專利名稱：半導(dǎo)體吸收式光纖溫度檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于溫度檢測領(lǐng)域，其涉及一種利用光信號強度檢測溫度的裝置。
背景技術(shù)：
在光纖傳感技術(shù)的溫度檢測技術(shù)中，采用半導(dǎo)體材料的調(diào)制光信號強度檢 測溫度是其中的一種，其基本原理是，用峰值波長不同的兩個光源， 一個光源 發(fā)出的光譜不在半導(dǎo)體測溫探頭的吸收范圍內(nèi)，另一個光源發(fā)出的光譜在半導(dǎo) 體測溫探頭的吸收范圍內(nèi)，將兩個光源發(fā)出的光通過一個光纖耦合器耦合進入 同一根光纖里，然后通過半導(dǎo)體測溫探頭后的兩束光再用濾波片分開，分別進 入兩個光電探測器，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，雖然在技術(shù)原理上是可行的，但實際還存在許多影響因素，這些因素 的影響，使得測量精度和穩(wěn)定性難以進一步提高。
上述原理中的半導(dǎo)體感溫探頭是透射式的，而實際采用的是反射式，即兩 束光通過光纖透射進入半導(dǎo)體感溫探頭后，經(jīng)過一個反射鏡被反射，沿原路返 回，透射式的沒有反射鏡，因此不會沿原路返回，然后經(jīng)過光纖耦合器分離。 發(fā)明內(nèi)容
本實用新型在上述的技術(shù)基礎(chǔ)上增加了兩個光源信號強度探測器，這樣在 測量時加入這兩個光源信號的強度值，可以進一步消除許多主要外界因素對檢 測的影響，如光纖損耗、探測器敏感度變化、光源強度、分光器件分光比等。 一種半導(dǎo)體吸收式光纖溫度檢測裝置，其包括參考光源、參考光探測器、 參考光耦合器、測量光源、測量光探測器、測量光耦合器、雙光源耦合器、傳 感耦合器、波分復(fù)用器、參考探測器、檢測探測器、感溫探頭、光源控制和信 號處理單元及顯示及輸出單元，其特征是參考光源與參考光耦合器輸入端相連
接；參考光耦合器的一個輸出端與雙光源耦合器的一輸入端相連接，參考光耦 合器的另一個輸出端與參考光探測器輸入端相連接；測量光源與測量光耦合器 輸入端相連接；測量光耦合器的一個輸出端與雙光源耦合器的另一輸入端柏連接，測量光耦合器的另一個輸出端與測量光探測器輸入端相連接；雙光源耦合
器輸出端與傳感耦合器的一端相連接；傳感耦合器的另一端與感溫探頭相連
接；傳感耦合器的第三端與波分復(fù)用器輸入端相連接；波分復(fù)用器的一輸i端
與參考探測器輸入端相連接，波分復(fù)用器的另一輸出端與檢測探測器輸入端相
連接；參考光源、參考光探測器、測量光源、測量光探測器、檢測探測器、參
考探測器通過電信號直接與光源控制及信號處理單元相連接；光源控制及信號 處理單元與顯示及輸出單元相連接。
本實用新型的有益效果是結(jié)構(gòu)簡單(一個器件代替7個部件)、成本低(通 用光纖通訊器件)、容易實現(xiàn)的光纖溫度測量裝置，提高檢測穩(wěn)定度、適應(yīng)度 和測量精度。通過技術(shù)改造使本溫度檢測裝置的測量精度達到士0.4'C，探測 距離提高30%，穩(wěn)定性也相應(yīng)提高。本發(fā)明對感溫探頭返回兩光束信號的分離 采用的是波分復(fù)用光器件，不是濾波片。通過對兩光源發(fā)出光的信號強度數(shù)據(jù) 和兩波長的光通過感溫探頭后的信號強度數(shù)據(jù)進行計算，可以算出感溫探頭探 測的溫度值，通過計算可以消除光纖損耗、探測器敏感度變化、光源強度、光 路損耗、分光器件對測量值的影響。
本實用新型的具體特點還有，所述參考光源、測量光源、參考光探測器、 檢測光探測器、參考光耦合器、測量光耦合器、雙光源耦合器可以由一個雙激 光器組件替代。所述的兩個波長光源及光源信號探測器采用一個雙激光器組件 (圖2所示)，此光學(xué)器件廣泛應(yīng)用于光纖通訊領(lǐng)域，替代方案中提到的參考 光源、參考光探測器、參考光耦合器、測量光源、測量光探測器、測量光耦合 器、雙光源耦合器七個部件，極大地簡化了裝置的結(jié)構(gòu)，縮小尺寸，并降低了 制造成本。所述的光源控制及信號處理單元分別控制參考光源(1310um激光器) 和測量光源(850um激光器)分時發(fā)出兩個不同波長的光，連續(xù)控制光的強弱。 所述的波分復(fù)用器用一分二光耦合器件替代。所述的參考探測器和檢測探測器 用一個光探測器替代，同樣參考光探測器和測量光探測器用一個寬波長光探測 器(例如700um 1510um)替代。所述感溫探頭是光反射式半導(dǎo)體砷化鎵感 溫探頭，具體包括保護套管，套管內(nèi)的與耦合器相連接的光纖，在所述光纖尾 端攝設(shè)置有一面鍍增透膜，另一面鍍?nèi)瓷淠さ陌雽?dǎo)體砷化鎵薄晶片。對砷化 鎵薄晶片一面鍍增透膜，另一面鍍反射膜，不用兩面鍍增透膜，取消了平面反 射鏡，如此使感溫探頭加工容易、結(jié)構(gòu)簡化，減少光損耗。

