溫傳感器PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1 溫傳感器溫傳感器 o 由度間能量分配狀況的物理量。 第1頁/共58頁 第2頁/共58頁 第3頁/共58頁 第4頁/共58頁 第5頁/共58頁 任何物體只要其自身及周圍的溫度不是 絕對(duì)零度，都會(huì)以電磁波的形式向周圍輻射 能量。這種電磁波是由物體內(nèi)部帶電粒子在 分子和原子內(nèi)振動(dòng)產(chǎn)生的，其中與物體本身 溫度有關(guān)傳播熱能的那部分輻射，稱為熱輻 射。它不需要任何物質(zhì)作為媒介（真空中也 傳播）。物體溫度越高，粒子被激勵(lì)的越強(qiáng) 烈，輻射能量越大。當(dāng)與周圍的溫度相等時(shí) ，輻射熱量過程處于動(dòng)平衡狀態(tài)。 第6頁/共58頁 輻射能投射到物體表面上；一部分被物 體吸收，一部分被反射，另一部分透過物體 。 設(shè)

2、外界投射到物體表面上的總能量為Q0 ，吸收QR，反射QP，透射Qt。比值QR/Q0， QP/Q0，Qt/Q0，分別稱作該物體的吸收率， 反射率和透射率。依次為，根據(jù)能量 守恒定律，1，當(dāng)1，=0， 該物體稱為絕對(duì)黑體，全吸收。 第7頁/共58頁 遠(yuǎn)紫外遠(yuǎn)紫外 近紫外近紫外 可見光可見光 近紅外近紅外遠(yuǎn)紅外遠(yuǎn)紅外 極遠(yuǎn)紫外極遠(yuǎn)紫外 0 . 0 1 10 5 波長/m 第8頁/共58頁 遠(yuǎn)紫外遠(yuǎn)紫外 近紫外近紫外 可見光可見光 近紅外近紅外遠(yuǎn)紅外遠(yuǎn)紅外 極遠(yuǎn)紫外極遠(yuǎn)紫外 0 . 0 1 10 5 波長/m 第9頁/共58頁 （2）紅外測(cè)溫的特點(diǎn) 非接觸測(cè)溫非接觸測(cè)溫。特別適合用于較遠(yuǎn)距離的高速運(yùn)動(dòng)

3、 物體、帶電體、高溫及高壓物體的溫度測(cè)量； 反應(yīng)速度快反應(yīng)速度快。它不需要與物體達(dá)到熱平衡的過程 ，只要接收到目標(biāo)的紅外輻射即可測(cè)定溫度，反 映時(shí)間一般都在毫秒級(jí)甚至微秒級(jí)； 第10頁/共58頁 靈敏度高靈敏度高。由于物體的輻射能量與溫度的四次方 成正比，因此物體溫度微小的變化，就會(huì)引起輻 射能量較大的變化，紅外傳感器即可迅速地檢測(cè) 出來； 準(zhǔn)確度較高準(zhǔn)確度較高。由于是非接觸測(cè)量，不會(huì)破壞物體 原來溫度分布狀況，因此測(cè)出的溫度比較真實(shí)， 其測(cè)量準(zhǔn)確度可達(dá)到0.1以內(nèi)，甚至更??； 第11頁/共58頁 測(cè)溫范圍廣測(cè)溫范圍廣?？蓽y(cè)攝氏零下幾十度到零上幾千度 的溫度范圍； 應(yīng)用范圍廣應(yīng)用范圍廣。各種工

