[发明专利]一种半导体反射型光纤温度传感器

说明书

技术领域

本发明涉及温度传感技术领域，尤其涉及半导体反射型光纤温度传感器。

背景技术

以往的半导体吸收型光纤温度传感器多采用砷化镓敏感材料，850nm光源和多模光纤等结构。这种结构导致传感器的结构和体积难以改进和缩小，而且测量精度不高。

在中华人民共和国国家知识产权局公布的一篇申请号为200910062879.1的专利文件中公布了一种半导体反射型光纤温度传感器及其传感装置。这种传感器将一块半导体晶片用弹簧紧顶在传导光纤的一端，提供一种半导体反射型光纤温度传感器，克服了半导体吸收型光纤温度传感器存在的缺点和不足。

但是，由于半导体晶片和传导光纤纤芯端面是在弹簧的压力下物理连接的，两者之间存在距离且该距离会受到外界环境的变化而改变，从而致使反射回来的光强发生变化，使得测温不准确，线性度差，精度不高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点和不足，提供一种不受外界环境影响的半导体反射型光纤温度传感器。

本发明的目的是这样实现的：

一种半导体反射型光纤温度传感器，包括传导光纤、绝缘插针，半导体膜层，和绝缘套筒。

传导光纤一端插入绝缘插针中固定，光纤纤芯端面和绝缘插针端面在同一平面上，采用镀膜技术将该平面镀一层半导体膜，在镀膜的绝缘插针外面封装一个绝缘套筒。

通过激光器发出激光打到镀在光纤端面的半导体材料上，根据半导体材料的热光效应，光纤端面的半导体晶片和光纤纤芯之间的距离的变化，半导体材料所处的环境温度、以及所镀半导体膜的厚度都会使得半导体的折射率发生变化，折射率的变化导致反射率的变化，从而接收到的反射光功率发生变化，而通过测量反射光功率，经过光电接收转换、信号放大、AD转换后，即达到了监测温度的目的。

由于本发明中半导体膜层是通过镀膜技术镀到纤芯端面的，因而两者之间的连接就不再是简单的物理连接，他们之间的距离不再发生改变，所以半导体的折射率就只受温度和半导体膜层的厚度决定，通过实验得知，温度为25℃时，反射回来的光功率跟半导体膜层的厚度存在一个类似正弦的关系，当温度高低变化时，该正弦关系图会左右平移，且当半导体膜层厚度在100nm-500nm之间尤为明显。根据这一关系，当半导体膜层的厚度在100nm-500nm之间的某一值时，反射回来的光功率跟温度存在一定的关系。在镀膜的过程中，半导体膜层的厚度可以人为设定，为了保证测量的准确性，将半导体膜层的厚度设为在100nm-500nm之间的某值。

I(T)＝cI₀R

式中，I₀为输入光功率，c为耦合系数，R为半导体材料的反射率。设定半导体膜层的厚度为一定值，根据得到的反射光功率可以知道当时的半导体材料的反射系数。进而得知当时半导体反射型温度传感器周围的温度。

作为本发明的一种优选方案，所述的镀膜技术为离子辅助蒸镀法。

作为本发明的一种优选方案，绝缘插针采用陶瓷插针。

作为本发明的一种优选方案，在镀膜的陶瓷插针外封装一个陶瓷套筒。

利用陶瓷插针既可以保护纤芯，同时也能扩大纤芯的端面积，使半导体膜层能更牢固的镀在纤芯上，降低镀膜的难度。在镀膜的陶瓷插针外面封装一个陶瓷套筒。此套筒可以保护镀膜层，同时能和半导体膜层面形成温度探测腔，当外界环境温度变化时，半导体膜层受热均匀，使得探测的温度准确。

附图说明

图1是半导体反射型光纤温度传感器的结构示意图。

图2是反射光功率随着镀膜厚度的变化而变化的曲线图；横轴为半导体膜层厚度，纵轴为反射光功率。

图3是半导体膜层为100nm时，反射回来的光功率随温度变化的曲线图，横轴为绝对温度，纵轴为反射光功率。

图4是半导体膜层为300nm时，反射回来的光功率随温度变化的曲线图，横轴为绝对温度，纵轴为反射光功率。

图5是半导体膜层为500nm时，反射回来的光功率随温度变化的曲线图，横轴为绝对温度，纵轴为反射光功率。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的具体实施步骤。