束和光电转换元件将起转动，以统的速度和角度同时转动。为将光电转换元件传出来的电信号送出给信号处理电路进行处理，特设计了两个电刷和两个相应的金属导电圈。从图中可看出，无论光纤束如何转动，两个电刷将始终和两个相应的金属导电圈相接触，可以顺利的将电信号传出处理电路进行处理。图传动箱内部结构传动箱内部由两组皮带轮对齿轮和个直流电动机组成，如下图图当直流电动机启动时，主皮带轮上面组逆时针方向转动。同时主齿轮也作逆时针方向转动，带动从动齿轮作顺时针方向转动，如此以来，从动皮带轮下面组也作顺时针方向转动使得在两组皮带轮之间的光纤在皮带轮的动力下缓慢导入测温探头。解决切断问题由于被测物体温度非常高，光纤导入后与测温探头仪器伸入的钢水中，光纤将光信号迅速传出来后就会失去作用，所以必须换个新的光纤进行下次测量。为了保证光纤的可用，必须把前次测量以损坏的光纤切除，用可用的光纤进行下次测量。这系统基于黑体辐射，探头端部必须形成个黑体辐射腔，即探头的端部是封闭的。为解决上述问题，设计如下图所示的探头系统。固定铁心和陶瓷护套通过螺纹相配合，将固定铁心装进陶瓷护套固定图图在测量时，在电磁铁线圈上通电，运用它产生的磁力将探头导管与陶瓷护套紧紧相连，此时光纤将通过探头导管接近陶瓷护套顶部，采集光信号。在测量完毕后，只要将电磁铁线圈断电，让其磁性消失，则探头导管与陶瓷护套将分离。固定铁心外壁修螺纹在此处内壁修螺纹陶瓷护套启动直流电动机开关，将已经烧坏的光纤伸出探头导管并切断。后给电磁铁通电进行下次测试。解决陶瓷探头的热冲击在测温中，陶瓷探头所受的热冲击十分大，因为在室温通常约为条件下陶瓷温度与室温相同，当陶瓷护套被放入熔融的金属液约为中时，所受到的这种温度的突变称之为热冲击。目前，我们还没有发现在这样强烈的热冲击耐得住的陶瓷材料。而且陶瓷材料如果不经过预热而直接置与熔融金属中，会耐不住热冲击而炸裂，也就是说，如果不经过预热，那么这样的陶瓷护套也会是消耗型，如此只会增加成本，使操作更加复杂。为解决此问题，可以给陶瓷护套加个预热架，预热架如下图所示图预热架材料可为莫来石，此材料耐火能力强，加热到时没有如何明显变化，它是制造炼钢炉的主要材料之。预热架必须大于陶瓷护套，在测温前先将陶瓷护套放在预热架上逐渐加温至便可进行测温。这样便解决了陶瓷直接测温承受不住热冲击的问题。光电转换及信号的放大光电转换的研究及元件的选择光电转换系统的功能就是将光信号转换成电信号，然后送给信号处理系统进行处理。灵敏度是用来说明探测器把光辐射转换成电能量。般来说，对光探测器对光辐射的影响尽可能大，灵敏度与探测器材料的性质有关，也受外形尺寸的影响。光谱灵敏度将光辐射转换成电能与波长有关，对不同波长其转换效果也是不同的。光谱灵敏度定义为探测器的反映量如光电流光电压等同入射到探测器上的光谱辐射通量的比值，即可见，光谱灵敏度表示人射到探测器上的单位辐射通量产生的输出信号值。这个值越大表示探测器对这个波长的反映越灵敏。即取极大值时为最大灵敏波长。积分灵敏度为反映探测器对光辐射总体的敏感程度，引入积分灵敏度的概念，以表示。它定义为探测器产生的反应量同入射到器件上的光辐射通量的比值，即由可得其中可写出类似的定义为相对光谱辐射通量。将，两式并带入，通过积分可得及上式表明，探测器的积分灵敏度不但取决于本身性能，也与光源的特性有关。响应度响应度表示探测器输出信号与入射的辐射功率的关系。响应度是单位输入辐射功率时输出响应量，用表示，即式中是入射的光辐射功率，是引起的响应量。同样，探测器对功率的反应是波长的函数，引入光谱响应度其定义为从光谱响应度与波长的关系曲线即光谱相应曲线可选择合适的光电转换器件进行测量。考虑到上述因素，在该高温测量系统中，我们采用光电二极管。光电二极管有相对较高的灵敏度和较短的响应时间，它是种高速光电二极管，它的响应时间可达毫微秒级。且选择二极管可避免过量雪崩噪声并省略了用于偏置的高电压。电信号放大电路在前向测量通道电路中，放大器是很重要的部分之。由于从硅光电池输出的是小电流信号，需要放大器将小信号放大到与电路输入电压相匹配的电平，才能进行转换。因此，放大器的好坏将直接影响到采样数据的真实性和可靠性。个放大器通常都由多个电子器件构成，每个器件都可能是个噪音源。器件的噪音性能对放大器的噪音性能起决定性的作用。高阻抗低噪音前置放大器综上所有因素,高阻抗噪音前置放大器如图所示,采用共源共栅场效应管串联形式，内部反馈小，增益较大，可用于高中低频。为降低噪音，该放大器使用了由，组成的无噪声偏置电路，同时在和之间通过自举反馈以提高增益，因此电路噪声性能较好。