4、業(yè)窯爐、熱處理爐溫度測(cè)量 、感應(yīng)加熱過程中的溫度測(cè)量，尤其是鋼鐵工業(yè) 中的高速線材、無縫鋼管軋制，有色金屬連鑄、 熱軋等過程的溫度測(cè)量等；軍事方面的應(yīng)用如各 種運(yùn)載工具發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部溫度測(cè)量、導(dǎo)彈紅外（測(cè) 溫）制導(dǎo)、夜視儀等；在一般社會(huì)生活方面如快 速非接觸人體溫度測(cè)量，防火監(jiān)測(cè)等等。 第12頁/共58頁 （3）紅外測(cè)溫原理 全輻射測(cè)溫是測(cè)量物體所輻射出來的全波段 輻射能量來決定物體的溫度。它是斯蒂芬玻爾 茲曼定律的應(yīng)用，定律表達(dá)式為 4 WT 式中 W物體單位面積所發(fā)射的輻射功率； 物體表面的法向比輻射率； 斯蒂芬玻爾茲曼常數(shù)； T物體的絕對(duì)溫度(K)。 第13頁/共58頁 紅外測(cè)溫傳感器主要由

5、光學(xué)系統(tǒng)、調(diào)制器、紅外敏 感器件、放大器和顯示系統(tǒng)組成。微電機(jī)驅(qū)動(dòng)調(diào)制盤使 入射光的輻射功率按一定規(guī)律變化，把紅外輻射調(diào)制成 交變輻射，得到易于處理的交流信號(hào)輸出。 第14頁/共58頁 按探測(cè)機(jī)理的不同，紅外探測(cè)器分為熱探熱探 測(cè)器測(cè)器和光子探測(cè)器光子探測(cè)器。 (1)熱探測(cè)器熱探測(cè)器吸收紅外輻射后，先引 起溫度升高。然后由于溫度升高，伴隨著發(fā) 生某種物理性質(zhì)的變化。如溫度升高，體積 膨脹等。測(cè)量這些物理性質(zhì)的變化就可以確 定被吸收的紅外輻射的能量或者功率。常用 的物理變化有下列四種，利用其中一種就可 以制出一類紅外探測(cè)器。 第15頁/共58頁 (a)溫差電現(xiàn)象溫差電現(xiàn)象 把兩種不同的金屬絲或者

6、半導(dǎo)體細(xì)線連接 成一個(gè)封閉環(huán)。當(dāng)一個(gè)接頭吸收紅外輻射， 導(dǎo)致它的溫度比另一個(gè)接頭高時(shí)，環(huán)內(nèi)就產(chǎn) 生電動(dòng)勢(shì)。從電動(dòng)勢(shì)的大小可以測(cè)定接頭所 吸收的紅外輻射功率。 利用溫差電現(xiàn)象制成的紅外探測(cè)器，叫做 熱電偶。若干個(gè)熱電偶串聯(lián)在一起，就成為 熱電堆。 第16頁/共58頁 (b)金屬或半導(dǎo)體電阻的變化金屬或半導(dǎo)體電阻的變化 當(dāng)吸收紅外輻射溫度升高時(shí)，金屬的電阻會(huì) 增加，半導(dǎo)體的電阻反而減小。從它們電阻的變 化可以測(cè)定被吸收的紅外輻射功率。利用電阻變 化制成的紅外探測(cè)器，叫做電阻測(cè)輻射熱計(jì)。 (c)氣體壓強(qiáng)的變化氣體壓強(qiáng)的變化 當(dāng)吸收紅外輻射溫度升高時(shí)，氣體在體積一 定的條件下，壓強(qiáng)增加。從壓強(qiáng)的增加可

7、以測(cè)定 被吸收的紅外輻射功率。這樣的紅外探測(cè)器，叫 做氣體探測(cè)器。 第17頁/共58頁 (d)熱釋電現(xiàn)象熱釋電現(xiàn)象( (簡稱熱電現(xiàn)象簡稱熱電現(xiàn)象) ) 有些晶體，如硫酸三甘酞(TGS)、鈮酸鍶 鋇(SBN)等當(dāng)受到紅外輻射照射后溫度升高 時(shí)，在某個(gè)晶體方向上能夠產(chǎn)生電壓。由此 ，就能測(cè)量出紅外輻射功率。 第18頁/共58頁 (2)光子探測(cè)器光子探測(cè)器吸收光子后，本 身發(fā)生電子狀態(tài)的改變，從而引起幾種電學(xué) 現(xiàn)象，它們統(tǒng)稱為光子效應(yīng)。從光子效應(yīng)的 大小可以測(cè)定被吸收的光子數(shù)。利用光子效 應(yīng)制成的紅外探測(cè)器統(tǒng)稱為光子探測(cè)器。常 用的光子效應(yīng)有下列四種。 第19頁/共58頁 (a)光電子發(fā)射光電子發(fā)射

