[发明专利]温度传感器、温度测量方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种温度传感器、温度测量方法及装置，属于测量技术领域。

背景技术

温度是物质的一个重要状态参数，其测量和控制对于人们的日常生活、工业生产以及科学研究等各个领域都有着十分重要的意义，因此，温度传感器也一直被人们广为关注。经过不断的研究和市场开发，温度传感器在测量范围和测量精度等方面的性能都在不断提升，其应用也已经从生活和一般工业生产领域扩展到了冶金、材料、航空航天和武器试验等测量环境复杂的特种应用领域。

目前，虽然温度传感器种类繁多，但常用的温度测量方法都存在一定的局限性，不能很好的适用于大量程和恶劣环境下的温度测量需求。现有的每一种温度传感器都有各自的优势、适用范围和局限性，针对具体的温度测量需求，必须综合考虑温度测量范围、精度、响应时间、尺寸、持续工作时间等相关要求和使用环境等因素，最终选取一种相对合适的测量方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种温度传感器、温度测量方法及装置，可实现大量程的温度传感、测量。

本发明采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种温度传感器，所述温度传感器为非线性光学晶体。

一种温度测量方法，利用非线性光学晶体作为温度传感器实现温度测量，具体如下：在待测温度下利用所述非线性光学晶体进行准相位匹配的光频率转换，得到待测温度下所述非线性光学晶体的准相位匹配周期Λ(T)；然后根据下式计算得到待测温度T：

Λ(T)＝Λ(T₀)[1+α·(T-T₀)+β·(T-T₀)²]，

式中，Λ(T₀)为参考温度T₀下所述非线性光学晶体的准相位匹配周期，α、β为所述非线性光学晶体的热膨胀系数。

一种温度测量装置，包括频率可调的光源、非线性光学晶体、光电检测单元、控制和计算单元；所述光源用于向所述非线性光学晶体发射入射光；所述光电检测单元用于接收通过所述非线性光学晶体并被光频率转换后的光信号，并将所述光信号转换为电信号传输给控制和计算单元；所述控制和计算单元用于通过控制所述光源的输出频率实现所述非线性光学晶体的准相位匹配，并根据当前的准相位匹配周期Λ(T)，利用下式计算得到所述非线性光学晶体的环境温度T：

Λ(T)＝Λ(T₀)[1+α·(T-T₀)+β·(T-T₀)²]，

式中，Λ(T₀)为参考温度T₀下所述非线性光学晶体的准相位匹配周期，α、β为所述非线性光学晶体的热膨胀系数。

相比现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明首次提出利用非线性光学晶体作为温度传感器，利用非线性光学晶体的准相位匹配周期与环境温度之间的关系进行温度测量，为温度测量技术指出了一条新的路径；

本发明适用的温度测量范围取决于非线性光学晶体的熔点，得益于非线性光学晶体的高熔点，本发明可实现大量程的温度测量。

附图说明

图1为本发明温度测量装置一个具体实施例的结构示意图；其中，1为光源，2为非线性光学晶体，3为带通滤波片，4为光电探测器，5为数据采集卡，6为计算机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：

本发明的思路是以非线性光学晶体作为温度传感器，利用非线性光学晶体的准相位匹配周期与环境温度之间的关系进行温度测量。为了便于公众理解，在对本发明技术方案进行详细说明前，首先对非线性光学晶体的相关知识进行简要介绍。

非线性光学晶体是具有频率转换效应、电光效应和光折变效应等一类晶体的统称，非线性光学和相关学科的发展在很大程度上得益于非线性光学晶体的出现和应用。特别在频率转换方面起着越来越重要的作用，广泛应用于倍频、差频、和频及光学参量振荡等非线性频率转换技术中。在非线性频率转换过程中，为了有效的进行频率转换，提高频率转化效率，需进行相位匹配。对周期极化的非线性光学晶体进行准相位匹配是目前最常用的的相位匹配技术。准相位匹配(QPM)技术是通过调节晶体的极化周期来补偿由于折射率色散而产生的波矢失配，能够最大限度地利用非线性晶体的有效非线性系数，而晶体的极化周期主要受入射光波长和晶体温度的影响。当晶体的温度为定值时，可以通过改变入射光的波长来满足准相位匹配条件，从而使频率转换达到最佳的转换效率。