專(zhuān)利名稱(chēng)：新型光電探測(cè)紅外測(cè)溫儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明所述的新型光電探測(cè)紅外測(cè)溫儀涉及一種非接觸溫度測(cè)量裝置。
背景技術(shù)：
目前機(jī)械加工金屬切削過(guò)程中，由切削熱產(chǎn)生的切削溫度，直接影響刀具的 磨損和使用壽命,并影響工件的加工精度和表面質(zhì)量,所以研究切削熱的產(chǎn)生和 變化規(guī)律，是研究金屬切削過(guò)程的重要方面。切削溫度的實(shí)時(shí)測(cè)量歷來(lái)是一個(gè)難 題，使用埋設(shè)熱電偶等的常規(guī)方法雖然可以解決一部分問(wèn)題，但是在高速加工 中對(duì)刀具的溫度的測(cè)量使用常規(guī)方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)，傳統(tǒng)的紅外測(cè)溫儀采用的探頭 大多為安裝前進(jìn)行瞄準(zhǔn)、固定，難以實(shí)現(xiàn)測(cè)量過(guò)程中的實(shí)時(shí)測(cè)量，而且經(jīng)常反 復(fù)拆裝也會(huì)影響測(cè)量精度，并且所采用的光纜傳輸方式具有損耗大等缺點(diǎn)。傳 統(tǒng)的光電探測(cè)器大多是單層結(jié)構(gòu)，通過(guò)分離光纖束將同一信號(hào)分成兩種信號(hào)， 在測(cè)量范圍、抗干擾能力、反應(yīng)靈敏度、準(zhǔn)確性等方面都不能很好的滿(mǎn)足實(shí)際 測(cè)量的要求。針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問(wèn)題，研究設(shè)計(jì)一種新型的新型光 電探測(cè)紅外測(cè)溫儀，從而克服現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問(wèn)題是十分必要的。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的是研究設(shè)計(jì)一種新型的 新型光電探測(cè)紅外測(cè)溫儀，從而解決機(jī)械加工中切削溫度的非接觸測(cè)量，并且 對(duì)高速移動(dòng)的溫度信號(hào)具有高應(yīng)答性的測(cè)量裝置。本發(fā)明所述的新型光電探測(cè) 紅外測(cè)溫儀是由光導(dǎo)纖維、斬波器、集光透鏡、復(fù)層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)光電探測(cè)器、 信號(hào)放大器、多通道數(shù)字示波儀所組成，被測(cè)物所發(fā)出的紅外線(xiàn)經(jīng)光導(dǎo)纖維引 入，經(jīng)過(guò)斬波器、集光透鏡和復(fù)層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)光電探測(cè)器，將紅外光信號(hào)轉(zhuǎn)變
為電信號(hào)，經(jīng)信號(hào)放大器放大后由多通道數(shù)字示波儀接收保存；其特征在于所 述的復(fù)層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)光電探測(cè)器是由砷化銦(lnAs)和銻化銦(InSb)組成；被
測(cè)物所發(fā)出的紅外線(xiàn)傳遞到復(fù)層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)光電探測(cè)器，在復(fù)層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)光 電探測(cè)器內(nèi)部先后經(jīng)過(guò)其組成元件砷化銦(InAs)和銻化銦(InSb)，紅外線(xiàn)經(jīng)砷化銦(InAs)后產(chǎn)生一組電信號(hào)，經(jīng)銻化銦(InSb)后又產(chǎn)生一組電信號(hào)，兩 組電信號(hào)經(jīng)信號(hào)放大器放大后由多通道數(shù)字示波儀接收保存，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行比 值處理，計(jì)算出溫度值。本發(fā)明所述的光導(dǎo)纖維采用硫系玻璃光導(dǎo)纖維，其端 面經(jīng)過(guò)研磨后套上光纖套管即可直接使用。本發(fā)明所述的斬波器采用小電機(jī)經(jīng) 減速器帶動(dòng)一個(gè)多孔圓盤(pán)構(gòu)成。