8、( (光電效應(yīng)光電效應(yīng)) ) 光照射在某些金屬氧化物表面、半導(dǎo)體表 面或金屬表面上時(shí)，如果光子能量足夠大，就 能夠使表面發(fā)射出電子。這一現(xiàn)象叫做光電子 發(fā)射，又叫做光電效應(yīng)。利用光電效應(yīng)制成的 可見光探測(cè)器和紅外探測(cè)器，統(tǒng)稱為光電子發(fā) 射器件(PE器件)，其中有光電二極管和光電倍 增管。 第20頁/共58頁 (b)光電導(dǎo)光電導(dǎo) 吸收能量足夠大的光子后，半導(dǎo)體中有些 電子和空穴能從原來不導(dǎo)電的束縛狀態(tài)轉(zhuǎn)變 到能導(dǎo)電的自由狀態(tài)，從而使半導(dǎo)體的電導(dǎo) 增加。這種現(xiàn)象叫微光電導(dǎo)。利用半導(dǎo)體光 電導(dǎo)制成的紅外探測(cè)器品種最多，應(yīng)用最廣 ，統(tǒng)稱為光電導(dǎo)探測(cè)器(PC器件)。 第21頁/共58頁 (c)光生伏特效

9、應(yīng)光生伏特效應(yīng) 半導(dǎo)體的p-n結(jié)(或p-i-n結(jié)，或金屬與半導(dǎo) 體接觸區(qū))及其附近，在吸收能量足夠大的光子 后，能釋放出少數(shù)載流子(自由電子和空穴)。 它們?cè)诮Y(jié)區(qū)域以外時(shí)，靠擴(kuò)散進(jìn)入結(jié)區(qū)域。在 結(jié)區(qū)域中則受到結(jié)內(nèi)靜電場的作用，電子漂移 到n區(qū)，空穴漂移到p區(qū)。如果p-n結(jié)短路，就產(chǎn) 生反向電流。如果p區(qū)、n區(qū)開路。兩端就產(chǎn)生 電壓。這叫做光生伏特效應(yīng)。利用光生伏待效 應(yīng)，制成的紅外探測(cè)器，叫做光生伏特探測(cè)器 (PV器件)。PV器件工作時(shí)不必加偏置電壓。 第22頁/共58頁 (d)光電磁效應(yīng)光電磁效應(yīng) 在外加電場和磁場同時(shí)作用下，半導(dǎo)體的 上表面吸收光子后，在上表面產(chǎn)生的電子空穴 對(duì)，要向體內(nèi)擴(kuò)

10、散。在擴(kuò)散過程中，因受到強(qiáng) 磁場的作用，電子和空穴各偏向一側(cè)，因而產(chǎn) 生電位差。這個(gè)現(xiàn)象就叫做光電磁效應(yīng)。利用 這個(gè)效應(yīng)測(cè)量紅外輻射的紅外探測(cè)器叫做光電 磁探測(cè)器(PEM器件)。 第23頁/共58頁 熱探測(cè)器與光子探測(cè)器相比，熱探測(cè)器有 下列優(yōu)點(diǎn)： (1)熱探測(cè)器對(duì)各種波長都有響應(yīng)，光子電探測(cè)器 是一種對(duì)波長有選擇的探測(cè)器，僅對(duì)具有足夠 能量的光子有響應(yīng)，即存在一個(gè)波長限。光子 探測(cè)器只對(duì)它的長波限以下的一段波長區(qū)間有 響應(yīng)。 (2)熱探測(cè)器(除低溫測(cè)輻射熱計(jì)外)工作時(shí)不需要 冷卻，光子探測(cè)器則多數(shù)需要冷卻。 第24頁/共58頁 但熱探測(cè)器有下列缺點(diǎn)： (1)熱探測(cè)器的響應(yīng)度一般低于光子探測(cè)器

