一种小型智能光纤温控仪系统

　　一、引言

　　基于黑体辐射原理的红外辐射沮度计，是众所周知的一种非接触式表面温度传感器。它可用于运动的、不可接近和不可接触的测温场合。本文所述的光纤数字式侧温仪也基于辐射侧盆原理。它与传统红外辐射侧温仪相比有以下几个优点:1)采用光纤传枪技术，发挥了光纤的传翰、限模、稳模、分路和撼波等特性，将拾取的光信号从侧量头传摘到远离被侧物休及复杂环境的地方，使传感头无任何电子元器件，从而可抗强电场、强磁场干扰。2)引入光纤作为信号传抽线，可以从光纤头向被侧休发出聚焦的可见光来精确地对准。3)使用透镜藕合，可获得足够的空间分辨率和时间分辨率，并可进入微区或窄小空间等传统侧温仪不能胜任的场合测量温度。4)以微控制器、可编程外围芯片为核心构成数字化、小型化光纤传感系统，具有通信接口，可与过程控制网络连接，支持流行的现场总线协议。5)对由于被测对象的辐射系数变化造成的非线性误差采用查表方法进行校正，测量值经修正后输出被侧休的实际沮度值，侧温精度高。6)使用现场可编程器件PSI〕和PLD，可方便地在现场重新编程构造系统的具体配置，使系统具有通用性。7)该系统特别适合于体积小、功耗低的应用系统，例如便携式测量仪器和嵌人式工业控制机等。

　　二、光纤辐射测沮简介

　　1.测温原理

　　由黑体辐射理论可知，只要物体的温度高于绝对零度(T>0K)，由于分子热扰动，它都要向外发射热辐射。辐射能力的大小与物体的温度、材料辐射系数有关。普朗克定律给出了黑体辐射通量密度和波长a及温度T的关系为

　　式中，为辐射系数，表示温度变化对辐射系数的影响。由此可见，黑体辐射能量不仅与温度有关，还与辐射系数有关。在灰体近似和假定辐射系数不随温度变化(即为常数)的条件下，辐射体的辐射能量与温度的四次方成正比，这祥就可以从光电探侧器探测的辐射能量获得辐射体的温度。

　　由以上推导过程可以看出，测量误差主要来源于被侧对象辐射系数的变化等。

　　2.系统组成

　　光纤测温仪典型结构如图1所示，主要由探头、光纤和信号处理三部分组成。探头由石英保护窗、透镜、外加合金铝套筒构成。设计中各项参数确定原则为:在保证足够的接收能量前提下尽量使结构小型化。测量过程为:辐射体的辐射能由光学透镜祸合进入石英光纤，经光纤传输到达光电探测器，实现光电转换，然后经过信号处理，把光密度的变化转换成对应的温度量，实现非接触式温度测量。

　　三、小型智能温控仪设计