用技术同时扫描了7 444.36,7 185.60,7 182.95和7 447.48cm-1四条H2O特征谱线,对管式炉573～973K范围内不同工况下的气体温度进行了测量。吸收光谱测量结果与热电偶信号的最大温差小于52.4K,温度测量最大相对误差为6.8%。     

热敏电阻参数对桥式温控电路灵敏度的影响

文章从理论上对温控电路中热敏电阻构成的桥路灵敏度进行了分析，探讨了热敏电阻属性对测量灵敏度的影响，得出了满足环境要求的高精度温度测量方法．     

低温装置中温度测量的热沉问题

文中讨论了低温装置中的热沉问题。为减少因电引线导热对温度计的热负荷 ,提高温度测量的精度 ,在温度计的引线中加入热沉将是非常必要而且有效的手段。文中解决了不同边界条件下所需的热沉长度的求解问题 ,并讨论了其实际应用     

光谱辐射测量仪器温度修正方法的研究及验证

光谱辐射定标是光学遥感仪器研制中的关键环节。深入分析实验室定标的光谱辐射测量仪器至户外应用的不确定度来源,环境温度是限制仪器户外高精度测量的最主要因素之一。传统的光谱辐射度实验室定标通常在室温（~25 ℃）下进行,而户外光谱辐射测量处于不同温度环境,严重影响仪器测量的准确度。设计搭建实验测量系统,采用遥感辐射领域常用的光谱辐射测量仪器,研究环境温度对光谱辐射测量的影响。实验结果显示：常用光谱辐射计（CR-280）的测量结果受温度影响明显,在10～40 ℃之间变化时,仪器光谱辐射亮度测量值在400～700nm波段内的偏差为±5%左右,而700～1 050 nm内的偏差高达±15%左右。这主要由于仪器采用硅探测器,红外波段恰好与硅的带边接近,硅探测器易受温度影响,温度增加硅的带边会向长波方向移动,光谱辐射计的响应度也随之增加。基于实验数据统计分析,提出一种适用于不同类型光谱辐射计的温度修正方法,相对于传统的斜率/截距（S/B）算法适用性更广,还可由公式计算出任意温度下的修正结果。修正后CR-280红外波段的偏差（950 nm左右）由±10%降低为±1%,明显减小了因户外使用与实验室定标温度不同造成的测量结果偏差。此外,利用不同类型光谱辐射测量仪器（Avantes及SVC HR-1024）对温度修正方法进行验证。环境温度变化时光谱仪Avantes（VIS/NIR）的测量结果存在较大偏差（1 060 nm高达±17%）。通过温度修正方法运算,仪器修正值与定标值的偏差在±1%以内。光谱辐射计（SVC HR-1024）不同波段的测量值,与定标值的偏差受温度影响不同。这主要由于：仪器由Si、制冷型InGaAs及扩展InGaAs探测器组成,Si探测器受温度影响大,950～1 000 nm波段测量值与定标值的偏差高达±10%。而制冷型InGaAs可有效控制探测器温度,受温度的直接影响相对小。但随温度增加,InGaAs探测器制冷效果受限（制冷最佳工作温度为20 ℃）,测量结果产生偏差（1%~3%）。同样,利用温度修正公式对不同温度下SVC HR-1024的测量结果进行修正运算,仪器因温度变化引起的偏差可降低至±1%以内。