微弱電壓信號(hào) - 一種光纖比色測(cè)溫儀設(shè)計(jì)方案

設(shè)被測(cè)物體輻射出的光信號(hào)經(jīng)過內(nèi)調(diào)制光敏管轉(zhuǎn)換后變成微弱電壓信號(hào)，再由放大器放大，然后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換得到的結(jié)果為Vi，測(cè)得環(huán)境溫度為Ti，假設(shè)T1≤Ti≤T2，對(duì)應(yīng)于修正表中的位置查表可以得到：在T1環(huán)境溫度時(shí)處于V1、V2之間，在T2溫度時(shí)處于V1′、V2′之間，分別查表得到光強(qiáng)值P1、P2和P1′、P2′，于是插值得到Pi、Pi′。

　　

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　　P為插值校正后的值，內(nèi)調(diào)制光電探測(cè)器輸出電流I與光強(qiáng)值P成正比，代入公式(5)便可以得到物體的色溫。

　　雖然選取兩個(gè)接近的波長(zhǎng)作為測(cè)溫儀的工作波段，希望兩個(gè)波長(zhǎng)處的單色輻射率近似相等，使得非黑體的色溫與它的實(shí)際溫度相等。但作為高精度的測(cè)量，仍不能忽視在冶金行業(yè)等工業(yè)生產(chǎn)過程中，有某些金屬材料的輻射率隨波長(zhǎng)的增加而減少，即所測(cè)的色溫高于物體的真實(shí)溫度。為了得到更精確的測(cè)量結(jié)果，必須考慮比輻射率的修正?？紤]到實(shí)際被測(cè)物體為非黑體，可以得到：

　　

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　　其中，T為非黑體的色溫，T′為非黑體的實(shí)際溫度。通過(9)式的修正，可以得到更為精確的結(jié)果。

　　2.2.2 針對(duì)不同測(cè)溫對(duì)象的模式處理

　　可以說，經(jīng)過線性補(bǔ)償、環(huán)溫補(bǔ)償以及各種修正的加入后，儀器已經(jīng)能應(yīng)付絕大部分高溫測(cè)量的需要。但在某些特定的應(yīng)用中，仍需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的特殊環(huán)境和要求使測(cè)溫儀能夠更好地適應(yīng)不同的環(huán)境。

　　(1)連鑄現(xiàn)場(chǎng)鋼板測(cè)量模式：高溫的鋼板上會(huì)有塊狀的氧化層附著，氧化層的溫度相比鋼板的表面溫度要低得多。在生產(chǎn)中需要測(cè)量鋼板表面的溫度，而不是附著在其上的塊狀氧化層的溫度。因此如果不做任何處理，那么測(cè)溫儀的示值與鋼板表面的溫度肯定是不相符的。這種情況下，在DSP的數(shù)字濾波處理程序上必須能夠除掉氧化層的影響。

　　(2)轉(zhuǎn)爐鋼水溫度測(cè)量模式：程序通過信號(hào)的檢測(cè)，判斷出轉(zhuǎn)爐的生產(chǎn)工作狀態(tài)。當(dāng)轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)動(dòng)到一定角度時(shí)系統(tǒng)開始測(cè)量，在轉(zhuǎn)爐回轉(zhuǎn)之前可以通過分析信號(hào)準(zhǔn)確得出鋼水的溫度，而不是爐內(nèi)鋼渣等其他干擾物質(zhì)的溫度。將此溫度值保持到下次轉(zhuǎn)動(dòng)爐體出鋼，以便工人記錄操作。由于現(xiàn)場(chǎng)干擾信號(hào)較大，要求軟件能剔除大量干擾信號(hào)。出鋼時(shí)爐口有大量的煙塵、熾熱的火焰，為得到鋼水的溫度，程序把連續(xù)測(cè)量的溫度值存儲(chǔ)下來后，利用統(tǒng)計(jì)誤差修正的方法對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到接近真實(shí)情況的溫度值。

　　

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　　3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

　　測(cè)溫儀由武鋼溫度計(jì)量實(shí)驗(yàn)室的高溫黑體輻射爐進(jìn)行標(biāo)定，標(biāo)定后對(duì)黑體爐的溫度進(jìn)行測(cè)量。在900°C～1700°C的測(cè)量范圍內(nèi)，與黑體爐的比照結(jié)果，測(cè)溫儀的測(cè)量精度在±1°C。

　　通過實(shí)驗(yàn)室測(cè)試和現(xiàn)場(chǎng)使用情況看，本雙處理器系統(tǒng)響應(yīng)速度快(響應(yīng)時(shí)間小于15ms)、使用壽命長(zhǎng)、抗電磁干擾、靈敏度高，使用范圍一般為900°C～1700°C，在一定程度上能克服少量的煙霧、水汽和粉塵的影響。