就測溫儀形式來說，可歸納為接觸式測溫和非接觸式測溫兩種。不同的被測目標必須采用不同的測溫形式，比如測定冶煉爐內(nèi)鋼液的溫度，因為非接觸式只能測定發(fā)熱體表面的溫度，而鋼液表面有很厚的爐渣層，加上爐內(nèi)本身存在溫度梯度，故只有插入鋼液內(nèi)部，采用接觸式測溫的形式才能比較正確地測定鋼液的溫度。又比如測定回轉(zhuǎn)體、運動體某點的溫度，只有采用非接觸式測溫的方式比較合適，當然也可采用把溫度傳感器直接安裝在運動體上，讓其發(fā)射與溫度相對應的電磁波，再經(jīng)無線接收其電磁波。這也是一種方法，但在惡劣環(huán)境下實現(xiàn)起來比較困難。

 1．現(xiàn)狀

   各種各樣的測溫工具和儀器均會受到某種條件的限制。比如用水銀溫度計測量體溫，對成人來說很簡單，而對嬰兒來說就比較麻煩。若聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控多個嬰兒的體溫變化，則更困難。又如采用熱電偶測溫，若在微變化、相對靜態(tài)的溫度場中測溫時，則精度很高，但在溫度起伏較大的動態(tài)溫度場中測溫時，則精度很低。因為溫度引起兩種不同金屬材料做成的端點熱電勢不同，它需要有一個熱平衡時間，根本測不出溫度的動態(tài)變化，所以在玻璃生產(chǎn)線、陶瓷生產(chǎn)線等多種場合下，將多個熱電偶聯(lián)結(jié)計算機顯示記錄的數(shù)據(jù)是一種假像。這是由于計算機的高速響應，必須要有高響應速度的傳感器與之匹配。采用普瑯克輻射原理，接收發(fā)熱體的輻射波，從而轉(zhuǎn)換成發(fā)熱體的相應溫度的測溫儀是目前最廉價的高響應速度的測溫儀。由于物體在溫度升高或降低的過程中，紅外波強度對溫度變化的影響最大，所以一種容易實現(xiàn)的非接觸式紅外測溫儀應運而生。

    紅外測溫儀雖然實現(xiàn)了非接觸式測溫，但問題是低溫源的紅外輻射波強度弱，紅外測溫儀只能靠近被測物，否則要設(shè)計一種能接收中紅外、遠紅外的光學系統(tǒng)，才能實現(xiàn)較遠距離的低溫檢測。另外，紅外測溫儀由于儀器本身的限制，它不能靠近很多惡劣環(huán)境，如高溫、強電磁場、酸堿揮發(fā)、有毒有害氣體等多種場合，同樣也不能通入窄小空間(如不能測定發(fā)動機渦流燃燒室的溫度)。而筆者研制的光學創(chuàng)新型測溫儀不僅可以實現(xiàn)接觸式或非接觸式測量，而且可以實現(xiàn)遠程監(jiān)控。

 2．原理

     筆者從事光纖傳感技術(shù)的研究三十余年，認為采用光纖溫度傳感器做成的測溫工具和測溫儀可以克服現(xiàn)有測溫儀的多項弱點。 

    1980 年，筆者設(shè)計并拉制了一段光纖，將它通入熔煉玻璃的高溫爐內(nèi)，爐膛升溫、降溫和保溫的過程在光功率計上可得到明確的顯示。我們又將這段光纖從爐內(nèi)逐步移至爐體外也同樣可以測量到其溫度變化的過程。這一過程證實了采用傳感器專用光纖，既可以進行接觸式測溫，也可以實現(xiàn)非接觸式測溫，只要充分利用光纖的限波、濾波、穩(wěn)模、分波、分路和傳輸?shù)忍匦�，完全可以做成�?yōu)于同類產(chǎn)品的測溫儀。因為光纖完全可以在惡劣環(huán)境下工作，可以通入窄小空間；光纖也可以做成光纜，使傳感頭離發(fā)熱區(qū)最近，而接收信號可遠離發(fā)熱體，實現(xiàn)一線制傳輸溫度信號；光纖也可以很短，使整個測溫儀體積小巧；光纖也可以實現(xiàn)對分布溫度的測定，在一定的范圍內(nèi)，只利用一根光纖來顯示所有被測點的溫度。

