半导体光纤温度计的基本原理

  仪器网 ·  2012-07-14 23:41  ·  22449 次点击
半导体光纤(或吸收)温度计是由一个半导体吸收器、光纤、光源和包括光探测器的信号处理系统等组成。其特点是:体积小、灵敏度高、工作可靠容易制作,且没有杂散光损耗。
A基本原理
半导体光纤温度计是利用某些半导体材料(如GaAs)具有极陡的吸收光谱,对光的吸收随着温度的升高而明显增大的性质制成的。其计算公式如下
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半导体的光透射特性如图2-76所示,图中T,边的光能被半导体吸收,右边的光能被透过。从中可见T3,入g为吸收边沿波长。边沿线左半导体的光谱特性分为三个区域:
(1)短波部分,人射光全部被吸收,透射为零。
(2)长波部分,吸收为零,人射光全部透过。
(3)中间部分,吸收的边沿随温度升高而向长波方向移动。
选择光源发出的光谱峰值落在吸收的边沿上,即等于AR。则当温度升高时,透过半导体的辐射功率(两条曲线下的面积)将明显减少。
B测温探头结构
半导体光纤温度计测温探头结构如图2-77所示。在两根光纤端面之间夹一块半导体感温薄片(吸收元件),并套人一根细的不锈钢管之中固定紧。由光源发出的光,以恒定光强从光纤一端输人,通过半导体薄片后受到强度调制,在光纤的另一端放一光探测器。半导体薄片温度越高,透过的光越弱。依据接受光强的大小可以测出半导体薄片位置的温度。半导体材料多为砷化锌(GaAs)和蹄化锅(CdTe),厚度分为0.2mm和0.5min,两个断面应经过抛光。
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C典型半导体光纤温度计
如果对测最准确度要求不高时,半导体光纤温度计可以由上述测温探头、一个光源、一个探测器和一个对数放大器组成,其特点是结构简单、制造容易、成本低,便于推广。
如果增加一个参考光源,其辐射功率与温度无关,而与祸合效率和光纤衰减等干扰因素有关,就构成了双波长半导体光纤温度计。它是利用接收端参考光辐射功率与信号光辐射功率之比来确定温度,这样可将两者受到的千扰因素的影响相互抵消,提高了测量的准确性。
一个实用的双波长半导体光纤温度计如图2-78所示,它由半导体测温探头、两个光源、一个光探测器和信号处理控制电路组成。光源是采用两只不同波长的发光二极管:一只是AIGaAs发光二极管,波长为;另一只是InGaPAs发光二极管,波长为[attach]50271[/attach]
。它们由脉冲发生器激励而发出两束脉冲光,并通过一个光藕合器一起射人光纤中。两个光脉冲进人探头后,半导体吸收元件对波长为入1的光进行吸收,吸收率随温度而变化,而对波长为入2的光不吸收,即几乎是全部透过,故取入1光作为测量信号,而取入1光作为参考信号。光脉冲信号从探头出来后通过输出光纤传送到光探测器上,然后进人采样放大转换电路,最后由除法器以参考光为标准对与温度相关的测量信号进行归一化。采样放大转换电路和除法器合称为信号处理电路。显然除法器的输出只取决于半导体透射特性曲线边沿的位移,即与温度有关。该温度计的测温范围是一30一300cC,准确度可达1oC
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来源:《热工测量仪表》,转载请注明出处-仪器信息网(www.cncal.com)

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