專利名稱：光譜法連續(xù)測量瞬態(tài)溫度的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域?yàn)楣庾V測溫技術(shù)。
瞬態(tài)溫度的測量通常有兩種方法，一是探頭掃過固定不動(dòng)的被測物體；二是探頭不動(dòng)，被測物體掃過探頭。第一種方法因受探頭重復(fù)性機(jī)械運(yùn)動(dòng)的限制，掃描頻率達(dá)不到快速測量的要求，因而只能用被測物體成像快速掃過探頭的方法。用光譜技術(shù)測量電弧等離子體的溫度已有很長的歷史，但對(duì)非穩(wěn)態(tài)電弧溫度的診斷尚存一些問題。因?yàn)榉欠€(wěn)態(tài)電弧溫度變化很快，存在時(shí)間很短，電弧的位置又不固定，電弧的組分含量不能確定，所以現(xiàn)有的測溫裝置不能滿足要求。例如英國利物浦大學(xué)的露易斯等人所做的大功率SF6斷路器中電弧過零區(qū)的光譜測溫工作，采用OSA系統(tǒng)，只能測量某一時(shí)刻電弧截面上溫度分布。又如中國林萃等人用光譜法及激光干涉法測量SF6、N2中直流穩(wěn)態(tài)電弧的溫度分布，它是單面轉(zhuǎn)鏡掃描測溫系統(tǒng)，雖可對(duì)電弧成像快速掃描，測出某一時(shí)刻的電弧截面上的溫度分布，但由于單面反射鏡掃描的效率低，兩次掃描間隔時(shí)間較長，因而不能快速連續(xù)地測量非穩(wěn)態(tài)電弧等離子體的截面溫度分布及其截面溫度隨時(shí)間的變化。
本實(shí)用新型發(fā)明創(chuàng)造的目的，是為解決電弧等離子體以及其它瞬態(tài)溫度診斷中現(xiàn)尚存的問題，設(shè)計(jì)出一種光譜法連續(xù)測量瞬態(tài)溫度的裝置，具有對(duì)發(fā)光物成像連續(xù)快速掃描的特點(diǎn)，從而滿足工業(yè)及科學(xué)研究中的需要。
本實(shí)用新型設(shè)計(jì)出一種光譜法連續(xù)測量瞬態(tài)溫度的裝置，由光探測及掃描機(jī)構(gòu)，分光機(jī)構(gòu)、信號(hào)處理及顯示機(jī)構(gòu)所組成，其特征在于所說的光探測及掃描機(jī)構(gòu)包括裝有多塊反射鏡可快速旋轉(zhuǎn)的多邊反射鏡輪及能將被測發(fā)光物成縮小的像于多面反射鏡上的可變焦距的透鏡組及將反射鏡反射的光放大成像的透鏡、所說的分光機(jī)構(gòu)包括將經(jīng)過透鏡的光進(jìn)行分光的光柵攝譜儀及與光柵攝譜儀相連的多通道譜線強(qiáng)度接收器。所說的反射鏡輪周邊側(cè)壁上有環(huán)形槽，所說的多塊反射鏡嵌固于槽中。所說的掃描機(jī)構(gòu)還可包括由殼體、上蓋及基座相互連接成一腔體，所說的多邊反射鏡輪設(shè)置在該腔體中并通過連接軸與馬達(dá)轉(zhuǎn)軸相連，所說的殼體上有兩個(gè)通孔構(gòu)成接收、反射通路。所說的掃描機(jī)構(gòu)還包括可有用于測量旋鏡的轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速計(jì)所說的反射鏡輪開有多個(gè)通孔，所說的轉(zhuǎn)速計(jì)由分別安裝在所說鏡輪上下對(duì)應(yīng)位置的發(fā)光體及光電接收器、計(jì)數(shù)器組成。
本實(shí)用新型的多通道譜線強(qiáng)度接收器包括多個(gè)狹縫塊與狹縫塊相連接的多個(gè)滑動(dòng)塊，每個(gè)滑動(dòng)塊與定位光桿及滑動(dòng)光桿接觸，所說滑動(dòng)光桿兩端分別與彈簧與螺旋微動(dòng)儀相連。
本實(shí)用新型的工作原理是探測光路和掃描機(jī)構(gòu)中的可改變成像焦距的透鏡組，它將電弧成縮小的像于多面反射鏡輪上，實(shí)現(xiàn)對(duì)電弧成像的快速連續(xù)掃描，然后經(jīng)過透鏡再將成像放大，經(jīng)傳像光纖進(jìn)入后面的光柵攝譜儀。該裝置的多通道譜線強(qiáng)度接收器與光柵攝譜儀配合使用，可同時(shí)接收四條譜線強(qiáng)度，若光柵攝譜儀改為紅外光柵，即可接收紅外區(qū)譜帶。
本實(shí)用新型的信號(hào)處理及顯示機(jī)構(gòu)可采用通用微機(jī)并配有功能齊全的計(jì)算機(jī)軟件，可對(duì)測量數(shù)據(jù)快速處理，溫度測試結(jié)果可直接顯示及通過與微機(jī)相連的打印機(jī)打印出來。本實(shí)用新型還可配置X－Y記錄儀及示波器記錄、顯示接到的光譜的強(qiáng)度及波形。
