雙光路半導(dǎo)體吸收型光纖溫度傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種雙光路半導(dǎo)體吸收型光纖溫度傳感器，包括穩(wěn)壓電源、發(fā)光管、光開關(guān)、控制電路、單片機、溫度探頭、FET組件和低通濾波器，所述發(fā)光管的電源輸入端與穩(wěn)壓電源的輸出端連接，所述發(fā)光管的信號輸出端與所述光開關(guān)串聯(lián)后與所述溫度探頭的輸入端連接，所述溫度探頭的輸出端依次連接所述FET組件和所述低通濾波器后與所述單片機的信號輸入端連接；所述光開關(guān)還通過所述控制電路與所述單片機的控制輸入端連接；所述發(fā)光管包括相互并聯(lián)連接的AlGaAs發(fā)光管和InGaAsP發(fā)光管。本發(fā)明通過對兩個光源的信號對比計算得到實際檢測溫度，其測量精度高可達0.01℃，適合超長距離和惡劣環(huán)境中的應(yīng)用。
【專利說明】雙光路半導(dǎo)體吸收型光纖溫度傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光纖溫度傳感器，尤其涉及一種包括兩個發(fā)光管的高精度雙光路半導(dǎo)體吸收型光纖溫度傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]溫度傳感器應(yīng)用非常廣泛，用于實現(xiàn)對產(chǎn)品或環(huán)境的溫度監(jiān)控。現(xiàn)在的溫度傳感器種類繁多，比如包括熱電阻溫度傳感器、熱電偶溫度傳感器、雙金屬溫度傳感器、紅外溫度傳感器等，這些溫度傳感器根據(jù)其各自不同的性能應(yīng)用于不同的行業(yè)之中，與我們的生活、工作息息相關(guān)。從技術(shù)先進性的角度出發(fā)，近年來采用光纖作為通路、采用光信號作為信號傳輸載體的溫度傳感器越來越受到重視，這一類溫度傳感器被統(tǒng)稱為光纖溫度傳感器。
[0003]現(xiàn)有的光纖溫度傳感器，雖然采用了光纖作為信號傳輸?shù)耐?，但溫度傳感探頭還是采用傳統(tǒng)的溫度探頭，比如鉬電阻、銅電阻探頭等，其測量精度很難提高，在某些比較惡劣的環(huán)境中應(yīng)用時，其穩(wěn)定性也不夠高；另外，一般采用單個發(fā)光管作為光源，在計算中沒有參照光源，也不能進行比較運算，同樣導(dǎo)致精度降低。所以現(xiàn)有的光纖溫度傳感器已經(jīng)難以適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)社會的高精度、高穩(wěn)定性要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的就在于為了解決上述問題而提供一種包括兩個發(fā)光管的高精度雙光路半導(dǎo)體吸收型光纖溫度傳感器。
[0005]本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)上述目的:
本發(fā)明包括穩(wěn)壓電源、發(fā)光管、光開關(guān)、控制電路、單片機、溫度探頭、FET組件和低通濾波器，所述發(fā)光管的電源輸入端與穩(wěn)壓電源的輸出端連接，所述發(fā)光管的信號輸出端與所述光開關(guān)串聯(lián)后與所述溫度探頭的輸入端連接，所述溫度探頭的輸出端依次連接所述FET組件和所述低通濾波器后與所述單片機的信號輸入端連接；所述光開關(guān)還通過所述控制電路與所述單片機的控制輸入端連接；所述發(fā)光管包括相互并聯(lián)連接的AlGaAs發(fā)光管和InGaAsP發(fā)光管。
[0006]AlGaAs和InGaAsP都是在化合物砷化鎵GaAs的基礎(chǔ)上添加其它元素而形成的物質(zhì)，前者增加了鋁，可讀為砷化鋁鎵，后者增加了銦和磷，可讀為磷砷化銦鎵，對應(yīng)地，AlGaAs發(fā)光管和InGaAsP發(fā)光管具有各自獨特的發(fā)光特性。本發(fā)明以AlGaAs光源為信號光源，以InGaAsP為參考光源。