11、，響應(yīng) 時(shí)間一般比光子探測(cè)器長。 (2)熱探測(cè)器的性能與器件尺才、形狀，以及工藝 細(xì)節(jié)等很有關(guān)系，因此，工藝要求較高，產(chǎn)品 規(guī)格常不容易穩(wěn)定。而光子探測(cè)器，工藝比較 先進(jìn)和定型，產(chǎn)品比較能夠規(guī)格化。 第25頁/共58頁 熱探測(cè)器有輻射熱電偶、熱電堆、熱敏電 阻及熱釋電探測(cè)器。 薄膜熱敏器件是二十世紀(jì)八十年代隨著集 成電路技術(shù)中的薄膜工藝發(fā)展，以及人們對(duì)溫 度信息獲取向超小型化發(fā)展而產(chǎn)生的。替代傳 統(tǒng)結(jié)構(gòu)型溫度傳感器，適合于物體表面，快速 和小間隙溫度檢測(cè)。 第26頁/共58頁 5.2.2 薄膜熱電偶 薄膜熱電偶以陶瓷薄片作基體，厚度0.6mm，耐高 溫1600。在陶瓷基片有兩0.2小孔。 將0

12、.2標(biāo)準(zhǔn)NiCrNiSi熱 電偶絲分別嵌入小孔，使其與 小孔過渡配合，在陶瓷基片背 面用高溫?zé)o機(jī)絕緣膠固定熱電 偶絲，經(jīng)過研磨使熱電偶端面 與陶瓷基片正面平齊，在其上 濺射鉭（Ta）薄膜，厚度 0.7m，在鉭膜片（吸收光輻 射）上鍍保護(hù)膜Si3N4（厚度 0.1m）。 第27頁/共58頁 其動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間為50s，線性度好，可在 1200下長期工作，可快速檢測(cè)鍛模具外壁面 、燃?xì)鈩?dòng)力機(jī)壁面的瞬變溫度，此外還可廣泛 應(yīng)用于高空大氣環(huán)境的測(cè)量以及沸騰換熱表面 瞬態(tài)溫度的快速檢測(cè)等。 第28頁/共58頁 熱電堆是由許多熱電偶串接起來組成的， 相比熱電偶有更大的輸出熱電勢(shì)。 熱電堆是根據(jù)賽貝克效應(yīng)，對(duì)半

13、導(dǎo)體材料 采用集成電路工藝和各向異性腐蝕的微細(xì)加工 技術(shù)制成的，半導(dǎo)體材料的賽貝克系數(shù)比金屬 材料大，適合作溫度傳感器。半導(dǎo)體材料接受 紅外輻射能，把紅外輻射能轉(zhuǎn)換成熱能，再轉(zhuǎn) 換成電信號(hào)輸出。熱電堆相當(dāng)于若干薄膜熱電 偶串接，結(jié)電壓相加，提高測(cè)溫的響應(yīng)度。 第29頁/共58頁 早先的紅外熱電堆探測(cè)器是利用掩膜真空 鍍膜的方法，將熱電偶材料沉積到塑料或陶瓷 襯底上獲得的，但器件的尺寸較大，且不易批 量生產(chǎn)。隨著微電子技術(shù)的蓬勃發(fā)展，提出了 微電子機(jī)械系統(tǒng)的概念，進(jìn)而發(fā)展了微機(jī)械紅 外熱電堆探測(cè)器。 第30頁/共58頁 為建立熱結(jié)區(qū)與冷結(jié)區(qū)的有效熱傳導(dǎo)，需要構(gòu)建一 定的隔熱結(jié)構(gòu)，現(xiàn)在主要通過薄膜