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的被測(cè)目標(biāo)物所發(fā)出的紅外線(xiàn)由光導(dǎo)纖維接收 傳遞經(jīng)集光透鏡聚焦后被導(dǎo)入由砷化銦(InAs)和銻化銦(InSb)組成的復(fù)層半 導(dǎo)體結(jié)構(gòu)光電探測(cè)器，由復(fù)層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)光電探測(cè)器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)， 經(jīng)過(guò)信號(hào)放大器放大后，由多通道數(shù)字示波儀接收保存，對(duì)照事先標(biāo)定好的電 壓值與溫度值的關(guān)系曲線(xiàn)，得出被測(cè)物的實(shí)際溫度值。
本發(fā)明的目的在于提供一種用于測(cè)量高速加工過(guò)程中的切削溫度的溫度 計(jì)。該溫度計(jì)可實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械加工中切削溫度的非接觸測(cè)量，并且對(duì)高速移動(dòng)的 測(cè)量點(diǎn)的溫度信號(hào)具有高應(yīng)答性。本發(fā)明所采用光導(dǎo)纖維可以實(shí)現(xiàn)微小面積與 物體內(nèi)部溫度的測(cè)量。本發(fā)明使用了具有高紅外光透過(guò)率的硫系玻璃光導(dǎo)纖維， 測(cè)量時(shí)使光導(dǎo)纖維的一個(gè)端面對(duì)準(zhǔn)被測(cè)目標(biāo)，光導(dǎo)纖維的端面與目標(biāo)之間保持 一定的距離從而實(shí)現(xiàn)了非接觸式測(cè)量。由于光纖直徑為0.3mm，并且具有一定 的彎曲度，可以對(duì)直徑數(shù)十至數(shù)百u(mài)m的微小目標(biāo)區(qū)域、常規(guī)方法難以測(cè)定的 形狀復(fù)雜的目標(biāo)、角落等處的溫度進(jìn)行測(cè)定的溫度進(jìn)行測(cè)定，也可以在目標(biāo)上 鉆小孔，將光纖插入目標(biāo)內(nèi)部實(shí)施內(nèi)部溫度的實(shí)時(shí)測(cè)定。
本發(fā)明使用了由砷化銦(InAs)和銻化銦(InSb)組成的復(fù)層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)光 電探測(cè)器，由于二者具有不同的測(cè)定范圍，使該溫度計(jì)具有300—1000'C范圍的 測(cè)定能力。并且二者的工作溫度為零下196°C，由液態(tài)氮冷卻，并且是在真空的 狀態(tài)下工作，從而保證了溫度計(jì)的高靈敏度，可精確探測(cè)的較為微弱的信號(hào)。 它們對(duì)光信號(hào)的反應(yīng)時(shí)間為砷化銦(InAs)的反應(yīng)時(shí)間為0.1 u S、銻化銦(InSb) 的反應(yīng)時(shí)間為0.07 u S,有著極快的反應(yīng)速度，具有追蹤最高頻率為400kHz信號(hào) 的能力。探測(cè)器工作時(shí)，光信號(hào)每經(jīng)過(guò)一層光電變換元件，都會(huì)輸出一組電信 號(hào)，經(jīng)過(guò)信號(hào)放大器放大后存入多通道數(shù)字示波儀存儲(chǔ)。將采集的數(shù)據(jù)經(jīng)比值 處理后計(jì)算得到溫度值，從而將材料的輻射率、表面特性、紅外光在傳播過(guò)程
中的損失等方面的影響被過(guò)濾，保證了測(cè)量的準(zhǔn)確性。本發(fā)明使用了斬波器，在對(duì)連續(xù)信號(hào)進(jìn)行測(cè)量時(shí)使用斬波器將信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)?斷續(xù)信號(hào)，便于多通道數(shù)字示波儀的接受和信號(hào)的處理。
本發(fā)明可應(yīng)用于車(chē)、銑、鉆等切削加工的切削溫度的實(shí)時(shí)測(cè)定，亦可應(yīng)用 于激光加工、激光牙科治療等激光應(yīng)用上的溫度測(cè)定及其他使用常規(guī)溫度測(cè)量 裝置難于測(cè)量的場(chǎng)合，可廣泛應(yīng)用于各種需要測(cè)溫的場(chǎng)合，具有廣泛的應(yīng)用前 景，根據(jù)文獻(xiàn)檢索，國(guó)內(nèi)尚無(wú)同類(lèi)裝置的使用先例。
