光纖溫度傳感器系統(tǒng)包括端部摻雜質的高溫藍寶石單晶光纖探頭、Y型石英光纖傳導束、超高亮發(fā)光二極管（LED）及驅動電路、光電探測器、熒光信號處理系統(tǒng)和輻射信號處理系統(tǒng)。如圖1所示。 



在高溫區(qū)（400℃以上），光纖溫度傳感器基于光纖被加熱要引起熱輻射的原理工作。熱輻射效應光強調制型光纖溫度傳感器屬于被動式光強調制，它不需要外加光源，而直接由藍寶石光纖制成的黑體腔收集熱輻射，然后通過傳輸光纖送到光電二極管探測并進行數(shù)據(jù)處理。熱輻射的強度和波長是溫度的函數(shù)。采用帶黑體腔的高溫單晶藍寶石（α－Al2O3）光纖（其熔點溫度為2050℃），當黑體腔與待測溫度區(qū)熱平衡時，黑體腔就按照黑體輻射定理發(fā)射與待測溫度T相對應的電磁輻射，其譜功率密度出射率可以用Plank公式表示為



其中ελ為黑體腔的譜發(fā)射率；C1＝3．74×108 W·μm4/m2為*輻射常數(shù)；C2＝1．44×102μm·K為第二輻射常數(shù)；λ為光譜輻射波長；T為黑體輻射溫度。這一功率經高溫光纖直接耦合進入低溫光纖，然后射入光電二極管光敏面?？紤]到光電二極管光敏面的光譜響應為0．4～1．1μm，同時為了使黑體腔的發(fā)射率穩(wěn)定，控制黑體腔的長徑比大于3，于是黑體腔譜發(fā)射率ελ≈ 1，入射到光電二極管光敏面的黑體總輻射能量為 



其中n1、n2分別表示高溫光纖與低溫光纖、低溫光纖與光電二極管光敏面之間的功率耦合效率；S、l′、α分別表示高溫光纖截面積、長度、損耗系數(shù)。 

在低溫區(qū)（400℃以下），輻射信號較弱，系統(tǒng)開啟發(fā)光二極管（LED），使熒光測試系統(tǒng)工作，發(fā)光二極管發(fā)射調制的激勵光，經聚光鏡耦合到Y型光纖的分支端，由Y型光纖并通過光纖耦合器到藍寶石光纖探頭。光纖探頭端部受激勵光激勵而發(fā)射熒光，信號由藍寶石光纖導出，并通過光纖耦合器從Y型光纖的另一分支端射出，由光電探測器接受。光電探測器輸出的光信號經放大后由熒光信號處理系統(tǒng)處理，計算出熒光壽命得到所測溫度值。 

2　信號處理 

光電二極管感應的光輻射信號經過光電轉換、信號放大、線性化處理、A/D轉換、微機處理后給出待測溫度。為了實現(xiàn)多點測量，加入多路開關，通過微機控制，選擇所測點。如圖2所示。 



由于光纖給出的輸出光強是非線性的指數(shù)信號，這種非線性關系，在溫度數(shù)字化測量中，加進線性化裝置進行線性補償。這里選用模擬線性化，采用折線逼近方案，即用連續(xù)有限折線代替曲線的直線化方式。其特點是技術簡單，精度取決于折線段的多少。 

3　測試方法 

3．1　熔煉過程中的探頭設置 

在熔煉過程中，金屬液體始終處于流動狀態(tài)；可以認為在這個溫度場中，金屬液體各處的溫度基本一致。將探頭放置于溶液表面下10cm左右處，通過熱輻射測出溶液溫度。 

3．2　在熱處理加熱爐系統(tǒng)中的探頭設置 

在加熱爐中，被處理的工件與爐壁進行熱交換。輻射換熱量表示為 



ε1、ε2分別為工件和爐壁的黑度，φ21為角系數(shù)。當熱平衡時候，T1＝T2，Q12＝0。兩者之間沒有了熱交換，這時候就可以測出工件的溫度。將探頭安置于爐壁，外接光纖測出工件的加熱溫度。 

3．3　凝固過程中的溫度測量 

鑄件在凝固過程中，它的內溫度場為不穩(wěn)定溫度場。在鑄件截面上某一點，不同時刻，溫度是不同的；在同一瞬間，鑄件截面上各點的溫度也不同。其溫度場是坐標（x，y，z）和時間t的函數(shù)

 

T＝（x，y，z，t） 

為了測出鑄件在凝固過程的溫度場，研究溫度場和等溫面的變化，進一步進行仿真模擬，提高產品質量和成品率，有必要對凝固過程進行多點測量。光纖溫度傳感器能夠快速響應