具有无线通信功能的光纤黑体腔高温传感器设计

接收器到腔口的距离H对黑体腔的影响很大、εc随着H的增大先增大后减小，逐渐趋于稳定、这主要是由于腔壁的分布不均匀性导致。考虑具体现实条件H取值范围在10左右。

综上可知，黑体腔腔体长度、开口半径、材料本身发射率、接收器到腔口的距离对黑体腔发射率都有影响。当黑体腔长径比为3—5，孔径比为0.5，接收器到腔口的距离为10左右，腔体材料本身发射率较高时，黑体腔腔体发射率较高。

4 光电转换模块

光电探测部分的设计也是蓝宝石光纤高温传感器的关键技术之一，它直接影响着整个传感器的响应时间、灵敏度等因素。本文的光电转换模块由SENSEL公司的SPMMicro103 5x18型固态光电倍增管(如图6所示)和与之配套的跨阻放大器组成，该模块主要是对微光信号进行探测及放大，能同时检测交流和直流信号，有较好的信噪比。该SSPM外形较小，感光面积仅为1 mm2，共有400个工作于Geiger模式下的APD微元，其增益大于106，响应时闯小于100ns，具有较低的供电电压，在可见光范围内具有较高的光子探测效率，约为13.5%(如图7所示)。根据维恩位移定律得知温度升高时，辐射强度的最大值向短波方向移动，所以此SSPM符合高温测试的需求。

5 无线通信模块

典型的光纤高温测试系统由被测对象、测温主机、发射传输装置及接收装置组成。本文采用测量主机与无线通信从机的双机模式实现。图8为测量主机原理框图，测量主机完成温度数据的采集处理，由光纤高温测试系统和单片机MSP430F149组成。采用多路AD芯片(MSP430内部AD)实现模拟量到数字量的转换，并且留有其它模拟量的测量通道，可扩展诸如湿度等其他模拟量的监控。为了补偿环境温度可连接环境温度传感器DS18B20。采用无线收发模块PTR8000模块实现数据的无线传输，讯通公司的PTR8000带有内置环形天线，可直接与单片机连接，无须外接其他器件，实现数据的无线收发。

无线通信从机实现数据的接收。为了完成PTR8000与PC机的数据交换在无线通信从机中使用RS232接口。在监控PC机上，采用C++开发上位机的人机接口界面。系统电路(见图9)分为测温及发射板(测量主机)、接收板(无线通信从机)该系统中主机的任务是完成数据采集与处理，包括进行A/D转换、环境温度补偿，对即将传送来的数字信号进行组织处理。发射端的PTR8000将单片机的信息调制成射频信号发出，接收端的PTR8000模块将接收到的信息，解调成为TTL电平，由单片机处理后经由RS232接口送到PC，供计算机后期处理。

6 实验及结论

为了验证系统的性能，以氧炔焊机作为热源对其进行测试。传感器测试装置由氧炔焊机、蓝宝石光纤传感器、红外辐射测温仪、计算机组成。其中，氧炔焰最高温度可达3000℃，红外辐射测温仪通过高温黑体炉校准，测温范围为1000～3000℃。首先开启并调节氧炔焊机使其达到一定温度，利用红外测温仪测得温度，然后将传感器黑体腔探头快速接触热源测得其信号。表1为系统测温数据，实验表明，蓝宝石光纤黑体腔高温传感器测温范围为800～2000℃，测温精度为测量精度为1%，测量重复性为0.3%。

综上所述，此测量系统具有测温范围广、响应快、稳定性高、抗电磁干扰性能强等优点，能进行特殊环境下的实时高温测试。在冶金、机械、化工、建材等行业的被测体温度的测量与在线控制中有广泛应用前景，对产品的质量保证与控制有重要意义。