棱镜分光式精密(标准)多波长硅光电高温计

　　1　引言

　　随着光电探测器制造技术的发展,精密(标准)高温计已经历了3个历史阶段:(1)隐丝式光学高温计[1]阶段;(2)光电比较式光电高温计[2]阶段;(3)基于探测器稳定性的硅光电高温计[3]阶段。

　　在这3个历史阶段中,所使用的光电探测器分别为人眼、光电倍增管和硅光电二极管。其实硅光电二极管是出现较早并应用于工业仪表的,最早用于精密(标准)级仪表是在七十年代初,Ruffino[4]首次作了这种尝试,证明了硅光电二极管具有高的光谱响应率和很好的长期稳定性。此后,各国学者[5~8]纷纷研制硅光电高温计,并皆获得成功。经过日本及德国厂家的投产,目前在市场上即可购到。

　　由于此类仪器采用硅光电二极管(或电池)作为探测器,取消了内参考灯,仪器的动、静态指标得到很大改善。但仪器中要使用干涉滤光片来限制工作波长,干涉滤光片特性的稳定与否就成为决定仪器稳定性指标的重要因素。

　　干涉滤光片一般由多层蒸镀薄膜制成,它存在着以下几个缺点:1·透过率曲线随温度、湿度的改变而变化;2·易老化;3·透过率曲线截止不够陡峭,波带界限不清晰;4·透过率曲线有不可忽略的边峰;5·能量损失大,峰值透过率仅为60%。

　　作者与意大利罗马大学的Ruffino教授合作于1991年研制成功了棱镜分光式35波长硅光电高温计[9],用于表面真温和材料发射率的同时测量。它应用组合棱镜分光技术并以硅光电二极管阵列为探测器,具有以下特点:1·取消了干涉滤光片,从而消除了因滤光片透过率漂移而造成的不稳定;2·无干涉滤光片,使整个光路光能损失减少,提高了仪器的信噪比;3·波长选择灵活,适用性强,且光谱透过率波形接近理想的矩形。

　　作者在此多波长高温计的基础上,现又研制出棱镜分光式精密(标准)光电高温计,一般具有0·656μm和0·9μm两个工作波长,并可按用户要求增加其它波长。该仪器除保持了无滤光片这一特点外,与其它的精密(标准)光电高温计相比,还具有以下优点:1·一机多个工作波长;2·成本低廉,与单波长高温计相当;3·可进行不同波长上的亮温传递;4·仪器小巧及使用方便。下面将介绍该仪器的设计和性能测试。

　　2　仪器描述

　　由于精密(标准)硅光电高温计要完成温度的高精度测量和温标的传递任务,测温范围为800~3000℃(0·656μm通道)和420~2000℃(0·9μm通道),这是较宽的,温度下限也较低,因此要采用高精度FET运放和继电器组成的多路切换与量程变换电路。在光路中要注意杂光的消除。

　　2·1　光学系统