張 勇

發(fā)射機(jī)器件在線測溫技術(shù)探討

張 勇

（作者單位：國家新聞出版廣電總局724臺(tái)）

文章主要針對原有的發(fā)射機(jī)不具備關(guān)鍵元器件的溫度檢測功能，解決不受發(fā)射機(jī)高壓、高溫、高頻、強(qiáng)磁場的環(huán)境影響且能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確、可靠地在線監(jiān)測器件溫度的技術(shù)解決方案。基于此，本文將詳細(xì)描述發(fā)射機(jī)熒光光纖在線測溫技術(shù)，為提高發(fā)射機(jī)穩(wěn)定性和綜合維護(hù)水平奠定基礎(chǔ)。

發(fā)射機(jī)；大型器件；熒光光纖測溫

發(fā)射機(jī)作為主要的播出設(shè)備，在長時(shí)間的維護(hù)中發(fā)現(xiàn)發(fā)射機(jī)中核心器件溫度發(fā)生的改變將會(huì)影響到發(fā)射機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性。同時(shí)，某些器件溫度的跳變也預(yù)示著此器件使用壽命的終結(jié)。原有的發(fā)射機(jī)并不具備關(guān)鍵元器件的溫度檢測功能，而且更為棘手的是面對發(fā)射機(jī)高壓、高溫、高頻、強(qiáng)磁場的環(huán)境，也不能使用任何帶有金屬的探頭進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)采集。因此，急需一種不受發(fā)射機(jī)環(huán)境影響且能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確、可靠地在線監(jiān)測器件溫度的系統(tǒng)。發(fā)射機(jī)大型器件在線智能溫度監(jiān)測技術(shù)恰好彌補(bǔ)了這一空白，相對于其他紅外測溫技術(shù)、光柵測溫技術(shù)、無線測溫等技術(shù)來說，它具備穩(wěn)定性高、安全、可靠等優(yōu)勢，對于整個(gè)發(fā)射機(jī)設(shè)備的安全穩(wěn)定可靠運(yùn)行有著十分重要的意義。

測溫點(diǎn)涵蓋發(fā)射機(jī)所有大型器件，包括高壓、高電流部位，如真空電容、電感線圈、電源接線端子、真空接觸斷路器等。在實(shí)際施工中，熒光測溫探頭方便安裝，走線布局合理，便于日后長期在線測溫和日常設(shè)備維護(hù)。

1　熒光光纖測溫技術(shù)原理

熒光光纖測溫技術(shù)是采用特殊的材料，即稀土熒光物質(zhì)材料，這些稀土材料中的熒光物質(zhì)在受到紫外線照射產(chǎn)生激發(fā)后，敏感材料中的電子吸收光子后，從低能級躍進(jìn)到激發(fā)的高能級，然后再從高能級返回到低能級的過程中發(fā)出熒光，這種熒光是可以在可見光譜中發(fā)射線狀的光譜，光譜就是熒光及其余輝。其中，余輝部分是在激勵(lì)停止后發(fā)出的光。熒光余輝的衰變時(shí)間常數(shù)為溫度的單值函數(shù)。我們測得時(shí)間常數(shù)的數(shù)值，就可以得出具體測溫點(diǎn)的溫度。

激勵(lì)光發(fā)出的光脈沖，通過專用的光耦合器調(diào)制后導(dǎo)入光纖傳感器中，然后再由光纖傳感器反射回一特定需要波長的光信號，此時(shí)這個(gè)光信號就含有被測點(diǎn)的溫度成分，信號處理電路單元再對該光信號進(jìn)行分離解析后，計(jì)算其溫度成分得出被測點(diǎn)的實(shí)際溫度。

應(yīng)用這種方案測溫最大優(yōu)點(diǎn)是被測目標(biāo)的溫度只會(huì)與熒光材料的時(shí)間常數(shù)有關(guān)，而與其他變量均沒有關(guān)系，即激勵(lì)光強(qiáng)弱大小的變化、傳輸過程中產(chǎn)生的損耗以及光耦器的使用效率等都不影響測量的準(zhǔn)確性。因此，相對于其他測溫方法有明顯的優(yōu)勢，具有互換性高、穩(wěn)定性好、無需標(biāo)定、壽命長等優(yōu)點(diǎn)。