本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)新穎、測(cè)量的準(zhǔn)確性高、反映靈敏、可以對(duì)直徑數(shù)十至數(shù)百
um的微小目標(biāo)區(qū)域和物體內(nèi)部的溫度進(jìn)行測(cè)定、測(cè)溫范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，其大批
量投入市場(chǎng)必將產(chǎn)生積極的社會(huì)效益和顯著的經(jīng)濟(jì)效益。


本發(fā)明共有一幅附圖，其中
圖1是新型光電探測(cè)紅外測(cè)溫儀結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1、光纖套管2、光導(dǎo)纖維3、斬波器4、集光透鏡5、復(fù)層半 導(dǎo)體結(jié)構(gòu)光電探測(cè)器6、信號(hào)放大器7、多通道數(shù)字示波儀8、小電機(jī)。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的具體實(shí)施例如附圖所示，新型光電探測(cè)紅外測(cè)溫儀，是由1、 一種 新型光電探測(cè)紅外測(cè)溫儀，由光導(dǎo)纖維2、斬波器3、集光透鏡4、復(fù)層半導(dǎo)體 結(jié)構(gòu)光電探測(cè)器5、信號(hào)放大器6、多通道數(shù)字示波儀7所組成，被測(cè)物所發(fā)出 的紅外線(xiàn)經(jīng)光導(dǎo)纖維2引入，經(jīng)過(guò)斬波器3、集光透鏡4和復(fù)層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)光電 探測(cè)器5，將紅外光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，經(jīng)信號(hào)放大器6放大后由多通道數(shù)字示 波儀7接收保存。所述的復(fù)層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)光電探測(cè)器5是由砷化銦(InAs)和 銻化銦(InSb)組成；被測(cè)物所發(fā)出的紅外線(xiàn)傳遞到復(fù)層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)光電探測(cè)器 5，在復(fù)層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)光電探測(cè)器5內(nèi)部先后經(jīng)過(guò)其組成元件砷化銦(InAs)和 銻化銦(InSb),紅外線(xiàn)經(jīng)砷化銦(InAs)后產(chǎn)生一組電信號(hào)，經(jīng)銻化銦(InSb) 后又產(chǎn)生一組電信號(hào)，兩組電信號(hào)經(jīng)信號(hào)放大器6放大后由多通道數(shù)字示波儀7 接收保存，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行比值處理，計(jì)算出溫度值。本發(fā)明所述的光導(dǎo)纖維2 采用硫系玻璃光導(dǎo)纖維，其端面經(jīng)過(guò)研磨后套上光纖套管1即可直接使用。本 發(fā)明所述的斬波器3采用小電機(jī)8經(jīng)減速器帶動(dòng)一個(gè)多孔圓盤(pán)構(gòu)成。
本發(fā)明工作時(shí)光導(dǎo)纖維2移動(dòng)到合適位置，接收、傳遞目標(biāo)物輻射紅
5外光信號(hào)。斬波器3由一個(gè)小電機(jī)8帶動(dòng)工作，將紅外光信號(hào)斬?cái)酁閿嗬m(xù)的信 號(hào)。紅外光信號(hào)經(jīng)集光透鏡4收集、傳遞至復(fù)層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)光電探測(cè)器5，轉(zhuǎn)換 為電信號(hào)。再經(jīng)由信號(hào)放大器6放大后，由多通道數(shù)字示波儀7顯示，對(duì)照事 先標(biāo)定好的電壓值與溫度值關(guān)系曲線(xiàn)得出被測(cè)物實(shí)際測(cè)量溫度。
權(quán)利要求