圖1為半導(dǎo)體吸收式光纖溫度檢測裝置原理框圖； 圖2為雙波長光源及其探測器原理框圖； 圖3為半導(dǎo)體感溫探頭結(jié)構(gòu)示意框其中包括1、光纖，2、保護套管，3、半導(dǎo)體砷化鎵薄晶片，4、增透膜， 5、全反射膜。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實例詳細說明本實用新型的結(jié)構(gòu)原理。 本實用新型的原理框圖如圖1所示，包括參考光源、參考光探測器、參考 光耦合器、測量光源、測量光探測器、測量光耦合器、雙光源耦合器、傳感耦 合器、波分復(fù)用器、參考探測器、檢測探測器、感溫探頭、光源控制和信號處
理單元及顯示及輸出單元,其特征是參考光源與參考光耦合器輸入端相連接； 參考光耦合器的一個輸出端與雙光源耦合器的一輸入端相連接，參考光耦合器 的另一個輸出端與參考光探測器輸入端相連接；測量光源與測量光耦合器輸入 端相連接；測量光耦合器的一個輸出端與雙光源耦合器的另一輸入端相連接， 測量光耦合器的另一個輸出端與測量光探測器輸入端相連接；雙光源耦合器輸 出端與傳感耦合器的一端相連接；傳感耦合器的另一端與感溫探頭相連接；傳 感耦合器的第三端與波分復(fù)用器輸入端相連接；波分復(fù)用器的一輸出端與參考 探測器輸入端相連接，波分復(fù)用器的另一輸出端與檢測探測器輸入端相連接； 參考光源、參考光探測器、測量光源、測量光探測器、檢測探測器、參考探測 器通過電信號直接與光源控制及信號處理單元相連接；光源控制及信號處理單 元與顯示及輸出單元相連接。
如圖2所示， 一個雙激光器組件，其內(nèi)部有兩個不同波長(850um， 1310um) 的LED光源和對應(yīng)的兩個光電探測器；傳感耦合器，其耦合比為50/50;波分 復(fù)用器；可探測波長為S50um的光電探測器；可探測波長為1310um的光電探 測器。
所述的雙波長光源及其探測器與光源控制及信號處理單元相連接，其連接 有兩套連線， 一個用于光源驅(qū)動控制，另一個用于探測光源信號的強度；雙波 長光源及其探測器的光輸出端與傳感耦合器的輸入端相連接；傳感耦合器的兩 個輸出端， 一個與感溫探頭相連接，將兩光源的光信號送到感溫探頭上，另一 個與檢測耦合器輸入端相連接，將通過感 探頭并反射回來的光信號傳輸?shù)讲?分復(fù)用器的輸入端；波分復(fù)用器的兩個輸出端， 一個與參考探測器相連接，探測返回的參考光信號，另一個與檢測探測器相連接，探測返回的光強調(diào)制信號; 參考探測器和檢測探測器與光源控制及信號處理單元相連接；光源控制及信號 處理單元與顯示及輸出單元相連接，將數(shù)據(jù)處理結(jié)果通過顯示和輸出接口輸 出。
半導(dǎo)體砷化鎵感溫探頭結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示，它包括保護套管2，在套 管2內(nèi)的與耦合器相連接的光纖1的尾端， 一面鍍增透膜4另一面鍍?nèi)瓷淠?5的半導(dǎo)體砷化鎵薄晶片3。
本裝置在檢測過程中，兩不同波長的光源采用分時工作。當測量光源工作 時發(fā)出測量波段波長的光，此測量光一路通過測量光耦合器送到測量光探測器 取得光源信號強度值，另一路經(jīng)測量光耦合器、雙光源耦合器、傳感耦合器并 通過光纖1到感溫探頭的光纖尾端，經(jīng)半導(dǎo)體砷化鎵薄晶片3上的增透膜4的 透射面耦合進入，穿過半導(dǎo)體砷化鎵薄晶片3在背面遇到全反射膜5的反射面 被反射，然后沿原路回到光纖，再通過傳感耦合器、波分復(fù)用器送到檢測探測 器探測出返回測量光信號的值，測量光在通過半導(dǎo)體晶片的過程中被部分的吸 收。當參考光源工作時發(fā)出參考波段波長的光，同樣參考光一路通過參考光耦 合器送到參考光探測器取得光源信號強度值，另一路經(jīng)參考光耦合器、雙光源 耦合器、傳感耦合器并通過感溫探頭返回到參考探測器探測參考光信號的值， 而參考光的波長不在半導(dǎo)體材料吸收的范圍內(nèi)，因此參考光經(jīng)過上述同樣路 徑，不會被吸收。