106581542.沈阳计量测试院 辽宁沈阳 110179
摘要：“微波消解仪的荧光光纤测温系统的研制”来源于市场监管总局（原国家质检总局）科研计划项目，本项目用荧光光纤连接温感腔和测温记录腔，构成了微型可浴入消解罐的温度记录体。温感腔与被测液体充分接触，温度信号通过荧光光纤传感器传送到测温记录腔内的电路及单片机数据处理记录系统，并进行实时记录，供后续计算机读取与处理，解决了微波消解仪的测温难题，提升了微波消解仪的检测水平。 关键词：多媒体网络中控微波消解仪；荧光光纤；测温系统；研制
0 引言
微波消解仪是近些年兴起的理化类测量仪器，其具有速度快、试剂用量少、样品不易被沾污、节约能源等优点，目前被广泛应用于生物、地质、冶金、煤炭、医药、食品、环境监测等领域。微波消解仪在样品消解时，样品表面层和内部在不断搅动下破裂、溶解，不断产生新鲜的表面与酸反应，促使样品迅速溶解。与常规的高温灰化及湿法消化比较，微波消解技
术具有省时、省酸、安全、污染小以及损失少、易实现自动监控等独特优点，被应用广泛。
传统的温度传感器，如热电偶等，由于含有金属，因此在微波场中会受到电磁波的干扰，影响测量精度。此外，在微波场中产生电弧的可能性，也限制了它的应用。在此基础上提出了采用光纤温度传感技术。由于光纤传导的是光信号，不受微波的干扰，而且又耐腐蚀，因而取得了良好的效果。荧光光纤温度传感器以其抗电磁干扰、体积小、传输损耗低、耐腐蚀等优点得到了广泛的应用。
微波消解仪的荧光光纤测温系统的研制是一项重要的课题。它能为微波消解仪的温度检测提供了合法有效的技术手段和方法，提高了微波消解仪的检测水平，对计量领域微波消解仪的发展起到了巨大的推动作用。abs-210
1 项目概述
本项目来源于市场监管总局（原国家质检总局）科研计划项目，项目名称为“微波消解仪的荧光光纤测温系统的研制”，计划编号为“2015QK025”。本微波消解仪的荧光光纤测温系统
根据红宝石晶体的荧光特性，以发光二极管作为激发光源，传感器在由发光二极管发出的一系列光脉冲的激励下，产生周期性的荧光衰落信号。配以光纤技术构成的光纤荧光温度传感器，通过光纤和光学模块照射到光电转换器件，形成电信号，这个信号经探测后，经过一个低噪声宽带放大器及AD转换后，然后再由系统对每一衰落曲线数字化。数字化后的采样值经校正了所有的偏置之后，由单片机处理，单片机将采用线性最小二乘曲线拟合技术，生成对这些数据的最佳指数拟合曲线。具体步骤是首先将数字化的信号值取自然对数，使指数曲线变成直线，然后再进行线性最小二乘拟合。由此产生的最佳拟合直线的斜率将正比于指数衰落的时间常数。为了进一步抑制噪声的影响，还要对许多次曲线拟合的结果求平均。随后再将时间常数的平均值与预先存储的数据对照表做比较，以确定传感器的温度。结合自主开发的检测系统实现温度的在线检测，具有非常可观的经济效益和深远的社会效益。光纤探头
s8003
2 微波消解仪的荧光光纤测温系统
荧光光纤式微波消解仪温度测试系统如图1所示。它是由计算机、荧光光纤3000mm、荧光温度测试模块和电源组成。用荧光光纤连接温感腔和测温记录腔，构成了微型可浴入消解
罐的温度记录体。温感腔与被测液体充分接触，温度信号通过荧光光纤传感器传送到测温记录腔内的电路及单片机数据处理记录系统，并进行实时记录，供后续计算机读取与处理。光纤测试头要置入微波消解仪罐内，由于微波消解罐内部存在高温高压，光纤加入后，要进行密封处理。可以采用专门检验罐的方式。测温模块将被测的温度数值传送给计算机，计算机对测试数据进行存储和处理，获取测试记录和结论。
本测温仪采用最新的荧光光纤测温技术及微电子技术，用光纤连接温感腔和测温记录腔，构成了微型可浴入消解罐的温度记录体。温感腔与被测液体充分接触，温度信号通过荧光光纤传感器传送到测温记录腔内的电路及单片机数据处理记录系统，并进行实时记录，供后续计算机读取与处理，温度范围为（40-140）℃，误差小于0.2℃。
为了校验微波消解仪的高温段温度参数，研制了恒温热源，采用了PID温控技术，实现了（50-400）℃的温度控制，误差小于0.2℃；应用图像采集与识别技术，检测微波消解仪的测温显示数据，并与读取的恒温源温度数据进行比较、计算测温误差，该过程避免了人为干预，自动化水平高。
微波消解仪的荧光光纤测温系统主要特点：
1）光纤探头纤细，可弯曲进入狭窄空间测量。
2）探头全光学运行，无电器元件，绝缘强度高，无爆炸危险。
3）采用线性最小二乘曲线拟合技术，生成对测温数据的最佳指数拟合曲线，计算微波消解仪的温度，并利用 MATLAB软件进行仿真实验，提高了检测精度。
3 微波消解仪的荧光光纤测温系统技术指标
本微波消解仪的荧光光纤测温系统将计量部门的校准后，得到的微波消解仪的测温系统技术指标为：
（1）低温段：（数据源于计量部门的校准证书）
测量范围：（40-140）℃；
分辨力：0.1 ℃ ；
误差：0.2 ℃ 。
（2）高温段：（数据源于计量部门的校准证书）
测量范围：（50-400）℃；
温度偏差：-0.2 ℃ ；
温度均匀性：0.2 ℃ ；
温度波动度：±0.1 ℃ 。
4结语光触媒仿真花
本项目以“微波消解仪的测温系统”项目为研究载体，以解决微波消解仪温度参数检测为目标。对于低温段，采用了荧光光纤测温技术及微电子技术，用光纤连接温感腔和测温记录腔，构成了微型可浴入消解罐的温度记录体。温感腔与被测液体充分接触，温度信号通过荧光光纤传感器传送到测温记录腔内的电路及单片机数据处理记录系统，并进行实时记录，供后续计算机读取与处理，从而解决了微波消解仪的测温难题，提升了微波消解仪的检测水平。
参考文献：
[1] 陈家颖；张雯；胡德龙；刘颖. 微波消解仪温度校准问题探讨[J]. 计量与测试技术，2020(08).
[2] 李光. 微波消解仪的校准方法研究. 计量与测试技术，2017.
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