[发明专利]一种荧光光纤测温提高精度、灵敏度的装置与方法

说明书

本发明属于温度传感器技术领域,涉及一种荧光光纤测温提高精度、灵敏度的装置与方法，包括：降低噪声电路，降低噪声电路包括：光电二极管ip、电阻RD、反馈电阻Rf、电容CD、Cin、Cs、放大器输入电流噪声Ei、放大器输入电压噪声Eu、反馈电阻噪声Er、运算放大器，从而使的测温精度由原来的±1℃提高到了±0.15℃；本发明对荧光衰减曲线上采集到的数据进行分段处理，计算自然对数和最小二乘法的数目大幅减少，提高了温度测量数据刷新率，同时为了提升计算速度，测温灵敏度达到30Hz，因此本发明具有更高的测量精度和更好的测量灵敏度。

技术领域

本发明属于温度传感器技术领域，涉及一种荧光光纤测温提高精度、灵敏度的装置与方法。

背景技术

荧光式光纤温度传感器的核心技术在于其荧光物质和相应的模拟算法。该技术原理及产品结构非常简单，测温荧光体是经过1200度高温煅烧而成，具有极长的寿命和稳定可靠的工作特性，非常适合于大规模工业化批量生产，从而迅速实现工业领域的广泛应用。荧光光纤温度传感器是由多模光纤和在其顶部安装的荧光物体(膜)组成。荧光物质在受到一定波长(受激谱)的光激励后，受激辐射出荧光能量。激励撤消后，荧光余晖的持续性取决于荧光物质特性、环境温度等因素。这种受激发荧光通常是按指数方式衰减的，称衰减的时间常数为荧光寿命或荧光余晖时间。在不同的环境温度下，荧光余晖衰减也不同。因此通过测量荧光余晖寿命的长短，就可以得知当时的环境温度。在强电磁场下，用常规温度传感器(如热电偶、热电阻等)测量时，金属材料制作的测量探头及导线在高频电磁场下产生感应电流，由于集肤效应和涡流效应，使其自身温度升高，对温度测量造成严重干扰，使温度示值产生很大误差或者无法进行稳定的温度测量。荧光光纤温度传感技术目前已经成熟，已经实现大规模工业化生产及应用，成本快速下降，其在强电磁场环境测量领域优势明显。

光刻机作为集成电路制造过程中的核心设备,其发展状况一定程度上决定集成电路的发展程度,研发出更高光刻分辨率、更高产率、更精密套刻精度的光刻机一直是世界各国微电子装备行业不断追求的目标。光刻机性能的不断提高,是由软件、控制、曝光、工件台、微环境等十多个分系统的共同发展所决定的,其中对光刻机内部和投影物镜温度的控制就是其中一项非常重要的需求指标,精密温度控制装置就是用来控制光刻机这项重要指标的设备。而光刻机工作环境下，温度稳定是保证整机系统精度的关键条件，而高精度的温度测量是控制温度稳定的前提，与稳定性有直接的关系。

然而，现有的光刻机测温中，对测温精度和灵敏度要求较高，传统的荧光光纤温度传感器±1℃的测温精度，1Hz的灵敏度已经不能满足要求。因此，需要一种测量精度更高、灵敏度更好的温度测量装置，来解决这一问题。

发明内容

本发明解决技术问题所采取的技术方案是：一种荧光光纤测温提高精度、灵敏度的装置，包括：降低噪声电路，降低噪声电路包括：光电二极管ip、电阻RD、反馈电阻Rf、电容CD、Cin、Cs、放大器输入电流噪声Ei、放大器输入电压噪声Eu、反馈电阻噪声Er、运算放大器，降低噪声电路的连接方式为：光电二极管ip的负极接地，光电二极管ip的正极连接至反馈电阻Rf的一端，反馈电阻Rf的另一端连接至反馈电阻噪声Er的正极，反馈电阻噪声Er的负极连接至运算放大器的输出端，电阻RD一端接地另一端连接至光电二极管ip的正极，电容CD一端接地另一端连接至光电二极管ip的正极，电容Cin一端接地另一端连接至光电二极管ip的正极，放大器输入电流噪声Ei的正极连接至光电二极管ip的正极，放大器输入电流噪声Ei的负极连接至运算放大器的反向输入端，放大器输入电压噪声Eu的正极连接至光电二极管ip的正极，放大器输入电压噪声Eu的负极连接至运算放大器的反向输入端，电容Cs的一端连接至光电二极管ip的正极，电容Cs的另一端连接至反馈电阻噪声Er的负极。

优选的，所述运算放大器选用TI的高精度、低偏置的芯片LV797，以完成电流到电压的转换。

优选的，所述光电二极管为内阻大、结电容小的S1084光电二极管，实现光信号转化为电信号。

更优的，所述光电二极管内阻为250MHz，结电容为4.5pF。