光纤温度传感器在热加工生产中的应用

　　光纤高温传感器可以大范围的测定热加工过程的温度，测温范围从室温到1800℃，在800℃以上，灵敏度优于1℃，在1000℃以上，可分辨温度优于0．1℃，具有高温优越性。而且响应快、抗电磁干扰、工作温区大、操作方便、可实现多点测量。对于铸造、热处理的工艺和质量控制具有积极的意义。

　　1　理论基础

　　光纤温度传感器系统包括端部掺杂质的高温蓝宝石单晶光纤探头、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。如图1所示。

　　在高温区(400℃以上)，光纤温度传感器基于光纤被加热要引起热辐射的原理工作。热辐射效应光强调制型光纤温度传感器属于被动式光强调制，它不需要外加光源，而直接由蓝宝石光纤制成的黑体腔收集热辐射，然后通过传输光纤送到光电二极管探测并进行数据处理。热辐射的强度和波长是温度的函数。采用带黑体腔的高温单晶蓝宝石(α－Al2O3)光纤(其熔点温度为2050℃)，当黑体腔与待测温度区热平衡时，黑体腔就按照黑体辐射定理发射与待测温度T相对应的电磁辐射，其谱功率密度出射率可以用Plank公式表示为

　　其中ελ为黑体腔的谱发射率；C1＝3．74×108 W·μm4/m2为第一辐射常数；C2＝1．44×102μm·K为第二辐射常数；λ为光谱辐射波长；T为黑体辐射温度。这一功率经高温光纤直接耦合进入低温光纤，然后射入光电二极管光敏面。考虑到光电二极管光敏面的光谱响应为0．4～1．1μm，同时为了使黑体腔的发射率稳定，控制黑体腔的长径比大于3，于是黑体腔谱发射率ελ≈ 1，入射到光电二极管光敏面的黑体总辐射能量为