下面为低频的设计。图晶体管的选择使用结型低噪声场效应管，使用晶体管，为了获取较大的值，的漏极电流接近饱和电流，取为各管的工作点如图所示。无燥偏置电路偏置电路对放大器的噪声的影响不可忽视。偏置电路元件的热噪声和低频噪声通过放大器放大而使系统的低噪声性能变坏。据串并联网路对噪声影响的分析，偏置电阻,与电源电阻并联，阻值越大，噪声的影响越小。考虑到结型场效应管在低频时的值近似等于及工作电要求，得,。其他元件参数图中的射极阻容网络和及基极电路电路中的耦合电容都与源串联，为使放大器的噪声影响小，可使因此，射极电容与耦合电容要选较大，而设极电阻要较小。根据对工作要求，取。曹康敏,施明恒半导体吸收式光纤温度传感器的研制传感器技术谭爱来钨棒炉测温装置仪表技术与传感器蔡捷伟接触式光电温度传感器传感器世界夏远飞半导体激光器在实时测温系统中的应用中国测试技术施德恒,刘新建,许启富,等利用激光并采用热释电探测器的实时测温系统的灵敏度光学技术李锐用激光标准噪声辐射源及热电器件实现的实时测温系统红外技术李志全,吴朝霞,时卫东辐射光纤高温计及其系统的研究工业仪表与自动化装置张景超光纤辐射式温度测试仪的研究半导体光电田阔,赵文华,朱曙光,等种新型红外多谱段高温计的研究计量学报孙晓刚,胡晓光,戴景民,等可同时测量真温及光谱发射率的波长高温计光学技术崔庆坤高温仪表的修理和调整北京冶金工业出版社，邓恩民型光电比色高温计及其应用冶金自动化邓恩民，郭宏先光纤式红外比色高温计冶金自动化吴旭，李萍智能化红外双色测温仪冶金自动化白日午，王喜顺，王晓香，王旭高精度比色红外光纤温度计的研制冶金自动化姚军，叶关荣，项震种提高比色测温灵敏度的新方法减比测温法冶金自动化姚军用三片截止型玻璃滤光片实现比色测温红外技术苏铁力等传感器及其接口技术北京中国石化出版社，大电路的增益计算据电路图，因为，略了。得而又将代入，得再将上式代入可得将代入，得电压增益为上述推导中，利用，令，。假如略了偏置电阻与输入电阻对信号的衰减，则可进步化简为代入,,，得小结本章根据实际中可能遇到的问题进行了测量结构的设计。其中包括高温材料光纤材料和探头保护材料的选用高温探头的结构设计光电转换元件的选择光电转换及信号的放大电路的设计。第五章结论与展望结论光纤辐射温度计可代替消耗型热电偶，比起消耗型热电偶光纤辐射温度计可以大大将低成本，大约也降低三分之二。本文针对采用消耗型光纤高温计来测量钢水铁液内部温度的检测传输与放大部分进行了研究。消耗型辐射温度计的开发价值及对消耗型热电偶测温存在几个问题进行了阐述研究了辐射测温的原理及热辐射的基本定律。其中最基础的是普朗克定律，最有用的是由其推导出来的维恩定律。这些定律在设计消耗型光纤辐射温度计中得到运用。利用普朗克定律和维恩位移定律推导了比色光纤测温的基本理论。分析了其测温的优点，指出在这样的情况下测得的温度与真实温度相接近。并对光电比色高温计的结构原理进行了阐述。设计了个合理的测温探头，基本解决了光纤的保护伸入切断，光电转换结构简化等问题。还并设计了个合理的系统进行信号的放大。展望综上所述，在钢铁生产中有关铁液钢水的温度测量，采用消耗型高温计代替消耗型热电偶的测量方法具备可行性，可以在这领域中降低生产成本。在日本目前已有相关的产品在出售，这产品今后在钢铁产业上都将有较大的发展前途，并有望向汽车领域进军。致谢本论文是在导师刘玉良的严格要求和悉心指导下完成的。从课题的选题实验的开展到论文的撰写，每步无不倾注着刘老师的心血。他敏锐的思维渊博的识严谨的治学态度以及求实的工作作风使我受益匪浅他宽以待人严于律己敬业爱岗的高尚品质永远是我的学习的榜样。这切将在我今后的人生道路上产生深远的影响，是我生受用不尽的宝贵财富。参考文献戴景民等多光谱辐射测温理论与应用北京高等教育出版社,沈永行从室温到全程测温的蓝宝石单晶光纤温度传感器光学学报,具有经济效益，可以取代消耗型热电偶测温。综上所述，测量钢水温度的仪表，依据测量探头是否与熔融金属接触可分为接触式和非接触式两类。本课题研究的是属于接触式测温仪中的消耗型光纤辐射温度计。选题意义及主要内容本文只要设计好高温铸造炉温度数据的检测传输与放大。所以要对高温探头设计，光电转换及电信号的放大。具体步骤为将探测器直接深入被测高温环境内部与高温源直接接触测量。并对高温探头和光电转换及信号的放大进行设计。基于以上说明，本文主要的研究内容包括对高温探头进行研究及材料的选用对光电转换元件的选用及即消耗的放大电路的