      因為有上述優(yōu)點，我們很快做成了光纖傳感非接觸式測溫儀，申請了有關(guān)測溫儀的兩個專利“89.221891X”和“ZL93.117453.”，并獲得了專利證書。

     簡言之，通訊光纖只有光波傳輸?shù)淖饔�，傳感光纖要起到既‘傳’又‘感’的作用。但是要實現(xiàn)光纖傳感器長距離傳輸信號，必須實現(xiàn)光學數(shù)字化。要解決光學數(shù)字化，首先要排除信號處理部分的內(nèi)外干擾，比如非接觸測溫時，由于被測發(fā)熱體的材料不同，其發(fā)射率ε(λT)不同，在信號處理部分專門要設(shè)置一個輻射系數(shù)調(diào)節(jié)旋鈕。如果把一列輻射波分成兩列波長鄰近的輻射波，設(shè)一列輻射波強度為A?ε(λT)；另一列為B?ε(λT)，由于ε(λ1T)≈ε(λ2T)，因此A?ε(λ1T)/B?ε(λ2T) =A/B，我們稱之為雙波長比較法，可在信號處理部分不設(shè)置輻射率調(diào)節(jié)按鈕。

     當然通過雙波長比較，還能排除非接觸距離內(nèi)(指發(fā)熱體與測溫儀輻射波接收端之間)灰塵、煙霧和蒸氣等衰減物造成的誤差，因為這些干擾將使A和B放大或縮小的倍數(shù)相等，所以它們相比較時值不變，因此理論上沒有問題。然而用電子的方法實現(xiàn)雙波長比較，其成本大幅度提高，調(diào)整也十分麻煩，盡管電子器件日新月異，但目前還不能有效地解決這一問題。若要采用三波長、四波長的光強比較，則更加復雜困難。此外還有信號處理電路本身引起的干擾。比如共模電壓、共地電流、電源波動、環(huán)境溫度等導致測溫儀分辯率、精度、可靠性和穩(wěn)定性降低。

     因此要實現(xiàn)數(shù)字化，首先要排除內(nèi)外干擾，否則數(shù)字信號的域值范圍不可能穩(wěn)定。而光學創(chuàng)新型測溫儀是采用光纖做成一個光學模擬除法器接觸代替電子芯片做成的模擬除法器。

 3．創(chuàng)新的特征

   2001年我在美國的公司中推出了光學創(chuàng)新型測溫儀，并申請了美國專利“US6.357.918BI(03/19/2002)”，又相繼發(fā)明了光學多參數(shù)比較器，即把一路光信號分成兩路或更多路，然后自身相比較，輸出光信號。還發(fā)明了光場變換器，可以將難以處理的弱信號轉(zhuǎn)換成較容易處理的強信號；光電差動放大器，光學濾波、隔離、穩(wěn)模等光學器件代替了需要多個電子芯片才能完成的功能，使測溫儀的性價比得到了很大提高。這些光學創(chuàng)新型器件為光纖傳感中的光學數(shù)字化奠定了良好的基礎(chǔ)。因此它的特征可歸納為兩條：一條是采用光纖傳感器獲取溫度信息；另一條是采用光學信息處理技術(shù)與電子信息處理技術(shù)相結(jié)合的方法制作信號處理電路，最后輸出不失真的溫度信號。

 4．結(jié)語

     實踐證明，采用光纖光學的方法，對于外部光纖型的測溫儀可以將信號處理單元放置在任何一個位置，對于內(nèi)部光纖型的測溫儀，或光纖傳感頭部在一定距離范圍內(nèi)對準同一點溫度，其輸出值不變，即與距離無關(guān)。

     選擇帶有光學多參數(shù)比較器的光學創(chuàng)新型測溫儀，能安全可靠地在惡劣環(huán)境下工作。選擇帶有場變換器的光學創(chuàng)新型測溫儀，可在弱信號或低溫測量中實現(xiàn)高精度檢測�？梢愿鶕�(jù)用戶需要做成對微小光斑測定和量級的高速響應，既可實現(xiàn)非接觸式測溫又可實現(xiàn)接觸式測溫。