【正文】 the photo elastic effect. Opt. Lett. , 2002, 7(8): 388~39015 . Optical temperature sensor for high voltage applications. Appl. Opt. , 1982,21(5): 882~88516 :清華大學(xué)出版社,200017 Edmundo A. Soares etal. Simple theory for a temperature sensor. Proc. SPIE, 1992,1795:236~23918 [M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,198919 :東北工學(xué)院出版社,199120 Fang J X, TAYL OR H F, CHOI H S. Fiberoptic fabryperot flow sensor [J]. Microwave and Optical Technology Letters, 1998,18(3): 209~211章及標(biāo)題 致謝本論文是在導(dǎo)師吳飛老師的親切關(guān)懷和精心指導(dǎo)下完成的。吳老師不但為我的畢業(yè)設(shè)計(jì)研究提供了優(yōu)越的軟硬件條件，而且他淵博的知識(shí)，縝密的邏輯，活躍的思維，敏銳的洞察力，富有創(chuàng)見的學(xué)術(shù)思想給本論文的研究指明了方向。導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神、兢兢業(yè)業(yè)的工作態(tài)度以及對(duì)科學(xué)孜孜不倦的追求，使我不僅在科學(xué)的道路上受益非淺，更在人生觀和世界觀的培養(yǎng)上受到啟迪。值此論文完成之際，謹(jǐn)向他致以最真誠的敬意和最衷心的感謝！在論文寫作期間也得到了研究生學(xué)姐學(xué)長們的大力關(guān)懷和支持，在此向他們表示深深的謝意。本文的完成離不開國內(nèi)外的技術(shù)資料，在此對(duì)所有參考文獻(xiàn)的作者、譯者以及出版單位表示誠摯的感謝。感謝父母給了我生命，教育我長大成人。47 附錄附錄附錄1：開題報(bào)告附錄2：文獻(xiàn)綜述附錄3：外文翻譯附錄4：外文文獻(xiàn)49 附錄1 開題報(bào)告燕 山 大 學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告 課題名稱：基于虛擬儀器技術(shù)的輻射式光纖測溫儀研究 學(xué)院（系）： 電氣工程學(xué)院 年級(jí)專業(yè)： 05級(jí)儀表3班 學(xué)生姓名： 孫雅茜 指導(dǎo)教師： 吳飛副教授 完成日期： 09年4月17號(hào) 一、綜述本課題國內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)，說明選題的依據(jù)和意義：在工業(yè)生產(chǎn)、控制及其它領(lǐng)域中，溫度是最重要的參量之一，因此，它的檢測也是至關(guān)重要的。為了適應(yīng)科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展對(duì)溫度測量的需要，科技人員進(jìn)行了大量的研究，應(yīng)用各種新材料和新加工技術(shù)，采用不同原理和新技術(shù)，研制出很多類型的溫度傳感器和儀表，其中將光纖傳感器用于溫度測量已形成一種新的趨勢。光纖測溫技術(shù)是儀器儀表領(lǐng)域重要發(fā)展方向之一，光纖測溫系統(tǒng)的使用極大地滿足了諸多工業(yè)應(yīng)用及科研領(lǐng)域的要求。目前，國內(nèi)外已經(jīng)研制的各種光纖溫度計(jì)有：熒光溫度計(jì)、半導(dǎo)體光吸收溫度計(jì)、液體光纖溫度計(jì)、雙金屬片溫度計(jì)、光纖輻射溫度計(jì)、光纖掃描溫度計(jì)等。國際上早在七十年代中期就已經(jīng)開始了對(duì)光纖測溫系統(tǒng)的研究，在光纖溫度傳感器的研究方面，國外光纖高溫傳感器已可探測2000 ℃的溫度，其靈敏度達(dá)到177。1 ℃。用于低溫范圍的光纖溫度傳感器， ℃的變化。日本松下電器公司已經(jīng)成功研制出光纖溫度計(jì)、高精度光纖測溫儀(測量精度177。 ℃)；日本LEN公司研制的紅外光纖溫度計(jì)等早已成功打入市場；英國Land公司成功研制了紅外輻射溫度傳感器，并配有LANPAEK信息處理器；美國試用中的單晶藍(lán)寶石光纖溫度計(jì)可測量2000 ℃的高溫，其精度比熱電偶高10倍；加拿大北方電訊公司生產(chǎn)的以測量轉(zhuǎn)折頻率為原理的系列光纖測溫儀，也于近年進(jìn)入市場。與國內(nèi)同類光纖測溫系統(tǒng)相比，國外光纖測溫系統(tǒng)的性能較好，已經(jīng)形成系列產(chǎn)品，但其價(jià)格相對(duì)較高。我國光纖測溫技術(shù)的研究起步相對(duì)晚一些，但發(fā)展也很迅速。