專利名稱：光纖溫度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種由直流電源、可直接與光纖耦合的光源、光纖耦合器、半導(dǎo)體砷化鎵測溫探頭、光柵分光系統(tǒng)、CCD光電探測器、圖像采集卡、信號處理及顯示系統(tǒng)組成的基于光波長檢測的光纖溫度傳感器。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在已有的光纖溫度傳感器，是屬于測溫探頭為透射式結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度調(diào)制型光纖溫度傳感器，為了使光強(qiáng)度調(diào)制型光纖溫度傳感器能夠長期穩(wěn)定地工作，必須采用適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償措施以克服各種外界因素諸如光源發(fā)光功率、光纖損耗以及光電探測器響應(yīng)度變化對測量造成的不利影響。為了解決外界因素對其測量精度的影響，一般采用雙波長補(bǔ)償是一種常用的補(bǔ)償方法，其基本思想是用峰值波長不同的兩個(gè)光源，一個(gè)光源發(fā)出的光譜不在半導(dǎo)體測溫探頭的吸收范圍內(nèi)，另一光源發(fā)出的光譜在半導(dǎo)體測溫探頭的吸收范圍內(nèi)，將兩個(gè)光源發(fā)出的光通過一光纖耦合器耦合進(jìn)入同一根光纖，然后通過半導(dǎo)體測溫探頭后的兩束光再耦合進(jìn)入另一光纖耦合器，最后再用濾波片把兩束光分開，分別進(jìn)入兩個(gè)光電探測器，這樣通過兩信號的比較來消除光纖損耗及光源發(fā)光功率對測量的影響，達(dá)到補(bǔ)償?shù)哪康?，這種雙波長光纖溫度傳感器的補(bǔ)償方法不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且不能對各種主要外界擾動全部進(jìn)行補(bǔ)償，因此無法滿足高精度測量的要求。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本實(shí)用新型的目的旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、抗干擾能力強(qiáng)、測量精度高的基于光波長檢測的光纖溫度傳感器。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的。
一種光纖溫度傳感器，包括直流電源、可直接與光纖耦合的光源、光纖耦合器、半導(dǎo)體砷化鎵測溫探頭、光柵分光系統(tǒng)、CCD光電探測器、圖像采集卡、信號處理及顯示系統(tǒng)，所述光源的輸入端與直流電源相連接，光源的輸出端與光纖耦合器的輸入端相連接，光纖耦合器有兩輸出端，其一輸出端與半導(dǎo)體砷化鎵測溫探頭相連接，另一輸出端與光柵分光系統(tǒng)的輸入端相連接，光柵分光系統(tǒng)的輸出端與CCD光電探測器輸入端相連接，CCD光電探測器的輸出端與圖像采集卡的輸入端相連接，圖像采集卡的輸出端與信號處理及顯示系統(tǒng)相連接。
上述技術(shù)方案還可作下述進(jìn)一步完善。
所述的直流電源為1.5-6V。
所述光源為發(fā)光峰值波長為0.83μm的鋁砷化鎵材料的光電二極管，該發(fā)光二極管具有光源體積小、耗電少，同時(shí)光源發(fā)出的光易于與光纖耦合等特點(diǎn)。
所述光纖耦合器為耦合比為50/50的1×2樹型全光纖熔融拉錐耦合器，該耦合器具有低的附加損耗，目前全光纖型熔融拉錐型光纖耦合器的附加損耗已可低于0.05dB，方向性好，它方向性指標(biāo)一般都超過60dB，保證了傳輸信號的定向性，并極大地減少了線路之間的竄擾；環(huán)境穩(wěn)定性好，這種耦合器的光路結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，經(jīng)過適當(dāng)保護(hù)后，受環(huán)境條件的影響可以限制到很小的程度，在-40℃～85℃的溫度范圍內(nèi)，該類耦合器均可保證穩(wěn)定的工作特性。
