李伟，郝晓剑，周汉昌

(中北大学 电子测试技术国家重点实验室，山西 太原 030051)

0 引言

高温测量技术在冶金、航空、航天、化学等领域中具有十分广泛的应用，对于瞬态高温测量主要有辐射测温和接触测温两种方式，对于传统使用接触法的铂铑丝热电偶来测量瞬态高温[1]，由于寿命短，响应时间慢，难以进行有效的实时检测。由于蓝宝石(α-A12O3)单晶光纤物理化学性能稳定, 机械强度好，硬度高、绝缘, 耐腐蚀，折射率大、在0.3～4.0μm波段范围内透光性很好，熔点高达2045℃，蓝宝石单晶光纤是目前在高温环境下最适用的光波导材料之一[2-3]，采用蓝宝石单晶光纤（直径0.7mm）设计黑体腔温度传感器，其数据采集与显示系统采用TI 公司的MSP430 系列超低功耗单片机作为核心控制元件，实现了数据的高速采集与显示，基本可以满足瞬态高温测量的需求。

1 传感器工作原理与系统组成

1.1 传感器测温原理

黑体腔高温传感器将接触式和辐射式测温相结合，以黑体辐射理论为基础。根据Planck黑体辐射定律，当光纤黑体腔置于温度为T的被测场，蓝宝石光纤黑体腔单色辐射通量为：

式中a为腔口黑体腔的面积； λ为辐射光波长；T为绝对温度；c1=3.74183×10-16（W.m2）为第一辐射常数；c2=1.43879×10-2（mK）为第二辐射常数。

设干涉滤光片的光谱响应函数为f(λ)，光电探测器（低噪声光电放大器）的光谱响应函数为D(λ)，考虑到更一般的情况设传感头的单色发射率为εA(λ)，干涉滤光片的中心波长为λ0，带宽为Δλ，辐射光信号经光纤传入硅光探测器后输出的电压为：

式中，η（λ）为光信号在光纤中的传输损耗，包括其它光学元件的插入损耗引起的辐射能损失，显然η（λ）＜1。……