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蓝宝石光纤温度传感器是一种用于高温测量的新型温度传感器,具有测温准确、分辨率高、动态响应好、抗电磁干扰等特点,适用于高温及恶劣环境下的温度测试,因此具有重要的实用价值。
本篇论文较为系统的阐述了当前高温单晶光纤及光纤高温传感器研究工作的现状,对单晶光纤的生长技术和特性作了较为全面的分析。文中对辐射测温原理,传感头材料,单波段检测技术及检测波长选择做了理论分析。将实际物体热辐射与理想的黑体辐射特性对比,建立了实际物体热辐射模型;对不同耐高温的金属和非金属氧化物材料进行分析,选择高发射率的混合氧化物作为温度传感探头的材料;综合考虑测量精度、信号强度、光电探测器响应波段等方面因素后,单波段检测波长选择820nm。最后对辐射测温型蓝宝石光纤温度传感系统的工作原理、结构及工作特性作了较为全面的介绍。
本论文成功利用激光加热基座法(LHPG法),生长出端部掺杂Cr3+离子的蓝宝石单晶光纤,对该光纤的光谱光学性能作了系统的测试,结果表明所生长的光纤适合作为温度传感器。利用涂覆烧结法成功研制出黑体腔型蓝宝石光纤温度传感器。两种传感器均适用于500~1800℃范围内的温度测量。
本论文对比黑体腔型温度传感探头和掺杂型温度传感探头,掺杂型温度传感探头比黑体腔型温度传感器测温范围更宽,在更低温度有信号输出,相同情况下,掺杂型的温度传感头输出信号更强,并且灵敏度,分辨率都可以达到涂覆型温度传感器的水平。动态响应时间达到ms量级,可以用于瞬态变化的温度场内测量温度变化。