很多科研單位相繼展開了這方面的研究。近年來在國內(nèi)興起的光纖溫度測量系統(tǒng)，更是因其優(yōu)異的抗干擾性能和安全性能而在高壓領(lǐng)域獨(dú)樹一幟。北京鋼鐵學(xué)院研制成功的HTY3多模光纖溫度測量儀有便攜式、臺(tái)式共22種系列產(chǎn)品投放市場，其溫度測量范圍800～1800 ℃，精度達(dá)177。1%，經(jīng)20多個(gè)鋼鐵廠在惡劣環(huán)境中使用，反映性能穩(wěn)定可靠；上海市光纖通信工程公司研制的光纖測溫報(bào)警儀已可小批量生產(chǎn)；武漢理工學(xué)院采用接觸—非接觸式的新方法，研制出的光纖高溫計(jì)在武鋼進(jìn)行了多次試驗(yàn)；清華大學(xué)和西安光機(jī)所也已研制出高溫型光纖測溫儀。西安交通大學(xué)檢測技術(shù)及自動(dòng)化教研室也早在1997年就已開始了光纖溫度傳感器的研究工作，并取得了可喜的成果。另外，多波長測量方面，哈爾濱工業(yè)大學(xué)已開始嘗試多波長輻射理論的研究與實(shí)驗(yàn)；寶鋼也研制出SCHWHBG型智能紅外三色測溫儀，其測溫范圍300～1800 ℃。在冶金、化工、能源、建材等工業(yè)領(lǐng)域中，對(duì)高溫的準(zhǔn)確、迅速的測量有著十分重要的意義。目前大量使用的是以鉑銠等貴金屬制造的熱電偶，由于其高溫下抗腐蝕能力差、壽命短、消耗大、價(jià)格高等弊病，影響了正常生產(chǎn)，企業(yè)消耗巨大。此外在許多特殊高溫爐中，如高頻加熱爐、微波加熱爐等，由于熱電偶的抗電磁干擾能力差，無法用來測量溫度。所以國內(nèi)外一直在針對(duì)一種能夠在惡劣環(huán)境下實(shí)現(xiàn)瞬態(tài)高溫測試的輻射式光纖測溫系統(tǒng)展開一系列研究，但目前仍未找到成功的實(shí)現(xiàn)方法。例如光纖輻射高溫計(jì)，由于不能探入被測高溫源內(nèi)部，測量誤差大；光纖型強(qiáng)度法測溫計(jì)的精度差；比色法測溫計(jì)則由于分立元件多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以互換，可靠性差。美國研制成功的藍(lán)寶石光纖高溫傳感器，其價(jià)格昂貴(7000美元/支)，互換性差，只能用于特殊場合，且藍(lán)寶石光纖對(duì)于我國禁運(yùn)，而我國自行研制的藍(lán)寶石光纖因長度太短不能實(shí)用。所以該研究的成功將在冶金、建材、機(jī)械、化工等行業(yè)的被測體溫度的測量與在線控制中有著廣泛應(yīng)用前景，對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量保證與控制有重要意義。例如煉鋼爐的爐溫測量、玻璃熔窯窯口及控制過程中的溫度測量，高頻焊接的溫度在線測量與控制，連鑄的溫度分布測量，高頻加熱工件表面溫度測量與控制，以及機(jī)床導(dǎo)軌高頻淬火的溫度測量等，都體現(xiàn)出該高溫測量儀器的應(yīng)用價(jià)值與前景，尤其在不可視構(gòu)件內(nèi)部的溫度測量應(yīng)用中，更顯示出光纖作集光和信號(hào)傳輸?shù)莫?dú)到優(yōu)勢。而且對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量，減少廢品率，節(jié)約能源和原材料，降低成本，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。二、本課題研究的基本內(nèi)容，擬解決的主要問題：：(1)黑體空腔傳感器的研制。通過分析傳感器的幾何特征、溫度分布、材料發(fā)射率等因素與實(shí)際黑體空腔的有效發(fā)射率之間的關(guān)系，腔口與探測器之間的距離和環(huán)境溫度對(duì)積分發(fā)射率的影響，設(shè)計(jì)最優(yōu)化黑體空腔傳感探頭，為提高系統(tǒng)測量準(zhǔn)確度奠定基礎(chǔ)；(2) 復(fù)合式光纖高溫測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)一種接觸—非接觸式光纖測試系統(tǒng)，應(yīng)用透鏡—光纖準(zhǔn)直器組合系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信號(hào)光有效耦合入光纖；，實(shí)現(xiàn)溫度信號(hào)數(shù)據(jù)的傳輸、轉(zhuǎn)換、采集和處理；(4) 應(yīng)用虛擬儀器技術(shù)設(shè)計(jì)輻射式光纖測溫系統(tǒng)軟件；(5) 對(duì)研制的輻射式光纖測溫系統(tǒng)進(jìn)行靜態(tài)測試實(shí)驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)得出，采用比色測溫法實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的更準(zhǔn)確測量。 ：(1) 傳統(tǒng)輻射式測溫儀采用非接觸測量，因此光信號(hào)在接收過程中容易受到空氣溫度、濕度影響，所以系統(tǒng)設(shè)計(jì)擬采用接觸—非接觸式結(jié)構(gòu)。(2) 對(duì)影響黑體空腔有效發(fā)射率的各種因素，如溫度分布、傳感器幾何特性(長徑比和傳感器開口大小等)、材料發(fā)射率、腔口與探測器之間的距離和環(huán)境溫度對(duì)積分發(fā)射率的影響等進(jìn)行詳細(xì)分析，提出黑體空腔的最優(yōu)化設(shè)計(jì)方案；(3) 針對(duì)比色式測溫系統(tǒng)，綜合考慮影響測量的各種因素，選擇兩個(gè)工作波長及帶寬，給出參數(shù)優(yōu)化方法。(4) 采用比色法制成的雙色型光纖溫度傳感器，雖然可以克服環(huán)境因素的干擾，但由于光纖中光的能量本身就十分微弱，經(jīng)過干涉濾光片后，傳輸?shù)墓庑盘?hào)就更加微弱而難以檢測，本課題欲尋求一種濾波器或信號(hào)放大器來解決此問題。(5) 設(shè)計(jì)和制作光電轉(zhuǎn)換及信號(hào)處理系統(tǒng)。二次儀表部分將以單片機(jī)為核心，完成數(shù)據(jù)采集、顯示溫度、打印結(jié)果、輸出控制信號(hào)等多項(xiàng)功能。三、課題研究步驟、方法及措施：(1) 黑體腔的設(shè)計(jì)首先在理論上分析不同類型的黑體腔的幾何尺寸、溫度分布、材料發(fā)射率、腔口與探測器之間的距離以及腔外環(huán)境溫度等因素對(duì)有效發(fā)射率的影響，設(shè)計(jì)最優(yōu)化黑體腔，并通過黑體爐和輻射高溫計(jì)進(jìn)行標(biāo)定。(2) 測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)透鏡組與光纖準(zhǔn)直器的最佳配置，有效地提高黑體輻射光進(jìn)入光纖的效率；設(shè)計(jì)一種窄帶干涉濾光片組成的濾光旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)；根據(jù)測得的電壓信號(hào)設(shè)計(jì)合適的放大電路。(3) 輻射式光纖測溫系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)應(yīng)用虛擬儀器技術(shù)設(shè)計(jì)輻射式光纖測溫系統(tǒng)軟件，完成數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)和顯示等功能。四、課題研究工作進(jìn)度： 14周，查閱收集了相關(guān)資料，并對(duì)研究內(nèi)容進(jìn)行了初步學(xué)習(xí)。也對(duì)虛擬儀器技術(shù)設(shè)計(jì)輻射式光纖測溫系統(tǒng)的軟件進(jìn)行初步學(xué)習(xí)。 58周，進(jìn)行了黑體輻射測溫理論的研究，已熟知黑體輻射測溫的基本原理和方法，并擬定了研究方法與路線。五、主要參考文獻(xiàn),江菊元,[J].儀器儀表學(xué)報(bào),1996,17(5):470~474.,1989:38~41℃,2000,20(1):84,、,1997,18(2):92~95,廖理. 1700℃,2000,20(4):58~61,周漢昌,兵工學(xué)報(bào),1998,19(1):38~41　.插入式光電溫度傳感器在煉鐵高爐上的應(yīng)用[J]..自動(dòng)化儀表,　2001,22(9):2930.[J].清華大學(xué)學(xué)報(bào),　1997,37(2):2831.,[M].沈陽:東北大學(xué)出版社,　1993,113129,李友,[J].自動(dòng)化儀表,　2001,22(8) Qiang. 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Instrum, 1988, 19:786~787六、導(dǎo)師意見： 指導(dǎo)教師（簽字） 年 月 日七、審核意見：審查結(jié)果： 通過； 完善后通過；　未通過 負(fù)責(zé)人（簽字）：　　　　年　　月　　日附錄2 文獻(xiàn)綜述燕 山 大 學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）文獻(xiàn)綜述 課題名稱： 基于虛擬儀器技術(shù)的輻射式光纖測溫儀研究 學(xué)院（系）： 電氣工程學(xué)院 年級(jí)專業(yè)： 05級(jí)儀表3班 學(xué)生姓名： 孫雅茜 指導(dǎo)教師： 吳飛副教授 完成日期： 09年4月17號(hào) 一、課題國內(nèi)外現(xiàn)狀：光纖測溫技術(shù)是儀器儀表領(lǐng)域重要發(fā)展方向之一，光纖測溫系統(tǒng)的使用極大地滿足了諸多工業(yè)應(yīng)用及科研領(lǐng)域的要求。目前，國內(nèi)外已經(jīng)研制的各種光纖溫度計(jì)有：熒光溫度計(jì)、半導(dǎo)體光吸收溫度計(jì)、液體光纖溫度