瞬态表面超高温传感器技术研究

作     者：崔婷 

作者单位：中北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郝晓剑

授予年度：2010年

学科分类：08[工学] 080202[工学-机械电子工程] 0802[工学-机械工程] 

主      题：黑体腔 瞬态超高温 固态光电倍增管(SSPM) 静态标定 

摘      要：温度在科研和生产中是一个十分重要的物理量。在航空、航天发动机、核工业和化爆试验测试中,有许多研究对象需要测量的是瞬态(1ms)超高温(2000℃～3000℃),其工作特点是温度高,变化快,常为不可重复一次性过程,因此,测量条件非常恶劣,技术难度很高。基于普朗克黑体辐射定律的蓝宝石黑体腔光纤传感器为瞬态超高温的测试开辟了新天地。 相对于当前广泛采用的镀制铱、铂等贵金属膜,再在其上镀制陶瓷保护膜的黑体腔镀膜工艺,本论文提出了采用磁控溅射法和等离子热喷涂法镀制钽、钼或碳化钨薄膜,并在其上镀制氧化锆保护膜的镀膜方案,其具有成本低、测温上限高的优点。在传感器光电转换模块中,应用了一种新型的固态光电倍增管作为光电转换元件,其具有低噪声,快速响应,体积小,避免电磁干扰,低工作电压等特性,而且能与光纤直接耦合,减少了传输损耗,简化了传感器的设计。通过实验测试了固态光电倍增管的光电性能,获得了其输出电压与接收到的光通量之间的关系。对组装好的测温传感器进行了初步的性能测试,验证了整个设计的可行性,并测试了传感器的动态响应特性。 论文设计了瞬态表面超高温传感器静态标定系统,即用标准高温黑体对辐射温度计进行检定,然后将被校传感器置于由氢氧焰加热的恒温区,恒温区的温度由标准辐射温度计和被校传感器同时测量及比较,由此得到静态特性参数K。另外,氢氧焰加热的温度场在短时间内达到最大值并在一定时间内基本保持恒定,因此氢氧焊机可用于静态标定系统中恒温源的制备。利用ANSYS软件对被加热的陶瓷外壳的内部温度分布进行了仿真。