14、來實(shí)現(xiàn)。應(yīng)用的薄 膜結(jié)構(gòu)有兩類，即封閉膜結(jié)構(gòu)(圖)和懸梁結(jié)構(gòu)(圖 )，其中封閉膜是指熱堆的支撐膜為整層的復(fù)合介質(zhì)膜 ，一般為氮化硅與氧化硅復(fù)合膜。 2 3 第31頁/共58頁 2 3 懸梁則是指周圍為氣氛介質(zhì)所包圍，一端固定懸梁則是指周圍為氣氛介質(zhì)所包圍，一端固定 、一端懸空的膜結(jié)構(gòu)，其中膜亦為復(fù)合介質(zhì)膜。、一端懸空的膜結(jié)構(gòu)，其中膜亦為復(fù)合介質(zhì)膜。 熱電堆、熱結(jié)區(qū)以及熱電堆、熱結(jié)區(qū)以及 紅外吸收區(qū)都在膜上。紅外吸收區(qū)都在膜上。 熱結(jié)位于紅外吸收區(qū)附熱結(jié)位于紅外吸收區(qū)附 近近, ,當(dāng)吸收紅外輻射之后當(dāng)吸收紅外輻射之后 , ,此處即成為高溫區(qū)域；此處即成為高溫區(qū)域； 冷結(jié)區(qū)位于硅襯底上冷結(jié)區(qū)位于硅

15、襯底上, ,經(jīng)經(jīng) 導(dǎo)熱性良好的單晶硅將導(dǎo)熱性良好的單晶硅將 熱迅速散發(fā)熱迅速散發(fā), ,形成低溫區(qū)形成低溫區(qū) 域。域。 第32頁/共58頁 從隔熱效果隔熱效果來說，懸梁更具優(yōu)勢(shì)，因?yàn)檫@ 種膜結(jié)構(gòu)的周圍是導(dǎo)熱性能很差的氣氛介質(zhì)( 如空氣)，因此熱耗散小，熱阻高，隔熱效果 好，同時(shí)吸收的熱可以沿著膜的方向，也就是 熱電偶對(duì)的方向作有效傳導(dǎo)，故熱電轉(zhuǎn)換效率 較好，靈敏度高；而對(duì)封閉膜而言，吸收紅外 輻射后，熱可以沿著介質(zhì)支撐膜傳播，而并不 完全沿著熱偶對(duì)傳播，故熱耗散較大,熱電轉(zhuǎn) 換效率低，靈敏度小。 第33頁/共58頁 但從工藝工藝制造過程以及成品率成品率角度來說，封 閉膜更具優(yōu)勢(shì)，因?yàn)檫@種膜結(jié)構(gòu)的

16、優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu) 穩(wěn)定，由于膜與基體處處相連，因此受應(yīng)力影響 小，制造過程中膜本身不易破裂，成品率高，易 制造；而懸梁與基體間只通過固支一端相連，另 一端懸空，因此受應(yīng)力的影響顯著，制造過程中 膜容易發(fā)生翹曲或破裂，故成品率較低，不易制 造。這些薄膜結(jié)構(gòu)都是利用硅的各向異性腐蝕而 得到的，腐蝕孔呈金字塔型。 第34頁/共58頁 從上述分析可以看出，懸梁結(jié)構(gòu)和封閉膜結(jié) 構(gòu)各有優(yōu)缺點(diǎn)，將這兩種結(jié)構(gòu)相結(jié)合，就可以集 中這兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，這就是斜拉懸梁支撐膜結(jié) 構(gòu)。 第35頁/共58頁 這種結(jié)構(gòu)的懸梁與硅基 體成45度角，故名斜拉； 懸梁一端固支，與硅基體1 相連，另外一端僅有兩點(diǎn) 與基體1相連，紅外吸收

