机械制造及其自动化硕士论文-光纤式钢水温度测量仪的研制.pdf

分类号密级
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

本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的
研究成果除加以标注和致谢的地方外,不包含其他人已经发表或撰写过的
研究成果,也不包括本文为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作
的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确说明并表示谢意。




学位论文作者签名:
日期:



学位论文版权使用授权书
本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论
文的规定:即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和
磁盘,允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部
或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。
(如作者和导师不同意网上交流,请在下方签名;否则视为同意。)


学位论文作者签字: 导师签字:
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