本實(shí)用新型光譜法連續(xù)測量瞬態(tài)溫度的裝置與現(xiàn)有技術(shù)比，主要優(yōu)點(diǎn)是能對(duì)發(fā)光物成像進(jìn)行快速連續(xù)的掃描，高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能將掃描到的模擬信號(hào)快速轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)儲(chǔ)存起來，因而，整個(gè)系統(tǒng)能快速測量發(fā)光物截面溫度分布，同時(shí)能跟蹤測量截面溫度隨時(shí)間的變化。它能同時(shí)測出四條譜線強(qiáng)度，因而可用于被測電弧組分含量未知的情況。本實(shí)用新型特別適合為研究各種非穩(wěn)態(tài)電弧的機(jī)理提供了條件并滿足工業(yè)上的需要，同時(shí)該裝置不僅可測量可見光光譜，還可測量紅外光譜，其測量范圍及應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。
附圖簡要說明

圖1為本實(shí)用新型一種實(shí)施例中的光探測及掃描機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為圖1中的多邊反射鏡輪結(jié)構(gòu)剖示面。
圖3為本實(shí)施例中的多通道譜線強(qiáng)度接收器結(jié)構(gòu)示意圖。
本實(shí)用新型設(shè)計(jì)出一種光譜法連續(xù)測量瞬態(tài)溫度的裝置的實(shí)施例，由光探測及掃描機(jī)構(gòu)，分光機(jī)構(gòu)，信號(hào)處理及顯示機(jī)構(gòu)三大部分所組成，其主要部件的結(jié)構(gòu)如圖1－圖3所示，結(jié)合各附圖詳細(xì)描述如下1、光探測及掃描機(jī)構(gòu)圖1為光探測及掃描機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中，1為可變焦距的透鏡組鏡筒，2為多邊反射鏡輪，3為反射光接收透鏡筒。鏡筒1與鏡筒3相互成垂直方向分別與鏡輪2的外殼相固接。鏡筒1為一般可變焦距鏡筒結(jié)構(gòu)，通過旋轉(zhuǎn)鏡筒可改變安裝在其中的兩片透鏡11，12的距離，使被測發(fā)光物經(jīng)透鏡組縮小成像于反射鏡上。透鏡組11，12可配備兩套，一套用普通玻璃制成，用于測可見光部分，另一套用CaF2材料制成，用于測量紅外光部分。鏡筒3內(nèi)一端安裝有一透鏡31，另一端與傳光光纖的接收端32相連接，調(diào)整光纖接收端32與透鏡31的距離，使通過透鏡的光放大成像于光纖接收端。多邊反射鏡輪2的結(jié)構(gòu)如圖2所示。多面反射鏡輪210固定在轉(zhuǎn)軸211上，通過軸承212將軸211約束在殼體220和頂蓋221上，殼體220上有兩個(gè)方孔，一個(gè)安裝透鏡組鏡筒1用于入射光束，另一個(gè)安裝透鏡筒3用于出射光束。轉(zhuǎn)軸的一端通過聯(lián)軸節(jié)231與驅(qū)動(dòng)電機(jī)軸231相連，驅(qū)動(dòng)電機(jī)230由緊固螺栓241固定在頂蓋221上，頂蓋221與殼體220由緊固螺栓242固定在一起，并由螺栓243與基座222固定。反射鏡213用高強(qiáng)度粘接劑固定在反射鏡輪210上，并利用反射鏡輪210上的環(huán)形槽來固定，使其克服高速旋轉(zhuǎn)時(shí)帶來的強(qiáng)大離心力，反射鏡輪210上打有多個(gè)小孔，安裝在殼體上并伸入到鏡輪下方的燈泡250發(fā)出的光線經(jīng)小孔射到光電傳感器上，該信號(hào)提供給轉(zhuǎn)速計(jì)用于測量旋鏡的轉(zhuǎn)速。
2、分光機(jī)構(gòu)由通用的光柵攝譜儀及與之相連的多通道譜線強(qiáng)度接收器構(gòu)成。被測發(fā)光物(例如電弧)成像傳光光纖接收端32進(jìn)入光纖并傳至光柵攝譜儀的入口狹縫，經(jīng)光柵攝譜儀分光后，譜線強(qiáng)度由譜線強(qiáng)度接收器接收。本實(shí)施例的多通道譜線強(qiáng)度接收器的結(jié)構(gòu)見圖3。多通道譜線強(qiáng)度接收器設(shè)有4條譜線通道，每個(gè)通道狹縫塊41上，系統(tǒng)每個(gè)滑動(dòng)塊42都與固定光桿43接觸，并與滑動(dòng)塊彎頭處的滑動(dòng)光桿44接觸，有緊固螺釘固定?；瑒?dòng)光桿由兩端壁面45支撐，滑動(dòng)光桿的一端由彈簧46壓緊，另一端由螺旋微動(dòng)儀47壓緊，整個(gè)狹縫裝在密封體內(nèi)。
