[实用新型]半导体单层薄膜反射干涉型光纤温度探头及其传感装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种温度传感器，具体涉及一种半导体单层薄膜反射干涉型光纤温度探头及其传感装置。

背景技术

从以往多数对半导体吸收型光纤温度传感器的改进和设计来看，几乎所有的方案均采用了GaAs敏感材料、850nm光源和多模光纤的类似结构。这种结构主要存在两方面的问题：

1、原理方面

为了获得大的线性测温范围，就需要选用光谱更宽的光源，在850nm波段非常困难。同时，随着温度的升高，GaAs的光谱透射率逐渐减小。在高温部分透射率的变化幅度变小，灵敏度迅速下降。因此，传感器的测温范围的扩大和灵敏度的提高相冲突，最后使得在一定测温范围内的测量精度不高。

2、工艺结构方面

透射式吸收型传感探头两端都接有光纤，导致在狭小空间内不便于安置。但是又由于透射式吸收型测量原理的需要，探头的结构和体积难以进一步缩小和改进。

本单位的一项发明专利申请《半导体反射型光纤温度传感器及其传感装置》(CN101598608A)解决了吸收型传感器在光源受限和安装不便的两大问题；但是由于已知半导体材料的热光系数非常小，因而存在测量灵敏度受解调技术限制和更高精度的应用面临困难的问题。

从已有的薄膜型光纤温度传感器专利申请(CN100526821C)来看，已有的设计没有突破测量灵敏度对薄膜材料折射率-温度系数大小的依赖，因而也决定了由于光学薄膜折射率-温度系数小，而难于提高测量灵敏度的现状。而且需要用不同的材料镀5～6层膜，工艺极其复杂。

发明内容

本实用新型的目的就在于克服了现有吸收型和反射型温度传感技术所存在的缺点和不足，提供一种不受工作波长限制、灵敏度高的半导体单层薄膜反射干涉型光纤温度探头及其传感装置。

本实用新型的目的是这样实现的：

在充分保障测量范围和精度的前提下，利用半导体材料的热光效应和吸收系数随温度变化而变化的两大特性，通过在光纤端面镀膜，直接探测光信号经半导体薄膜反射后的反射光功率I(T)，计算得到被测温度：

I(T)＝cI₀R(n，α)

式中，I₀为输入光功率，c为耦合系数，R(n，a)为半导体薄膜的反射率，该反射率不仅是不同温度下材料折射率n的函数，同时由于薄膜多光束干涉的效应，其反射率也是材料吸收系数a的函数，并因此增大反射率随温度的变化量。不同的材料对应的R(n)是个固定常量；R(a)与膜折射率及膜厚和光波长与膜厚的相位的对应关系如下：

R=r12+r22+2r1r2cosδ1+r12r22+2r1r2cosδ]]>