2　熒光光纖測溫技術(shù)方案

2.1熒光光纖測溫系統(tǒng)框圖

溫度解調(diào)儀安裝在發(fā)射機(jī)柜頂端，多路感溫光纖分別對機(jī)柜內(nèi)器件進(jìn)行溫度監(jiān)測，通過RS485總線上傳實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)至監(jiān)控計(jì)算機(jī)，如圖1所示。

2.2熒光光纖傳感探測器

熒光光纖傳感探針探頭非常小，只有普通光纖頭的大小，其熒光物質(zhì)完全在其內(nèi)部。因此，可以在被測器件上直接部署安裝，它具備響應(yīng)速度高、測量精度準(zhǔn)確的特性，光纖采用特殊工藝加工而成，所以具有帶寬無限大、溫度信號特別穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)楣饫w探頭不帶有任何金屬部分，所以抗發(fā)射機(jī)電磁干擾能力強(qiáng)、抗高溫、高磁場等優(yōu)點(diǎn)，非常適合在發(fā)射機(jī)高溫、高磁場、高輻射的環(huán)境中使用。

2.3光纖溫度解調(diào)儀

光纖溫度解調(diào)儀屬于雙向工作模式，在實(shí)時(shí)向探頭發(fā)射光脈沖時(shí)，接收并解調(diào)光纖傳感探針傳輸回來的帶有溫度成分的光信號，并把其轉(zhuǎn)換為溫度數(shù)值。它具備溫度監(jiān)測功能，當(dāng)實(shí)際測量點(diǎn)的溫度數(shù)值大于預(yù)先設(shè)置報(bào)警溫度數(shù)值時(shí)就會(huì)發(fā)出報(bào)警信號。解調(diào)儀可以多種工作機(jī)制，可單機(jī)工作，也可多臺(tái)以組網(wǎng)方式應(yīng)用，所以很適用于不同測溫點(diǎn)數(shù)的需求。

測溫解調(diào)儀通過FC/APC接口將多路感溫光纖感應(yīng)的溫度信息經(jīng)光學(xué)濾波、光電轉(zhuǎn)換、放大、AD轉(zhuǎn)換等系列程序轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，在進(jìn)行大規(guī)模數(shù)字處理后，測溫解調(diào)儀將信息通過RS485上傳至監(jiān)控計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)通過以太網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳送到上端平臺(tái)。

2.4光纖測溫軟件

人機(jī)交互界面的主要功能包含實(shí)時(shí)顯示測量溫度、實(shí)時(shí)溫度曲線、歷史曲線、按條件查詢顯示溫度數(shù)據(jù)、溫度曲線對比、測溫點(diǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)備份及導(dǎo)出、聲音報(bào)警、TCP/IP協(xié)議網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?。如圖2所示。

3　結(jié)語

本文以發(fā)射機(jī)熒光光纖測溫技術(shù)為研究對象，針對發(fā)射機(jī)工作環(huán)境中涉及高壓、高頻、高磁場，不能用帶有任何金屬探討在線采集溫度的問題，進(jìn)行分析研究，給出合理的測溫解決方案；并重點(diǎn)對各個(gè)模塊功能進(jìn)行介紹，以便發(fā)射臺(tái)合理選擇最優(yōu)組合方案，為發(fā)射機(jī)設(shè)備的穩(wěn)定可靠運(yùn)行發(fā)揮了一定的支撐作用。

圖2　人機(jī)交互界面

［1］林燕.光纖通信技術(shù)［M］.北京：人民郵電出版社，2014.

［2］賈丹平，傘宏力，趙立民.熒光光纖溫度測量技術(shù)及應(yīng)用［M］.北京：科學(xué)出版社，2015.

［3］梁建功.納米熒光探頭［M］.北京：中國農(nóng)業(yè)科技技術(shù)出版社，2010.