所述半導(dǎo)體砷化鎵測溫探頭為反射式結(jié)構(gòu)，它包括不銹鋼套管，設(shè)在不銹鋼套管內(nèi)的光纖尾纖、兩端鍍有增透膜的GaAs半導(dǎo)體材料和平面反射鏡，從光纖耦合器輸出的光信號通過光纖尾纖進(jìn)入半導(dǎo)體砷化鎵測溫探頭，通過兩端鍍有增透膜的GaAs半導(dǎo)體材料，射在平面反射鏡上，再通過平面反射鏡反射再次進(jìn)入GaAs半導(dǎo)體材料，最后通過光纖尾纖進(jìn)入光纖耦合器，再從光纖耦合器另一端輸出進(jìn)入光柵分光系統(tǒng)進(jìn)行分光。半導(dǎo)體砷化鎵測溫探頭的GaAs材料選用透光率大于40％的本征半導(dǎo)體砷化鎵，砷化鎵材料的厚度為120μm，且砷化鎵的兩端面拋光并鍍有增透膜，以減小光發(fā)散損耗。
所述光柵分光系統(tǒng)包括與光纖耦合器的一輸出端相連的輸入光纖、起準(zhǔn)直和聚焦作用的平凸形式的凸透鏡和平面衍射光柵，從光纖耦合器最后輸出的光信號通過輸入光纖穿過凸透鏡準(zhǔn)直為平行光后入射在平面衍射光柵上進(jìn)行分光，經(jīng)過平面衍射光柵分光后的光信號再由平面衍射光柵反射進(jìn)入凸透鏡，最后經(jīng)過凸透鏡聚焦在其焦平面上的CCD光電探測器的感光位置進(jìn)行光譜檢測。
所述的CCD光電探測器為線陣CCD光電探測器。
本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單合理，測量精度高、抗干擾能力強(qiáng)和工作穩(wěn)定性好，能夠用于高壓、易然易爆及腐蝕性強(qiáng)等各種環(huán)境中對溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，基于光波長檢測的光纖溫度傳感器。


附圖1是基于波長檢測的光纖溫度傳感器的原理示意框圖；附圖2是半導(dǎo)體測溫探頭的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖3是光柵分光系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳述。
實(shí)施例，結(jié)合圖1至圖3，一種光纖溫度傳感器，包括3V直流電源1。由發(fā)光峰值波長為0.83μm的鋁砷化鎵材料的光電二極管發(fā)出的光源2。耦合比為50/50的1×2樹型全光纖熔融拉錐光纖耦合器3。反射式半導(dǎo)體砷化鎵測溫探頭4，它包括不銹鋼套管41，設(shè)在不銹鋼套管41內(nèi)的光纖尾纖42、兩端鍍有增透膜的GaAs半導(dǎo)體材料43和平面反射鏡44。光柵分光系統(tǒng)5，它包括輸入光纖51、起準(zhǔn)直和聚焦作用的平凸形式的凸透鏡52和平面衍射光柵53。線陣CCD光電探測器6。圖象采集卡7。信號處理及顯示系統(tǒng)8。
所述光源2的輸入端與直流電源1相連接，光源2的輸出端與光纖耦合器3的輸入端相連接，從光纖耦合器3輸出的光信號通過光纖尾纖42進(jìn)入半導(dǎo)體砷化鎵測溫探頭4，再通過兩端鍍有增透膜的GaAs半導(dǎo)體材料43，射在平面反射鏡44上，再通過平面反射鏡44反射再次進(jìn)入GaAs半導(dǎo)體材料43，最后通過光纖尾纖42進(jìn)入光纖耦合器3，再從光纖耦合器3另一端輸出進(jìn)入光柵分光系統(tǒng)5進(jìn)行分光。
光信號通過輸入光纖51穿過凸透鏡52準(zhǔn)直為平行光后入射在平面衍射光柵53上進(jìn)行分光，經(jīng)過平面衍射光柵53分光后的光信號再由平面衍射光柵53反射進(jìn)入凸透鏡52，最后經(jīng)過凸透鏡52聚焦在其焦平面上的CCD光電探測器6的感光位置進(jìn)行光譜檢測。