將上述測量光信號的值與參考光信號的值進行比較運算可以 算出檢測的溫度值，同時在比較運算中加進測量光源信號強度值和參考光源信 號強度值進行補償，這樣可以消除光源強度變化、分光器件、探測器、光纖損 耗等因素對溫度值的影響。在檢測過程中實時探測返回參考光源和測量光源的 強弱，控制發(fā)出光的強度可進一步提高檢測裝置的穩(wěn)定性、適用性和測量精度。 最后將計算出的溫度值通過顯示器顯示，并經(jīng)輸出接口輸出。
權(quán)利要求1、一種半導(dǎo)體吸收式光纖溫度檢測裝置，其包括參考光源、參考光探測器、參考光耦合器、測量光源、測量光探測器、測量光耦合器、雙光源耦合器、傳感耦合器、波分復(fù)用器、參考探測器、檢測探測器、感溫探頭、光源控制和信號處理單元及顯示及輸出單元，其特征是參考光源與參考光耦合器輸入端相連接；參考光耦合器的一個輸出端與雙光源耦合器的一輸入端相連接，參考光耦合器的另一個輸出端與參考光探測器輸入端相連接；測量光源與測量光耦合器輸入端相連接；測量光耦合器的一個輸出端與雙光源耦合器的另一輸入端相連接，測量光耦合器的另一個輸出端與測量光探測器輸入端相連接；雙光源耦合器輸出端與傳感耦合器的一端相連接；傳感耦合器的另一端與感溫探頭相連接；傳感耦合器的第三端與波分復(fù)用器輸入端相連接；波分復(fù)用器的一輸出端與參考探測器輸入端相連接，波分復(fù)用器的另一輸出端與檢測探測器輸入端相連接；參考光源、參考光探測器、測量光源、測量光探測器、檢測探測器、參考探測器通過電信號直接與光源控制及信號處理單元相連接；光源控制及信號處理單元與顯示及輸出單元相連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的半導(dǎo)體吸收式光纖溫度檢測裝置，其特征是所述 參考光源、測量光源、參考光探測器、檢測光探測器、參考光耦合器、測量光 耦合器、雙光源耦合器由一個雙激光器組件替代。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的半導(dǎo)體吸收式光纖溫度檢測裝置，其特征是所述 的光源控制及信號處理單元分別控制參考光源和測量光源分時發(fā)出兩個不同波 長的光，連續(xù)控制光的強弱。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的半導(dǎo)體吸收式光纖溫度檢測裝置，其特 征是所述的波分復(fù)用器用一分二光耦合器件替代。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的半導(dǎo)體吸收式光纖溫度檢測裝置，其特 征是所述的參考探測器和檢測探測器用一個光探測器替代，同樣參考光探測器 和測量光探測器用一個寬波長光探測器替代。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的半導(dǎo)體吸收式光纖溫度檢測裝置，其特 征是所述感溫探頭是光反射式半導(dǎo)體砷化鎵感溫探頭，具體包括保護套管，套 管內(nèi)的與耦合器相連接的光纖，在所述光纖尾端設(shè)置有一面鍍增透膜，另一面 鍍?nèi)瓷淠さ陌雽?dǎo)體砷化鎵薄晶片。
專利摘要一種半導(dǎo)體吸收式光纖溫度檢測裝置，其組成包括光源控制及信號處理單元、參考光源、參考光探測器、參考光耦合器、測量光源、測量光探測器、測量光耦合器、雙光源耦合器、傳感耦合器、波分復(fù)用器、參考探測器、檢測探測器、感溫探頭及顯示及輸出單元。本檢測裝置的感溫探頭采用全光學(xué)部件，傳輸采用光纖光纜，極大地提高了抗干擾能力，特別是裝置引入了參考光源及光源探測器，大大減少了光源強度變化及光纖連接損耗等外界因素對測量精度的影響，提高了系統(tǒng)的探測距離和穩(wěn)定性，可廣泛應(yīng)用與電力、化工、冶金等領(lǐng)域。
文檔編號G01K11/32GK201373781SQ200920019688
公開日2009年12月30日 申請日期2009年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月30日
發(fā)明者劉統(tǒng)玉, 忠 周, 哲 王, 魏玉賓 申請人:山東微感光電子有限公司