[发明专利]一种基于频谱分析的半导体吸收式温度传感器

说明书

技术领域

本发明涉及温度传感技术领域，尤其涉及一种基于频谱分析的半导体吸收式温度传感器。

背景技术

半导体光纤温度传感器是一种传光型光纤温度传感器。所谓传光型光纤温度传感器是指在光纤传感系统中，光纤仅作为光波的传输通路，而利用其它如光学式或机械式的敏感元件来感受被测温度的变化。这种类型的温度传感器主要使用数值孔径和芯径大的阶跃型多模光纤。同时，由于它利用光纤来传输信号，因此它也具有光纤传感器的电绝缘、抗电磁干扰和安全防爆等优点，适用于传统传感器所不能胜任的测量场所。在这类传感器中，半导体吸收式光纤温度传感器成为研究的重点。现有的此类吸收式光纤温度传感器在体积、灵敏度、可靠性及杂散光损耗等方面做的还不够完善，限制了它的应用范围。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于频谱分析的半导体吸收式温度传感器，这种温度传感器体积小、灵敏度高、工作可靠、容易制作，而且没有杂散光损耗，可以应用于像高压电力装置等特别的场合。

本发明的目的是这样实现的：

一种基于频谱分析的半导体吸收式温度传感器，包括光源、光纤耦合器、探头、第一色散棱镜、第二色散棱镜、第一线阵CCD、第二线阵CCD、第一放大镜、第二放大镜、运算电路及连接各部分的电缆，光源连接光纤耦合器，其特征在于：光纤耦合器分别连接第一色散棱镜和探头，其中第一色散棱镜连接第一线阵CCD，第一线阵CCD连接第一放大器，第一放大器连接运算电路；探头连接第二色散棱镜，第二色散棱镜连接第二线阵CCD，第二线阵CCD连接第二放大镜，第二放大镜连接运算电路。

所述探头以GaAs片作为探测用半导体，用两个FC/PC探头夹将其夹住并用法兰固定，GaAs片的厚度为150μm，使用面积为14mm X14mm。

本发明采用半导体材料GaAs片作为温度探测传感器。半导体材料的禁带宽度会随着温度的变化而发生变化，其吸收光谱会随着禁带宽度的变化而发生变化。在20～927K的温度范围内，半导体材料的禁带能量Eg与温度T的关系如下式所示：

E_g(T)＝E_g(0)-γT²/(T+β)                    (1)

式中R为半导体材料入射面的反射率；I₀为入射光强。则可以推出对于厚度为l的半导体其光强为(不考虑薄膜干涉)：

I(T)=I0(1-R)exp{-α0[hv-Eg(0)+γT2/(T+β)]12l}---(2)]]>

使用光源光波长为840nm，普带宽度为60nm，设相干长度为l，有公式：