通信c波段半導體吸收型光纖溫度敏感單元及傳感系統的製作方法

2023-07-25 23:20:11 1

專利名稱：通信c波段半導體吸收型光纖溫度敏感單元及傳感系統的製作方法
技術領域：
本發明涉 及一種結合光纖傳輸和光電檢測系統實現溫度測量的裝置，具體的是涉及一種通信C波段半導體吸收型光纖溫度敏感單元及傳感系統，屬於光纖傳感技術領域。
背景技術：
從以往多數對半導體吸收型光纖溫度傳感器的改進和設計來看，幾乎所有的方案都採用GaAs敏感材料、850nm波段光源和多模光纖的類似結構。這種結構主要存在兩方面的問題
1、原理方面
為了獲得大的線性測溫範圍，就需要選用光譜更寬的光源，在850nm波段非常困難。同時，隨著溫度的升高，GaAs的光譜透射率逐漸減小。在高溫部分透射率的變化幅度變小，靈敏度迅速下降。因此，傳感器的測溫範圍的擴大和靈敏度的提高相衝突，最後使得在一定測溫範圍內的測量精度不高。2、工藝結構方面
多模光纖及相關器件成本高，傳輸損耗大，導致遠距離通信障礙。且體積難以進一步縮小和改進。中國專利CN101344439公開了一種光纖溫度測量裝置的構建方法，雖然引入了提高系統穩定性的軟體算法，但是仍然沿用GaAs作為感溫元件，並沒有擺脫光源受限的問題。我們前期申請的中國專利公開文件CN101598608，提出了一種旨在解決以上問題的「半導體反射型光纖溫度傳感探頭及裝置」，它解決了傳統GaAs吸收型傳感器光源受限和安裝不便的問題，但是由於半導體晶片材料熱光係數過小，因而存在測量靈敏度受解調技術所限，無法實現更高精度的應用。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術而提供一種工作於常規通信C 波段的半導體吸收型光纖溫度敏感單元及其傳感系統，由於兼容通信C波段所用器件和標準，其具有成本低且不易受電磁幹擾的優勢。本發明解決前述技術問題所採用的技術方案是通信C波段半導體吸收型光纖溫度敏感單元，其特徵在於包括有帶臺階結構限位和螺紋鎖緊的D形金屬套管、輸入光纖、輸出光纖和吸收邊位於C波段的半導體晶片，D型金屬套管的兩端與輸入端鎖緊套管、輸出端鎖緊套管螺紋連接，所述的D型金屬套管內固定由輸入光纖、吸收邊位於C波段的半導體晶片和輸出光纖前後依次連接組成的光通道。按上述方案，所述的輸入光纖和輸出光纖分別穿過輸入端鎖緊套管和輸出端鎖緊套管。按上述方案，以光通道為中心軸，從內向外，還依次包裹設置有輸入端陶瓷芯、輸出端陶瓷芯和準直套管，輸入端陶瓷插芯、輸出端陶瓷插芯分別和準直套管緊配合，並通過輸入端鎖緊套管和輸出端鎖緊套管和D形金屬套管相連。按上述方案，所述的吸收邊位於C波段的半導體晶片為進行雙面拋光處理的單晶 InGa0. 3936Asq. 8453P晶片，其吸收邊位於1500nm波段。半導體吸 收型光纖溫度傳感系統，包括採用上述通信C波段半導體吸收型光纖溫度敏感單元、光源、功率控制單元、光電探測器、後續處理電路和微處理器；所述光源的輸出端與通信C波段半導體吸收型光纖溫度敏感單元的輸入光纖連接，功率控制單元與光源相連，通信C波段半導體吸收型光纖溫度敏感單元的輸出光纖和光電探測器連接；光電探測器、後續處理電路和微處理器依次連接。本發明的工作原理是
由於半導體材料的吸收邊會隨著溫度的變化而發生漂移，導致通過它的光能量發生變化，在光能量和溫度之間表現出一定的相關性。因此，通過測量出射光功率的變換量， 就可以推算出晶片吸收光的變化量，進而計算出溫度的變化，實現溫度測量的目的。通過直接探測光信號經半導體材料吸收後的透射光功率I(T)，計算得到被測溫度
權利要求
1.通信C波段半導體吸收型光纖溫度敏感單元，其特徵在於包括有帶臺階結構限位和螺紋鎖緊的D形金屬套管(13)、輸入光纖(11)、輸出光纖(19)和吸收邊位於C波段的半導體晶片(16)，D型金屬套管(13)的兩端與輸入端鎖緊套管(12)、輸出端鎖緊套管(18)螺紋連接，所述的D型金屬套管(13)內固定由輸入光纖(11)、吸收邊位於C波段的半導體晶片 (16)和輸出光纖(19)前後依次連接組成的光通道。
2.按權利要求1所述的通信C波段半導體吸收型光纖溫度敏感單元，其特徵在於所述的輸入光纖(11)和輸出光纖(19)分別穿過輸入端鎖緊套管(12)和輸出端鎖緊套管(18)。
3.按權利要求1或2所述的通信C波段半導體吸收型光纖溫度敏感單元，其特徵在於以光通道為中心軸，從內向外，還依次包裹設置有輸入端陶瓷芯(15)、輸出端陶瓷芯(17) 和準直套管(14)，輸入端陶瓷插芯(15)、輸出端陶瓷插芯(17)分別和準直套管(14)緊配合，並通過輸入端鎖緊套管(12)和輸出端鎖緊套管(18)和D形金屬套管相連。
4.按權利要求3所述的通信C波段半導體吸收型光纖溫度敏感單元，其特徵在於所述的吸收邊位於C波段的半導體晶片16為進行雙面拋光處理的單晶InGatl. 3936Asa 8453P晶片， 其吸收邊位於1500nm波段。
5.半導體吸收型光纖溫度傳感系統，其特徵在於包括有權利要求1-4任一項所述的通信C波段半導體吸收型光纖溫度敏感單元、光源、功率控制單元、光電探測器、後續處理電路和微處理器；所述光源的輸出端與通信C波段半導體吸收型光纖溫度敏感單元的輸入光纖連接，功率控制單元與光源相連，通信C波段半導體吸收型光纖溫度敏感單元的輸出光纖和光電探測器連接；光電探測器、後續處理電路和微處理器依次連接。
全文摘要
本發明涉及一種通信C波段半導體吸收型光纖溫度敏感單元及傳感系統，包括有帶臺階結構限位和螺紋鎖緊的D形金屬套管、輸入光纖、輸出光纖和吸收邊位於C波段的半導體晶片，D型金屬套管的兩端與輸入端鎖緊套管、輸出端鎖緊套管螺紋連接，所述的D型金屬套管內固定由輸入光纖、吸收邊位於C波段的半導體晶片和輸出光纖前後依次連接組成的光通道。本發明具有下列優點1、所有器件都採用通信標準器件，系統成本低廉；2、採用帶臺階結構限位加螺紋鎖緊的圓柱金屬套管封裝設計，敏感單元穩定、導熱性好，不受外界振動幹擾；3、採用標準光纖接口與二次儀表連接，系統易於補償，可實現較高的測溫解析度和精度。
文檔編號G01K11/32GK102435349SQ20111037298
公開日2012年5月2日 申請日期2011年11月22日 優先權日2011年11月22日
發明者祝霽洺, 黎敏 申請人:武漢理工大學