17、區(qū) 5與熱堆結(jié)構(gòu)4在此懸梁上 。紅外吸收區(qū)5吸收紅外輻 射后，溫度升高，構(gòu)成熱 堆的熱結(jié)區(qū)3，硅的導(dǎo)熱性 好，稱為熱堆的冷結(jié)區(qū)2， 保持與周圍環(huán)境相同的溫 度。 第36頁/共58頁 斜拉支撐膜的優(yōu)點(diǎn)在于綜合了封閉膜與懸梁結(jié) 構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，由于非固支端與基體也有兩點(diǎn)相連，因 此具有封閉膜結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，制作過程中膜結(jié)構(gòu)不易被 破壞，成品率高的優(yōu)點(diǎn)；而這僅有的兩點(diǎn)相連，對(duì) 于導(dǎo)熱的影響很小，因而秉承了懸梁結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)， 熱耗散小，隔熱效果好，熱阻高，熱可以沿著熱偶 對(duì)有效傳導(dǎo)，可提高熱電轉(zhuǎn)換效率，獲得高的靈敏 度，這種新的斜拉懸梁支撐膜結(jié)構(gòu)，使得微機(jī)械熱 電堆紅外探測(cè)器的整體性能得到較大提高。 第37頁/共5

18、8頁 溫度變化而變換的特性，作為敏 感元件構(gòu)成傳感型光纖溫度傳感 器。 第38頁/共58頁 第39頁/共58頁 半導(dǎo)體光纖溫度傳感器是利用半導(dǎo)體材 料的吸收光譜隨溫度變化而制成的。使用 GaAs砷化鎵半導(dǎo)體材料作為溫度敏感元件， 組成傳感頭部分，采用雙光源系統(tǒng)，引入?yún)⒖?光源，有效消除了由于光纖間的連接所產(chǎn)生的 微小軸向或橫向位移誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響， 大幅度提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 第40頁/共58頁 當(dāng)GaAs研磨拋光到一定厚度(100m 左右) 時(shí)，它的光透過率特性曲線如圖所示。當(dāng)溫度升 高時(shí)，透過率曲線向長波長方向移動(dòng)，但曲線的 形狀不變。 第41頁/共58頁 溫度傳感器正是利用了它的這種

19、特性。假 如將光源的發(fā)光光譜I1 疊加上去，就會(huì)發(fā)現(xiàn)隨著 溫度的升高，透過GaAs 的光強(qiáng)在逐步減小。這 樣光探測(cè)器的輸出電壓也將隨溫度的升高而減小 。因此，通過測(cè)量光探測(cè)器的輸出電壓即可達(dá)到 測(cè)溫的目的。 第42頁/共58頁 由發(fā)光管穩(wěn)壓電源驅(qū)動(dòng)砷化鋁鎵AlGaAs、砷磷化銦 鎵InGaAsP 兩發(fā)光二極管發(fā)光，控制電路控制光開關(guān)分 時(shí)接收來自信號(hào)光源(AlGaAs)與參考光源( InGaAsP) 發(fā) 出的光束，首先是讓信號(hào)光通過，探頭中的GaAs 材料對(duì) 光有吸收作用，透射光強(qiáng)與溫度有關(guān)。 第43頁/共58頁 然后是參考光通過，經(jīng)過的路徑和前面完全一樣， 只是由于探頭中的GaAs 材料對(duì)它