[0007]工作時，由發(fā)光管穩(wěn)壓電源驅(qū)動AlGaAs、InGaAsP兩發(fā)光管發(fā)光，控制電路控制光開關(guān)分時接收來自信號光源AlGaAs與參考光源InGaAsP發(fā)出的光束，探頭對光有吸收作用，透射光強與溫度有關(guān)。首先是讓測量光通過，然后是參考光通過，經(jīng)過的路徑和前面完全一樣，只是由于探頭中的材料對它來說是完全透明的。兩光束通過光纖傳輸后經(jīng)FET(場效應(yīng)晶體管)組件中的光電二極管把參考光束和信號光束轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺?jīng)前置放大、濾波后，通過A/ D接口到單片機，經(jīng)除法運算和數(shù)據(jù)處理后輸出顯示。
[0008]最為最佳方案，所述溫度探頭包括GaAs晶片、套管和插芯，所述插芯置于所述套管內(nèi)，所述GaAs晶片的兩個側(cè)面分別與輸入光纖和輸出光纖連接,所述輸入光纖和所述輸出光纖均置于所述插芯內(nèi)，所述GaAs晶片置于所述插芯的中部并與所述插芯相互垂直。GaAs即砷化鎵，是II1- V族元素化合的化合物，是黑灰色固體，其熔點是12381:;它在6001:以下，能在空氣中穩(wěn)定存在，并且不為非氧化性的酸侵蝕；砷化鎵可作半導(dǎo)體材料，其電子遷移率高、介電常數(shù)小，能引入深能級雜質(zhì)、電子有效質(zhì)量小，能帶結(jié)構(gòu)特殊；用砷化鎵材料做成的砷化鎵敏感探頭對近紅外光的吸收波峰值隨溫度變化而變化，從而引起透射率隨溫度變化而變化，所以更夠準(zhǔn)確地檢測到溫度及溫度變化的信號。
[0009]具體地，所述GaAs晶片的兩個側(cè)面分別與所述插芯粘結(jié)連接，這樣能盡可能避免其它連接方式如螺絲連接所帶來的破壞或?qū)Ω袘?yīng)信號及傳輸造成影響。
[0010]進一步，所述GaAs晶片的兩面拋光后鍍有增透膜，使其光透性更好。
[0011]所述插芯為陶瓷插芯；所述套管為陶瓷套管。陶瓷材料既能保證穩(wěn)定性要求，又不會對信號感應(yīng)和信號傳輸造成任何影響，同時具備牢固粘結(jié)的性能。
[0012]本發(fā)明的有益效果在于:
本發(fā)明利用砷化鎵溫度探頭能夠準(zhǔn)確地感應(yīng)溫度信號的特性，以兩個光源為介質(zhì)，將溫度信號轉(zhuǎn)化為電信號，并經(jīng)過對比計算得到實際檢測溫度，從而實現(xiàn)高精度檢測溫度的目的，其測量精度可達0.0re，并具有良好的穩(wěn)定性、重復(fù)性，尤其適合超長距離和惡劣環(huán)境中的應(yīng)用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)框圖；
圖2是本發(fā)明中溫度探頭的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明:
如圖1所示，本發(fā)明包括穩(wěn)壓電源、發(fā)光管、光開關(guān)、控制電路、單片機、溫度探頭、FET組件和低通濾波器，所述發(fā)光管的電源輸入端與穩(wěn)壓電源的輸出端連接，所述發(fā)光管的信號輸出端與所述光開關(guān)串聯(lián)后與所述溫度探頭的輸入端連接，所述溫度探頭的輸出端依次連接所述FET組件和所述低通濾波器后與所述單片機的信號輸入端連接；所述光開關(guān)還通過所述控制電路與所述單片機的控制輸入端連接；所述發(fā)光管包括相互并聯(lián)連接的AlGaAs發(fā)光管和InGaAsP發(fā)光管。
[0015]如圖2所示，溫度探頭包括GaAs晶片2、套管3和插芯4，插芯4置于套管3內(nèi)，GaAs晶片2的兩個側(cè)面分別與輸入光纖I和輸出光纖5連接,輸入光纖I和輸出光纖5均置于插芯4內(nèi)，GaAs晶片2置于插芯4的中部并與插芯4相互垂直；GaAs晶片2的兩個側(cè)面分別與插芯4粘結(jié)連接；
