光纤温度传感器特性研究

宋阳

摘 要：随着我国科技水平的不断提高，传感器领域的发展也在日益完善。目前，我国不断的研发，设计出了一种光纤温度传感器，主要是利用半导体光吸收原理，对环境温度进行有效测量。这种光纤温度传感器具有良好的应用特性。光纤温度传感器主要是利用砷化镓晶体作为温度的探测材料，采用透射方式的探头设计，并将光纤作为传导温度的介质，从而实现光纤温度传感器的构成。这种光纤温度传感器具有成本低、可靠度高、结构简单等多种特点，并且根据实验研究，采用不同的光源进行传感时，温度也会随之发生变化，本文针对光纤温度传感器的原理进行分析，探讨光纤温度传感器具有哪些特性。

关键词：光纤温度传感器;测温原理;特性;研究

0 引言

在我国传感器的发展领域中，光纤温度传感器不断兴起，并实现了良好的应用效果。这种光纤温度传感器主要是利用光前作为光路介质，将测量仪器和温度测量探头进行分离，同时为了更好的实现光纤温度传感器的适应能力，能够胜任高电压以及高干扰的环境下进行工作，实现准确的测温效果。在当前传感器研究领域中，已经成功研究并试验了热辐射光纤温度传感器、半导体光纤温度传感器以及荧光光纤温度传感器等。其中，半导体式光纤温度传感器主要是通过将半导体作为光谱变化的洗后材料，结合传感光源的特性，实现了温度策略的效果，并且表现出良好的测温灵敏度。经过大量的实验研究不同的光谱对二极管传感器的温度变化也不同，应用适合环境温度测量的传感光源，并实现峰值波长为950纳米，以此來降低光纤温度传感器的误差，提高光纤温度传感器的稳定性。

1 光纤温度传感器的测温原理实现

结合半导体式光纤温度传感器来说，这种传感器主要是通过半导体材料所吸收的光谱随着温度变化产生的特性原理，视线良好的测温效果。其主要是结合半导体材料对光的敏感度，半导体材料对光子能力的吸收，在光子能量超过禁带宽度的能力时，吸收的光强度随之发生改变，禁带宽度能力是温度的函数，在温度出现变化水，禁带宽度能力也会随之发生改变，根据实验研究表面，温度的变化范围和温度自身具有：Eg（t）= Eg（0）-rt2/（t+B）的关系，其中Eg（0）表示当温度为0是的禁带宽度能量，而r与B分别表示传感器材料的相关常量。随着温度的不断升高，禁带宽度的能量将逐渐降低，并且通过透过率曲线可以看出，光纤探测器所接受到的光强会随着温度的升高而减少，因此，半导体光纤温度传感器可以良好的发挥这一特性，从而实现稳定的温度测量效果。

2 光纤温度传感器的系统设计

在了解了光纤温度传感器的测温原理后，对于光纤温度传感器的结构设计进行分析，半导体光纤温度传感器的系统结构只要包括光纤、光源、温度测量探头、光电探测器等部分，在透射式温度传感器的探头设计中，主要利用不锈钢的光管作为探头的固定支架，并将GaAs晶片进行双面抛光后，设计在不锈钢钢管的中间，在设计中，确保GaAs晶片和不锈钢钢管的轴线保持垂直，同时光纤应该从钢管的两端进行插入，以此来保障钢管和光纤处于同一个轴上，最后采用高温胶将各个部分站在一起。

在光的传播介质选择中，可以利用塑料光纤进行光的传输，塑料光纤相比于石英光纤介质来说，具有良好的应用价值，其制造成本比较低，同时重量要比石英光纤轻很多，具有良好的扰性，能够在狭小的空间内架设和策略。此外，塑料光纤的数值孔径也比较大，芯径相比于石英光纤材质也大得多，这一特点有利于光耦合进入塑料光线中，避免了石英光纤的缺陷，塑料光纤的应用对温度策略的范围也比较广，能够实现最低温度大零下40摄氏度，最高温度达到100摄氏度的跨度测量，所以，在进行短距离的环境温度测量过程中，利用塑料光纤作为光的传输介质能够表现出良好的应用效果。

通过对光纤温度传感器的原理分析可以得出，在进行光源的发光光谱选择中，必须要能够实现GaAs的波长变化范围的完美覆盖，同时也要具备一定的光谱宽度，所以，在光纤温度传感器的设计中，可以选择适合这一波长覆盖的发光二极管作为光纤温度传感器的光源。

光纤温度传感器中，光的探测器设计中应该对光谱的响应度进行选择，选择满足发光光源波长最大值的光谱响应度，最好能够使相应波长的最大值与光源的最大值波长保持统一，从而实现最大的传感器输出。在进行峰值响应波长的选择时，如果选择响应波长的最大值为880纳米的光电三极管，在光电探测器的设计中，实现功能的放大效果，减少了以及前置放大电路，从而有效的简化了电路，实现了光探测器设备的体积简化，并且提高了光纤温度传感器的稳定性与可靠性。

3 光纤温度传感器实验结果

通过对光纤温度传感器系统的实验，实现对环境的策略，采用GaAs晶片处于零下20摄氏度指85摄氏度的温度变化区域内，光纤温度传感器接受到的波长为854-884纳米之间，选择的光源要求可以良好的覆盖GaAs的吸收波长的变化区域，同时也要确保良好的光谱宽度，所以，可以选择砷化镓以及铝镓砷构成的红外线发光二极管作为光纤温度传感器的光源，并根据实际的测量范围和灵敏需求选择适合的二极管峰值波长以及谱宽参数等。

由于光谱的发光强度与探测去的性能激起不稳定，从而引发耦合效率的变化，甚至造成光纤温度传感器的抗干扰能力与稳定性降低，对于此现象可以利用双波长的方式进行波长，双波长半导体光吸收式光纤温度传感器中的参考光路的光源必须选择波峰长度达到1300纳米的二极管，同时接受系统采用900纳米和1300纳米的探测器，才能有效的缩减误差。

4 结束语

综上所述，在温度传感器领域的发展中，针对光纤温度传感器的测温原理进行透彻的分析，并结合光纤温度传感器的工作原理，对光纤温度传感器的系统结构进行合理的设计，同时通过实验有效的发挥出光纤温度传感器的作用，提高光纤温度传感器的稳定性，降低产生的误差，对光纤温度传感器的发展具有重要意义。

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