20、來說是完全透明的。兩 光束通過光纖傳輸后經(jīng)光探測(cè)器把參考光束和信號(hào)光束 轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，經(jīng)前置放大、濾波后，通過A/ D 接口到 單片機(jī)，經(jīng)處理后輸出顯示。 第44頁/共58頁 光探頭是由半導(dǎo)體材料GaAs 制作，其厚度 約100m ，兩邊拋光，鍍?cè)鐾改ぃ筋^與光纖 芯的連接如下圖所示。 第45頁/共58頁 為了排除干擾，提高測(cè)量精度和穩(wěn)定性，特別加入了 一束參考光，即另外一個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其發(fā)光的 光譜曲線如圖中的I2 所示。由于它的光譜在砷化鎵GaAs 材料的透過率曲線右邊，砷化鎵GaAs 材料對(duì)它不吸收， 幾乎完全透過，溫度的變化對(duì)它的透過也幾乎無影響。 因此，可以把它作為參考光，來消

21、除外界干擾和內(nèi)部部 件的老化的影響。 第46頁/共58頁 熒光材料原子受到某一合適波長光的輻射而 被激發(fā)時(shí)，發(fā)出輻射熒光。利用熒光物質(zhì)所發(fā)出 的熒光衰變時(shí)間隨溫度變化的特性可以制成溫度 傳感器。 將熒光物質(zhì)均勻涂在被測(cè)物體表面上或使其 與半導(dǎo)體材料摻雜。用輸入光纖傳輸激勵(lì)光，激 勵(lì)被測(cè)物體發(fā)出熒光，利用晶體的熒光衰變時(shí)間 來控制激勵(lì)光源調(diào)制頻率。當(dāng)溫度變化時(shí)，熒光 衰變時(shí)間發(fā)生變化，從而改變了光源調(diào)制頻率， 若測(cè)出頻率即可測(cè)出溫度。 第47頁/共58頁 LED作為光源，光 源發(fā)出的激發(fā)光（在一 個(gè)頻率上振蕩）透過透 鏡2進(jìn)入濾光器3，把長 波部分濾去，然后經(jīng)分 光鏡4和透鏡5注入光纖 射向晶體

22、，激發(fā)熒光。 返回的熒光由分光鏡耦 合到濾光鏡7上。濾光器7 的作用是抑制散射激勵(lì) 光。 第48頁/共58頁 熒光經(jīng)過透鏡8聚 焦進(jìn)入探測(cè)器9轉(zhuǎn)換成 電信號(hào)。此信號(hào)經(jīng)放大 器10，相移器11和幅度 控制器12，最后反饋到 調(diào)制器1上控制LED的 發(fā)光頻率。由時(shí)標(biāo)計(jì)算 器13測(cè)出光源（調(diào)制后 ）振動(dòng)頻率，即可確定 溫度。 第49頁/共58頁 傳感型光纖溫度傳感器不僅用光纖作為傳 輸光路，而且用光纖作感溫元件。利用光纖自身 物理參數(shù)隨溫度變化而變化，從而使傳輸光的參 數(shù)受到調(diào)制的特性，可以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度調(diào)制光纖溫度 傳感器、相位調(diào)制光纖溫度傳感器。 折射率調(diào)制是光強(qiáng)調(diào)制的一種形式，物體 參數(shù)變化可以改變光纖的折射率。利用透明液體 的折射率與溫度有關(guān)，可制成溫度傳感器。 第50頁/共58頁 一液芯光纖敏感元件一液芯光纖敏感元件 溫敏元件是一段透明毛細(xì)管，其折射率為ns；內(nèi)裝折 射率為nl的透明液體（液芯）。溫敏元件兩端與普通多模 輸入光纖3及輸出光纖4串接，內(nèi)芯折射率為n1，包層折射 率為n2。液芯折射率nl對(duì)溫度敏感。 5.3.3 折射率調(diào)制式光纖溫度傳感器（傳感型 ） 第51頁/共58頁 二、無包層光纖敏感元件二、無包層光纖敏感元件 溫敏元件為數(shù)值孔徑隨溫度變化的液芯光纖。 o在某溫度T1時(shí)，nsnl，數(shù)值孔徑NA0；光從液 體包層漏出，出射光強(qiáng)為零。 o當(dāng)溫度T2時(shí)，液體