如圖2所示，GaAs晶片3的兩面拋光后鍍有增透膜，使其光透性更好；插芯4為陶瓷插芯；套管3為陶瓷套管。陶瓷材料既能保證穩(wěn)定性要求，又不會對信號感應(yīng)和信號傳輸造成任何影響，同時具備牢固粘結(jié)的性能。[0016]AlGaAs和InGaAsP都是在化合物砷化鎵GaAs的基礎(chǔ)上添加其它元素而形成的物質(zhì)，前者增加了鋁，可讀為砷化鋁鎵，后者增加了銦和磷，可讀為磷砷化銦鎵，對應(yīng)地，AlGaAs發(fā)光管和InGaAsP發(fā)光管具有各自獨特的發(fā)光特性。本發(fā)明。
[0017]結(jié)合圖1和圖2，工作時，以AlGaAs光源為信號光源，以InGaAsP為參考光源；由發(fā)光管穩(wěn)壓電源驅(qū)動AlGaAs、InGaAsP兩發(fā)光管發(fā)光,控制電路控制光開關(guān)分時接收來自信號光源AlGaAs與參考光源InGaAsP發(fā)出的光束，探頭中的GaAs晶片3對光有吸收作用，透射光強與溫度有關(guān)。首先是讓測量光通過，然后是參考光通過，經(jīng)過的路徑和前面完全一樣，只是由于探頭中的材料對它來說是完全透明的。兩光束通過輸出光纖5傳輸后經(jīng)FET(場效應(yīng)晶體管)組件中的光電二極管把參考光束和信號光束轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，?jīng)前置放大、濾波后，通過A/ D接口到單片機，經(jīng)除法運算和數(shù)據(jù)處理后輸出顯示。
【權(quán)利要求】
1.一種雙光路半導(dǎo)體吸收型光纖溫度傳感器，其特征在于:包括穩(wěn)壓電源、發(fā)光管、光開關(guān)、控制電路、單片機、溫度探頭、FET組件和低通濾波器，所述發(fā)光管的電源輸入端與穩(wěn)壓電源的輸出端連接，所述發(fā)光管的信號輸出端與所述光開關(guān)串聯(lián)后與所述溫度探頭的輸入端連接，所述溫度探頭的輸出端依次連接所述FET組件和所述低通濾波器后與所述單片機的信號輸入端連接；所述光開關(guān)還通過所述控制電路與所述單片機的控制輸入端連接；所述發(fā)光管包括相互并聯(lián)連接的AlGaAs發(fā)光管和InGaAsP發(fā)光管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙光路半導(dǎo)體吸收型光纖溫度傳感器，其特征在于:所述溫度探頭包括GaAs晶片、套管和插芯，所述插芯置于所述套管內(nèi)，所述GaAs晶片的兩個側(cè)面分別與輸入光纖和輸出光纖連接，所述輸入光纖和所述輸出光纖均置于所述插芯內(nèi)，所述GaAs晶片置于所述插芯的中部并與所述插芯相互垂直。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的單光路半導(dǎo)體吸收型光纖溫度傳感器，其特征在于:所述GaAs晶片的兩個側(cè)面分別與所述插芯粘結(jié)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的單光路半導(dǎo)體吸收型光纖溫度傳感器，其特征在于:所述GaAs晶片的兩面拋光后鍍有增透膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的單光路半導(dǎo)體吸收型光纖溫度傳感器，其特征在于:所述插芯為陶瓷插芯。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的單光路半導(dǎo)體吸收型光纖溫度傳感器，其特征在于:所述套管為陶瓷套管。
【文檔編號】G01K11/32GK103542957SQ201210245071
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2012年7月16日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月16日
【發(fā)明者】肖智寬, 于曉暉, 胡正東 申請人:成都酷玩網(wǎng)絡(luò)科技有限公司