新型光电探测红外测温仪 【技术领域】
本发明所述的新型光电探测红外测温仪涉及一种非接触温度测量装置。
背景技术
目前机械加工金属切削过程中，由切削热产生的切削温度，直接影响刀具的磨损和使用寿命，并影响工件的加工精度和表面质量，所以研究切削热的产生和变化规律，是研究金属切削过程的重要方面。切削温度的实时测量历来是一个难题，使用埋设热电偶等的常规方法虽然可以解决一部分问题，但是在高速加工中对刀具的温度的测量使用常规方法无法实现，传统的红外测温仪采用的探头大多为安装前进行瞄准、固定，难以实现测量过程中的实时测量，而且经常反复拆装也会影响测量精度，并且所采用的光缆传输方式具有损耗大等缺点。传统的光电探测器大多是单层结构，通过分离光纤束将同一信号分成两种信号，在测量范围、抗干扰能力、反应灵敏度、准确性等方面都不能很好的满足实际测量的要求。针对上述现有技术中所存在的问题，研究设计一种新型的新型光电探测红外测温仪，从而克服现有技术中所存在的问题是十分必要的。
【发明内容】
鉴于上述现有技术中所存在的问题，本发明的目的是研究设计一种新型的新型光电探测红外测温仪，从而解决机械加工中切削温度的非接触测量，并且对高速移动的温度信号具有高应答性的测量装置。本发明所述的新型光电探测红外测温仪是由光导纤维、斩波器、集光透镜、复层半导体结构光电探测器、信号放大器、多通道数字示波仪所组成，被测物所发出的红外线经光导纤维引入，经过斩波器、集光透镜和复层半导体结构光电探测器，将红外光信号转变为电信号，经信号放大器放大后由多通道数字示波仪接收保存；其特征在于所述的复层半导体结构光电探测器是由砷化铟(InAs)和锑化铟(InSb)组成；被测物所发出的红外线传递到复层半导体结构光电探测器，在复层半导体结构光电探测器内部先后经过其组成元件砷化铟(InAs)和锑化铟(InSb)，红外线经砷化铟(InAs)后产生一组电信号，经锑化铟(InSb)后又产生一组电信号，两组电信号经信号放大器放大后由多通道数字示波仪接收保存，并对信号进行比值处理，计算出温度值。本发明所述的光导纤维采用硫系玻璃光导纤维，其端面经过研磨后套上光纤套管即可直接使用。本发明所述的斩波器采用小电机经减速器带动一个多孔圆盘构成。
本发明的目的是这样实现的：被测目标物所发出的红外线由光导纤维接收传递经集光透镜聚焦后被导入由砷化铟(InAs)和锑化铟(InSb)组成的复层半导体结构光电探测器，由复层半导体结构光电探测器将光信号转换为电信号，经过信号放大器放大后，由多通道数字示波仪接收保存，对照事先标定好的电压值与温度值的关系曲线，得出被测物的实际温度值。
本发明的目的在于提供一种用于测量高速加工过程中的切削温度的温度计。该温度计可实现对机械加工中切削温度的非接触测量，并且对高速移动的测量点的温度信号具有高应答性。本发明所采用光导纤维可以实现微小面积与物体内部温度的测量。本发明使用了具有高红外光透过率的硫系玻璃光导纤维，测量时使光导纤维的一个端面对准被测目标，光导纤维的端面与目标之间保持一定的距离从而实现了非接触式测量。由于光纤直径为0.3mm，并且具有一定的弯曲度，可以对直径数十至数百μm的微小目标区域、常规方法难以测定的形状复杂的目标、角落等处的温度进行测定地温度进行测定，也可以在目标上钻小孔，将光纤插入目标内部实施内部温度的实时测定。
本发明使用了由砷化铟(InAs)和锑化铟(InSb)组成的复层半导体结构光电探测器，由于二者具有不同的测定范围，使该温度计具有300-1000℃范围的测定能力。并且二者的工作温度为零下196℃，由液态氮冷却，并且是在真空的状态下工作，从而保证了温度计的高灵敏度，可精确探测的较为微弱的信号。它们对光信号的反应时间为：砷化铟(InAs)的反应时间为0.1μS、锑化铟(InSb)的反应时间为0.07μS，有着极快的反应速度，具有追踪最高频率为400kHz信号的能力。探测器工作时，光信号每经过一层光电变换元件，都会输出一组电信号，经过信号放大器放大后存入多通道数字示波仪存储。将采集的数据经比值处理后计算得到温度值，从而将材料的辐射率、表面特性、红外光在传播过程中的损失等方面的影响被过滤，保证了测量的准确性。
本发明使用了斩波器，在对连续信号进行测量时使用斩波器将信号转变为断续信号，便于多通道数字示波仪的接受和信号的处理。
本发明可应用于车、铣、钻等切削加工的切削温度的实时测定，亦可应用于激光加工、激光牙科治疗等激光应用上的温度测定及其他使用常规温度测量装置难于测量的场合，可广泛应用于各种需要测温的场合，具有广泛的应用前景，根据文献检索，国内尚无同类装置的使用先例。
本发明具有结构新颖、测量的准确性高、反映灵敏、可以对直径数十至数百μm的微小目标区域和物体内部的温度进行测定、测温范围广等优点，其大批量投入市场必将产生积极的社会效益和显著的经济效益。
【附图说明】
本发明共有一幅附图，其中：
图1是新型光电探测红外测温仪结构示意图。
图中：1、光纤套管2、光导纤维3、斩波器4、集光透镜5、复层半导体结构光电探测器6、信号放大器7、多通道数字示波仪8、小电机。
【具体实施方式】
本发明的具体实施例如附图所示，新型光电探测红外测温仪，是由1、一种新型光电探测红外测温仪，由光导纤维2、斩波器3、集光透镜4、复层半导体结构光电探测器5、信号放大器6、多通道数字示波仪7所组成，被测物所发出的红外线经光导纤维2引入，经过斩波器3、集光透镜4和复层半导体结构光电探测器5，将红外光信号转变为电信号，经信号放大器6放大后由多通道数字示波仪7接收保存。所述的复层半导体结构光电探测器5是由砷化铟(InAs)和锑化铟(InSb)组成；被测物所发出的红外线传递到复层半导体结构光电探测器5，在复层半导体结构光电探测器5内部先后经过其组成元件砷化铟(InAs)和锑化铟(InSb)，红外线经砷化铟(InAs)后产生一组电信号，经锑化铟(InSb)后又产生一组电信号，两组电信号经信号放大器6放大后由多通道数字示波仪7接收保存，并对信号进行比值处理，计算出温度值。本发明所述的光导纤维2采用硫系玻璃光导纤维，其端面经过研磨后套上光纤套管1即可直接使用。本发明所述的斩波器3采用小电机8经减速器带动一个多孔圆盘构成。
本发明工作时光导纤维2移动到合适位置，接收、传递目标物辐射红外光信号。斩波器3由一个小电机8带动工作，将红外光信号斩断为断续的信号。红外光信号经集光透镜4收集、传递至复层半导体结构光电探测器5，转换为电信号。再经由信号放大器6放大后，由多通道数字示波仪7显示，对照事先标定好的电压值与温度值关系曲线得出被测物实际测量温度。