1、一種新型光電探測(cè)紅外測(cè)溫儀，由光導(dǎo)纖維(2)、斬波器(3)、集光透鏡(4)、復(fù)層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)光電探測(cè)器(5)、信號(hào)放大器(6)、多通道數(shù)字示波儀(7)所組成，被測(cè)物所發(fā)出的紅外線(xiàn)經(jīng)光導(dǎo)纖維(2)引入，經(jīng)過(guò)斬波器(3)、集光透鏡(4)和復(fù)層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)光電探測(cè)器(5)，將紅外光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，經(jīng)信號(hào)放大器(6)放大后由多通道數(shù)字示波儀(7)接收保存；其特征在于所述的復(fù)層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)光電探測(cè)器(5)是由砷化銦(InAs)和銻化銦(InSb)組成；被測(cè)物所發(fā)出的紅外線(xiàn)傳遞到復(fù)層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)光電探測(cè)器(5)，在復(fù)層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)光電探測(cè)器(5)內(nèi)部先后經(jīng)過(guò)其組成元件砷化銦(InAs)和銻化銦(InSb)，紅外線(xiàn)經(jīng)砷化銦(InAs)后產(chǎn)生一組電信號(hào)，經(jīng)銻化銦(InSb)后又產(chǎn)生一組電信號(hào)，兩組電信號(hào)經(jīng)信號(hào)放大器(6)放大后由多通道數(shù)字示波儀(7)接收保存，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行比值處理，計(jì)算出溫度值。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型光電探測(cè)紅外測(cè)溫儀，其特征在于所述的光 導(dǎo)纖維(2)采用硫系玻璃光導(dǎo)纖維，其端面經(jīng)過(guò)研磨后套上光纖套管(1)即 可直接使用。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型光電探測(cè)紅外測(cè)溫儀，其特征在于所述的斬 波器(3)采用小電機(jī)(8)經(jīng)減速器帶動(dòng)一個(gè)多孔圓盤(pán)構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種非接觸溫度測(cè)量裝置。是由光導(dǎo)纖維、斬波器、集光透鏡、復(fù)層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)光電探測(cè)器、信號(hào)放大器、多通道數(shù)字示波儀所組成，所述的復(fù)層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)光電探測(cè)器是由砷化銦和銻化銦組成，被測(cè)物所發(fā)出的紅外線(xiàn)經(jīng)光導(dǎo)纖維引入，經(jīng)過(guò)斬波器、集光透鏡后，傳遞到復(fù)層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)光電探測(cè)器，并且先后經(jīng)過(guò)其組成元件砷化銦和銻化銦，將紅外光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閮煞N電信號(hào)，經(jīng)信號(hào)放大器放大后由多通道數(shù)字示波儀接收保存，然后對(duì)信號(hào)進(jìn)行比值處理，計(jì)算出溫度值。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)新穎、測(cè)量準(zhǔn)確、反映靈敏、可以對(duì)微小目標(biāo)和物體內(nèi)部的溫度進(jìn)行測(cè)定、測(cè)溫范圍廣等特點(diǎn)，故屬于一種集經(jīng)濟(jì)性與實(shí)用性為一體的新型光電探測(cè)紅外測(cè)溫儀。
文檔編號(hào)G01J5/00GK101666683SQ20091018760
公開(kāi)日2010年3月10日 申請(qǐng)日期2009年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月23日
發(fā)明者周智鵬, 亮 楊, 銳 王, 立 許 申請(qǐng)人:大連交通大學(xué)