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UDC
学位论文
光纤式钢水温度测量仪的研制
作者姓名: 李杨
指导教师: 刘平副教授
东北大学机械工程与自动化学院
申请学位级别: 硕士学科类别: 工学
学科专业名称: 机械制造及其自动化
论文提交日期: 2008 年 1 月论文答辩日期: 2008 年 2 月
学位授予日期: 2008 年 3 月答辩委员会主席:
评阅人:
东北大学
2008 年 1 月
A Dissertation in Mechanical Manufacturing & Automation
The Development of Optical-fiber Instrument
on Molten steel’s Temperature
By Li Yang
Supervisor: Vice-professor Liu Ping
Northeastern University
January 2008
独创性声明
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日期:
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签字日期: 签字日期:
- I -
东北大学硕士学位论文摘要
光纤式钢水温度测量仪的研制
摘要
在钢铁冶炼的过程中,钢水或铁液的温度是决定钢铁质量的最重要参数之一。炼钢
过程中的有关钢水温度的测量是极其重要的。钢水温度之高,检测环境之恶劣使钢水温
度测量成为炼钢工业中的一个难题。研制一种能快速,准确,连续测量钢水温度的测量
仪对提高钢铁产品产量和质量有重要的意义。
本课题就是针对钢水连续测温,并结合实际的测温环境,研制出了光纤式钢水温度
测温仪。文中详细叙述了课题设计的理论依据以及应用,根据普朗克定律和维恩位移定
律推导出了比色测温的理论公式,并分析了该方法的优点:该系统能大大降低发射率对
测温结果的影响,在最佳条件下,该影响可降至零。设计方案共分为三大部分:高温探头
的设计研究、光电转换和电信号的放大、信号的处理过程。具体的步骤是先将光纤探头
插入熔融金属提取光信号,光信号经过光纤传输经光纤耦合器分成两路信号,两路信号
分别进入两个频率不同的窄带干涉滤波片,分别进行光电转换、一次放大、滤波、二次
放大,再将两路信号接入模拟开关 CD4053 采用分时的方法送入模数转换单元 A/D1674,
把转换成的数字信号送入单片机系统 AT89C51 进行信号的处理,并将处理后的数字信
号通过 MAX508 转换成模拟信号,输出标准的电压值,且该电压值与温度值是一一对
应的。在软件设计方面,采用了模块化设计思想,设计了与硬件配套的软件,同时也进
行了软件抗干扰的设计。系统软硬件分别调试通过后还进行了系统的联调,系统的仿真,
仿真利用了伟福仿真器 E6000/T,节省了系统开发的时间。最后通过模拟实验验证了光
强和电压之间近似线性的关系,同时分析了该仪器测量时存在的误差。
总之,在高温领域,采用光纤式测量钢水温度的方法比其它测温方法有很多优势,
如:可实现连续测温,测温费用比传统的热电偶的方法低等。课题验证了采用比色法测
量钢水温度的可行性,同时说明了光纤技术在高温测量中应用的先进性和必要性。
关键词:比色法;光电转换;高温探头;光纤;辐射测温;单片机;滤波;仪表放大器
- II -
东北大学硕士学位论文 Abstract
The Development of Optical-fiber Instrument
on Molten steel’s Temperature
Abstract
During the smel