接收狹縫塊41能夠更換，各個(gè)狹縫塊上的狹縫48之間的距離可以通過滑塊42和滑動(dòng)光桿44及螺旋微動(dòng)儀47進(jìn)行調(diào)節(jié)，以便接收不同譜線。
3、信號(hào)處理及顯示機(jī)構(gòu)由光電接收器、放大器、A／D轉(zhuǎn)換器微機(jī)及打印機(jī)、示波器、X－Y記錄儀等通用元器件所組成。其工作過程是譜線強(qiáng)度由譜線強(qiáng)度接收器接收后，經(jīng)光導(dǎo)纖維傳至光電倍增管，光電倍增管的工作電壓由高壓電源提供。放大器具有可調(diào)的放大倍數(shù)、較高的輸入阻抗及很好的頻率響應(yīng)特性，使光電轉(zhuǎn)換信號(hào)放大后提供給計(jì)算機(jī)中的A／D采集卡進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，最后由予先存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)處理程序進(jìn)行計(jì)算，其結(jié)果由打印機(jī)輸出。連接于光柵攝譜儀的示波器及X－Y記錄儀可用于觀察信號(hào)波形，通過一選擇開關(guān)轉(zhuǎn)換觀察各通道的信號(hào)。
權(quán)利要求1.一種光譜法連續(xù)測量瞬態(tài)溫度的裝置，由光探測及掃描機(jī)構(gòu)，分光機(jī)構(gòu)、信號(hào)處理及顯示機(jī)構(gòu)所組成，其特征在于所說的光探測及掃描機(jī)構(gòu)包括裝有多塊反射鏡可快速旋轉(zhuǎn)的多邊反射鏡輪及能將被測發(fā)光物成縮小的像于多面反射鏡上的可變焦距的透鏡組及將反射鏡反射的光放大成像的透鏡、所說的分光機(jī)構(gòu)包括將經(jīng)過透鏡的光進(jìn)行分光的光柵攝譜儀及與光柵攝譜儀相連的多通道譜線強(qiáng)度接收器。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所說的反射鏡輪周邊側(cè)壁上有環(huán)形槽，所說的多塊反射鏡嵌固于槽中。
3.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于所說的掃描機(jī)構(gòu)還包括由殼體、上蓋及基座相互連接成一腔體，所說的多邊反射鏡輪設(shè)置在該腔體中并通過連接軸與馬達(dá)轉(zhuǎn)軸相連，所說的殼體上有兩個(gè)通孔構(gòu)成接收、反射通路。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所說的掃描機(jī)構(gòu)還包括有用于測量旋鏡的轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速計(jì)，所說的反射鏡輪開有多個(gè)通孔，所說的轉(zhuǎn)速計(jì)由分別安裝在所說鏡輪上下對(duì)應(yīng)位置的發(fā)光體及光電接收器、計(jì)數(shù)器組成。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所說的多通道譜線強(qiáng)度接收器包括多個(gè)狹縫塊與狹縫塊相連接的多個(gè)滑動(dòng)塊，每個(gè)滑動(dòng)塊與定位光桿及滑動(dòng)光桿接觸，所說滑動(dòng)光桿兩端分別與彈簧與旋微動(dòng)儀相連。
專利摘要本實(shí)用新型屬于光譜測溫技術(shù)領(lǐng)域，本裝置包括由透鏡組及多邊反射鏡輪組成的光探測及掃描機(jī)構(gòu)，由光柵攝譜儀及與之相連的多通道譜線強(qiáng)度接收器組成的分光機(jī)構(gòu)，以及信號(hào)處理及顯示機(jī)構(gòu)所組成。本裝置具有對(duì)發(fā)光物成像快速連續(xù)掃描，能測量發(fā)光物截面溫度分布，不僅可測量可見光光譜，還可測量紅外光譜，測量范圍及應(yīng)用領(lǐng)域廣泛等諸多優(yōu)點(diǎn)，較好地滿足了工業(yè)上的需要。
文檔編號(hào)G01J3/30GK2208228SQ9421953
公開日1995年9月20日 申請(qǐng)日期1994年8月26日 優(yōu)先權(quán)日1994年8月26日
發(fā)明者趙文華, 唐林, 麻智文 申請(qǐng)人:清華大學(xué)