引用本文:
马霄汉,李岩峰,邵海颖,等. 用于热电偶动态校准系统的比色测温装置研究[J]. 光通信技术,2026,50(3):65-70.
马霄汉,李岩峰,邵海颖,陈 刚,李 佳*,褚越强
(北华航天工业学院 电子与控制工程学院,河北 廊坊 065000 )
【下载PDF全文】 【下载Word】摘要:针对基于激光器的热电偶动态校准系统中单色红外测温法易受表面发射率影响、需预标定不同热电偶发射率的局限,设计了一种用于热电偶动态校准系统的比色测温装置。阐述了双波长辐射比值测温原理,优化选取了1 483 nm和 1 600 nm工作波长及滤光片带宽,并开展了静态标定与动态响应实验。实验结果表明:该装置在600 ℃以上测量相对误差低于1%,响应时间小于2 μs,满足瞬态测温需求。将该装置应用于热电偶动态校准系统,成功获取了激光加热下热电偶表面激励温度变化曲线,验证了其在实际校准中的有效性与可靠性。
关键词:热电偶;动态校准;比色测温;波长选取;静态标定
中图分类号:TN21 文献标志码:A 文章编号:1002-5561(2026)03-0065-06
DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2026.03.011
本文研制了一种**用于热电偶动态校准系统的比色测温装置**,旨在解决基于激光器的热电偶动态校准系统中,传统单色红外测温法易受表面发射率影响且需频繁预标定的局限。
以下是该论文的核心内容简要总结(已隐去所有公式):
**1. 核心创新点与装置设计**
* **双波长比色测温机制**:利用双波段辐射强度比值运算,有效抵消被测物体表面发射率时变与不确定性带来的耦合影响,从根本上消除了发射率变化引入的系统误差。
* **光路结构抗漂移设计**:装置由聚焦透镜、分叉光纤、准直器、滤光片及铟镓砷探测器等组成。特别在光纤与滤光片间引入准直器,将发散光转换为近平行光,有效抑制了斜入射引起的滤光片中心波长蓝移与光谱失配。
* **波长与带宽优选**:综合探测器响应特性、大气传输窗口与测温范围,优化选定 1483 nm 和 1600 nm 作为双工作波长,并分别配置 83 nm 和 60 nm 的滤光片带宽,完美兼顾了系统测温灵敏度与信噪比。
**2. 关键实验结果**
* **高精度静态标定**:通过黑体炉实验建立温度与电压比值的指数衰减拟合模型。结果表明,在 600 ℃ 以上的高温区间,系统测量相对误差稳定控制在 1% 以内,且指数衰减模型的表征精度优于多项式拟合。
* **极速动态响应**:利用脉冲激光测试装置的动态响应特性,测得双通道的上升时间均小于 2 μs,完全满足瞬态温度测量的快速响应需求。
* **动态校准成功验证**:将该装置实际应用于激光加热热电偶的动态校准系统中,成功获取了热电偶表面的激励温度瞬态变化曲线,最高测温达 1200 ℃,且与热电偶输出信号的变化趋势高度吻合,验证了其在实际动态校准中的有效性。
**3. 研究结论与应用前景**
* 该比色测温装置通过双波长比值法与精密的光路设计,彻底免除了传统单色测温对表面发射率的依赖,实现了高温瞬态环境下的高精度、快响应测量。
* 研究成果为热电偶动态校准系统中激励温度的精准获取提供了可靠的新途径,在航空航天、工业制造等极端环境下的瞬态高温测量与传感器标定领域具有广阔的工程应用价值。