光学创新型图象测温传感仪的研制

　　1.现状

　　各种各样的测温工具和仪器均会受到某种条件的限制。比如用水银温度计测量体温，对成人来说很简单，而对婴儿来说就比较麻烦。若联网监控多个婴儿的体温变化，则更困难。又如采用热电偶测温，若在微变化、相对静态的温度场中测温时，则精度很高，但在温度起伏较大的动态温度场中测温时，则精度很低。因为温度引起两种不同金属材料做成的端点热电势不同，它需要有一个热平衡时间，根本测不出温度的动态变化，所以在玻璃生产线、陶瓷生产线等多种场合下，将多个热电偶联结计算机显示记录的数据是一种假像。这是由于计算机的高速响应，必须要有高响应速度的传感器与之匹配。采用普琅克辐射原理，接收发热体的辐射波，从而转换成发热体的相应温度的t图象测温仪是目前最廉价的高响应速度的测温仪。由于物体在温度升高或降低的过程中，红外波强度对温度变化的影响最大，所以一种容易实现的非接触式红外图象测温仪应运而生。

　　红外图象测温仪虽然实现了非接触式测温，但问题是低温源的红外辐射波强度弱，红外测温仪只能靠近被测物，否则要设计一种能接收中红外、远红外的光学系统，才能实现较远距离的低温检测。另外，红外测温仪由于仪器本身的限制，它不能靠近很多恶劣环境，如高温、强电磁场、酸碱挥发、有毒有害气体等多种场合，同样也不能通入窄小空间(如不能测定发动机涡流燃烧室的温度)。而笔者研制的光学创新型测温仪不仅可以实现接触式或非接触式测量，而且可以实现远程监控。

　　2.原理

　　笔者从事光纤传感技术的研究三十余年，认为采用光纤温度传感器做成的测温工具和测温仪可以克服现有测温仪的多项弱点。 1980 年，笔者设计并拉制了一段光纤，将它通入熔炼玻璃的高温炉内，炉膛升温、降温和保温的过程在光功率计上可得到明确的显示。我们又将这段光纤从炉内逐步移至炉体外也同样可以测量到其温度变化的过程。这一过程证实了采用传感器专用光纤，既可以进行接触式测温，也可以实现非接触式测温，只要充分利用光纤的限波、滤波、稳模、分波、分路和传输等特性，完全可以做成优于同类产品的测温仪。因为光纤完全可以在恶劣环境下工作，可以通入窄小空间;光纤也可以做成光缆，使传感头离发热区最近，而接收信号可远离发热体，实现一线制传输温度信号;光纤也可以很短，使整个测温仪体积小巧;光纤也可以实现对分布温度的测定，在一定的范围内，只利用一根光纤来显示所有被测点的温度。

　　当然通过双波长比较，还能排除非接触距离内(指发热体与测温仪辐射波接收端之间)灰尘、烟雾和蒸气等衰减物造成的误差，因为这些干扰将使A和B放大或缩小的倍数相等，所以它们相比较时值不变，因此理论上没有问题。然而用电子的方法实现双波长比较，其成本大幅度提高，调整也十分麻烦，尽管电子器件日新月异，但目前还不能有效地解决这一问题。若要采用三波长、四波长的光强比较，则更加复杂困难。此外还有信号处理电路本身引起的干扰。比如共模电压、共地电流、电源波动、环境温度等导致测温仪分辩率、精度、可靠性和稳定性降低。