特殊環(huán)境下的溫度測試(光纖測溫)

特殊環(huán)境下的高溫測試技術報告人：王高副教授單位：中北大學測試技術研究所聯(lián)系電話纖測溫光纖傳感器優(yōu)點1光纖傳感器測溫基本原理

2光纖傳感器測溫系統(tǒng)

3光纖傳感器測溫應用

4分布式光纖溫度傳感器52中北大學光纖測溫光纖溫度傳感器1、采用光纖作為敏感元件或能量傳輸介質而構成的新型測溫儀表，它有接觸式和非接觸式等多種型式2、特點：靈敏度高電絕緣性能好，可適用于強烈電磁干擾、強輻射的惡劣環(huán)境體積小、重量輕、可彎曲可實現(xiàn)不帶電的全光型探頭等“光纖之父”高錕3中北大學非接觸式光纖測溫接觸式光纖測溫黑體腔光纖傳感器光纖測溫4中北大學

耐高溫光纖黑體腔制備激光加熱基座法晶纖生長示意圖高溫光纖特點：物理化學性能穩(wěn)定，熔點高，強度大，熱膨脹小，導熱性好，具有很好的光傳輸特性典型耐高溫光纖：藍寶石單晶光纖，氧化鋯單晶光纖光纖測溫5中北大學1—鍍層

2—藍寶石光纖光纖黑體腔單晶光纖氧化鋯粉末黑體腔鍍膜原理鍍膜碳化硅粉末鍍膜材料光纖測溫6中北大學黑體腔鍍膜工藝1磁控濺射兩大特點，沉積速率比化學氣相沉積法（CVD）高出一個數(shù)量級；所需氣壓不高、成膜粘附性好光纖測溫7中北大學2等離子體噴涂原理：等離子弧通?？扛哳l放電火花引燃。粉末形式的噴涂材料由惰性氣體攜帶注入射流后，射流將其加速、加熱到熔化或半熔化狀態(tài)，噴射到基體的表面。飛行的高溫粒子因沖擊變形以及隨后的快速凝固和冷卻，成為激冷薄片，粘附在經(jīng)過處理的基體表面上。這些激冷薄片的不斷堆積形成了層狀結構涂層。等離子體熱噴涂工藝原理特點：等離子射流具有高焓、高溫和高速等能量特征，最難熔的材料（如碳化鉭，熔點為3875℃）也能在等離子射流中熔化并噴涂成形。等離子弧溫度高，可熔化目前已知的任何固體材料；噴射出的微粒速度快、溫度高，形成的噴射涂層質量好、結合強度高。光纖測溫8中北大學藍寶石黑體腔光纖傳感器測溫原理—根據(jù)普朗克定律，黑體單色輻射能力

與波長和溫度的關系。

式中

C1為第一輻射常數(shù)，

C2為第二輻射常數(shù)，T為黑體的熱力學溫度。在溫度T<3000K和波長λ<0.8μm范圍內，由于C2λT>>1，普朗克定律可以由維恩近似公式代替。原理：藍寶石光纖傳感器光纖測溫9中北大學

藍寶石光纖傳感器溫度測試系統(tǒng)光纖測溫10中北大學光纖傳感器性能測試響應時間測試裝置采用階躍上升的高功率CO2激光束經(jīng)反射鏡后聚焦到涂敷藍寶石黑體腔溫度傳感頭上，成為周期性的熱信號，感溫介質膜層吸收CO2激光束能量產生熱輻射，用示波器記錄窄帶光電探測器的輸出，其輸出溫度電壓信號隨階躍激光信號變化而變化，得出傳感器的時間相應性能。藍寶石光纖傳感器響應時間波形圖（τ＝20.0ms）光纖測溫11中北大學某導彈發(fā)射箱前框表面溫度測量（1465.56℃）光纖傳感器瞬態(tài)表面測溫火箭發(fā)動機溫度－時間曲線（1900.56℃）導彈發(fā)射瞬間光纖測溫12中北大學光纖傳感器飛機發(fā)動機總溫測量中國J-20戰(zhàn)斗機太行發(fā)動機T0—總溫，單位為K；T—靜溫，單位為K，k—常數(shù)總溫與靜溫光纖測溫13中北大學幾種典型的總溫熱電偶結構示意圖1-滯止罩，2-