CCD光電探測器6的輸出端與圖像采集卡7的輸入端相連接，圖像采集卡7的輸出端與信號處理及顯示系統(tǒng)8的相連接。通過圖像采集卡把未加測溫探頭前的光源的光譜分布圖象采集存入到計(jì)算機(jī)內(nèi)，算出其光譜分布曲線；當(dāng)加上測溫探頭后在每一溫度點(diǎn)通過圖像采集卡采集一組光譜分布圖象數(shù)據(jù)進(jìn)入計(jì)算機(jī)，算出其光譜分布曲線，用計(jì)算機(jī)里保存的未加測溫探頭的原始光譜分布曲線與每一溫度點(diǎn)的光譜分布曲線相比，便可得出在該溫度點(diǎn)半導(dǎo)體測溫探頭的透過率曲線，在對該透過率曲線進(jìn)行微分處理算出透過率曲線轉(zhuǎn)折點(diǎn)的波長λT，最后根據(jù)λT與溫度T的對應(yīng)轉(zhuǎn)換關(guān)系計(jì)算出溫度T并進(jìn)行顯示。
權(quán)利要求1.一種光纖溫度傳感器，包括直流電源、可直接與光纖耦合的光源、光纖耦合器、半導(dǎo)體砷化鎵測溫探頭、光柵分光系統(tǒng)、CCD光電探測器、圖像采集卡、信號處理及顯示系統(tǒng)，其特征是所述光源的輸入端與直流電源相連接，光源的輸出端與光纖耦合器的輸入端相連接，光纖耦合器有兩輸出端，其一輸出端與半導(dǎo)體砷化鎵測溫探頭相連接，另一輸出端與光柵分光系統(tǒng)的輸入端相連接，光柵分光系統(tǒng)的輸出端與CCD光電探測器輸入端相連接，CCD光電探測器的輸出端與圖像采集卡的輸入端相連接，圖像采集卡的輸出端與信號處理及顯示系統(tǒng)的相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖溫度傳感器，其特征是所述直流電源為1.5-6V。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖溫度傳感器，其特征是所述光源為發(fā)光峰值波長為0.83μm的鋁砷化鎵材料的光電二極管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖溫度傳感器，其特征是所述光纖耦合器為耦合比為50/50的1×2樹型全光纖熔融拉錐耦合器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖溫度傳感器，其特征是所述半導(dǎo)體砷化鎵測溫探頭為反射式結(jié)構(gòu)，它包括不銹鋼套管，及設(shè)在不銹鋼套管內(nèi)的與光纖耦合器的一輸出端相連接的光纖尾纖、兩端鍍有增透膜的GaAs半導(dǎo)體材料和平面反射鏡。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖溫度傳感器，其特征是所述光柵分光系統(tǒng)包括與光纖耦合器一輸出端相連的輸入光纖、起準(zhǔn)直和聚焦作用的凸透鏡和平面衍射光柵。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光纖溫度傳感器，其特征是所述凸透鏡為平凸形式的凸透鏡。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖溫度傳感器，其特征是所述的CCD光電探測器為線陣CCD光電探測器。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種基于光波長檢測的光纖溫度傳感器。它包括直流電源、光源、光纖耦合器、半導(dǎo)體砷化鎵測溫探頭、光柵分光系統(tǒng)、CCD光電探測器、圖像采集卡、信號處理及顯示系統(tǒng)，光源的輸入端與直流電源相連接，光源的輸出端與光纖耦合器的輸入端相連接，光纖耦合器的一輸出端與半導(dǎo)體砷化鎵測溫探頭相連接，其另一輸出端與光柵分光系統(tǒng)的輸入端相連接，光柵分光系統(tǒng)的輸出端與CCD光電探測器輸入端相連接，CCD光電探測器的輸出端與圖像采集卡的輸入端相連接，圖像采集卡的輸出端與信號處理及顯示系統(tǒng)相連接。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單合理，測量精度高、抗干擾能力強(qiáng)和工作穩(wěn)定性好，可用于高壓、易然易爆及腐蝕性強(qiáng)等各種環(huán)境。
文檔編號G01K11/00GK2583650SQ0224970
公開日2003年10月29日 申請日期2002年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月20日
發(fā)明者蔡定國, 楊祥江, 高興國 申請人:順德特種變壓器廠