[发明专利]半导体反射型光纤温度传感器及其传感装置

说明书

技术领域

本发明涉及温度传感技术领域，尤其涉及一种半导体反射型光纤温度传感器 及其传感装置。

背景技术

从以往多数对半导体吸收型光纤温度传感器的改进和设计来看，几乎所有的 方案均采用了GaAs敏感材料、850nm光源和多模光纤的类似结构。这种结构主 要存在两方面的问题：

1、原理方面

为了获得大的线性测温范围，就需要选用光谱更宽的光源，在850nm波段非 常困难。同时，随着温度的升高，GaAs的光谱透射率逐渐减小。在高温部分透 射率的变化幅度变小，灵敏度迅速下降。因此，传感器的测温范围的扩大和灵敏 度的提高相冲突，最后使得在一定测温范围内的测量精度不高。

2、工艺结构方面

透射式吸收型传感传感器两端都接有光纤，导致在狭小空间内不便于安置。 但是又由于透射式吸收型测量原理的需要，传感器的结构和体积难以进一步缩小 和改进。

发明内容

本发明的目的就在于克服现有技术存在的缺点和不足，提供一种不受工作波 长限制的半导体反射型光纤温度传感器及其传感装置。

本发明的目的是这样实现的：

在保障测量范围和精度的前提下，利用半导体的热光效应，通过直接探测光 信号经半导体材料反射后的反射光功率I(T)，计算得到被测温度。

I(T)＝cI₀R

式中，I₀为输入光功率，c为耦合系数，R为半导体材料的反射系数。

经过光电探测器后，再通过放大、滤波，最后经A/D转换后，输入微处理机 计算并显示被测温度。

一、半导体反射型光纤温度传感器(简称传感器)

本传感器包括固定套管、保护套管、顶紧插件、半导体晶片、准直套管和传 导光纤；

在保护套管内设置有固定套管，在固定套管的首端，传导光纤和准直套管前 后连接；准直套管、半导体晶片、顶紧插件和固定套管的尾端依次连接。

二、半导体反射型光纤温度传感装置(简称传感装置)

本装置是一种基于本传感器的温度传感装置，包括传感器、分路器、光源、 PIN光电二极管、后续处理电路和微处理器；

光源的输出端与分路器的输入端连接；分路器的输出端分别与传感器和PIN 光电二极管连接；

PIN光电二极管、后续处理电路和微处理器依次连接。

与半导体吸收型光纤温度传感器相比，本发明具有下列优点和积极效果：

1、结构更简单，传感器更小更方便安装，适用范围更广；

2、成本更低廉，对光源波长没有特殊要求

3、系统易于补偿，测温分辨率高。

附图说明

图1是半导体反射型光纤温度传感器的结构示意图；

图2是半导体反射型光纤温度传感装置的结构方框图。

其中：

10-传感器，

11-固定套管，12-保护套管，13-顶紧插件，

14-半导体晶片，15-准直套管，16-传导光纤；

20-分路器；

30-光源；

40-PIN光电二极管。

50-后续处理电路；

60-微处理器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明：

一、传感器

1、总体

如图1，本传感器10包括固定套管11、保护套管12、顶紧插件13、半导体 晶片14、准直套管15和传导光纤16；

在保护套管12内设置有固定套管11，在固定套管11的首端，传导光纤16 和准直套管15前后连接；准直套管15、半导体晶片14、顶紧插件13和固定套 管11的尾端依次连接。

其工作原理是：

由于热光效应，半导体材料的折射率会随着温度的变化而发生变化，表现出 一定的相关性。根据菲涅尔公式，物质对入射光的反射系数由入射面两侧物质的 折射率决定。而空气的折射率可以看作常数。因此，通过测量反射光的功率的变 换量，可以推算出半导体晶片的折射率变化量，再由热光效应，计算出温度的变 化，从而达到测量温度的目的。

2、功能块

1、固定套管11