傳感技術(shù)第四章

1、傳感技術(shù)第四章 第1頁，共66頁，2022年，5月20日，16點49分，星期日 溫度是表征物體或系統(tǒng)冷熱程度的基本物理量。 溫度單位是國際單位制中七種基本單位之一。熱平衡：溫度是描述熱平衡系統(tǒng)冷熱程度的物理量。分子物理學：溫度反映了物體內(nèi)部分子無規(guī)則運動的劇烈程度。能量：溫度是描述系統(tǒng)不同自由度間能量分配狀況的物理量。4.1 概述第2頁，共66頁，2022年，5月20日，16點49分，星期日根據(jù)傳感器的測溫方式，溫度基本測量方法通?？煞殖山佑|式和非接觸式兩大類。接觸式：接觸式溫度測量的特點是感溫元件直接與被測對象相接觸，兩者進行充分的熱交換，使兩者具有同一溫度，達到測量的目的。 根據(jù)測溫轉(zhuǎn)換的

2、原理，接觸式測溫又可分為膨脹式、熱阻式、熱電式等多種形式。4.1 概述第3頁，共66頁，2022年，5月20日，16點49分，星期日優(yōu)點測溫精度相對較高，測溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、體積小、可靠、維護方便、價格低廉，儀表讀數(shù)直接反映被測物體實際溫度；可方便地組成多路集中測量與控制系統(tǒng) 。缺點由于感溫元件與被測介質(zhì)直接接觸，從而要影響被測介質(zhì)熱平衡狀態(tài)，而接觸不良則會增加測溫誤差；被測介質(zhì)具有腐蝕性及溫度太高亦將嚴重影響感溫元件性能和壽命等缺點。 4.1 概述第4頁，共66頁，2022年，5月20日，16點49分，星期日4.1 概述 非接觸式：非接觸測量法是利用物質(zhì)的熱輻射原理，測溫敏感元件不與被測介質(zhì)接

3、觸，通過輻射和對流實現(xiàn)熱交換，達到測量的目的。 第5頁，共66頁，2022年，5月20日，16點49分，星期日4.1 概述優(yōu)點非接觸式測溫具有不改變被測物體的溫度分布，熱慣性小，測溫上限可設(shè)計得很高，便于測量運動物體的溫度和快速變化的溫度等優(yōu)點。缺點整個測溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜、體積大、調(diào)整麻煩、價格昂貴；儀表讀數(shù)通常只反映被測物體表現(xiàn)溫度(需進一步轉(zhuǎn)換)；不易組成測溫、控溫一體化的溫度控制裝置。 第6頁，共66頁，2022年，5月20日，16點49分，星期日4.2 紅外溫度傳感器 任何物體只要其自身及周圍的溫度不是絕對零度，都會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

4、內(nèi)振動產(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，粒子被激勵的越強烈，輻射能量越大。當與周圍的溫度相等時，輻射熱量過程處于動平衡狀態(tài)。 第7頁，共66頁，2022年，5月20日，16點49分，星期日4.2 紅外溫度傳感器 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)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1，=0，該物體稱為絕對黑體，全吸收。第8頁，共

5、66頁，2022年，5月20日，16點49分，星期日（1）紅外輻射紅外輻射俗稱紅外線，它是一種人眼看不見的光線。但實際上它和其他任何光線一樣，也是一種客觀存在的物質(zhì)。任何物體，只要它的溫度高于絕對零度，就有紅外線向周圍空間輻射。紅外線是位于可見光中紅光以外的光線，故稱為紅外線。它的波長范圍大致在0.751000m的頻譜范圍之內(nèi)。相對應的頻率大致在4101431011 Hz之間，紅外線與可見光、紫外線、x射線、射線和微波、無線4.2 紅外溫度傳感器第9頁，共66頁，2022年，5月20日，16點49分，星期日電波一起構(gòu)成了整個無限連續(xù)的電磁波譜。紅外輻射的物理本質(zhì)是熱輻射。物體的溫度越高，輻射出

6、來的紅外線越多，紅外輻射的能量就越強。研究發(fā)現(xiàn)，太陽光譜各種單色光的熱效應從紫色光到紅色光是逐漸增大的，而且最大的熱效應出現(xiàn)在紅外輻射的頻率范圍內(nèi)，因此人們又將紅外輻射稱為熱輻射或熱射線。4.2 紅外溫度傳感器第10頁，共66頁，2022年，5月20日，16點49分，星期日（2）紅外測溫的特點非接觸測溫。特別適合用于較遠距離的高速運動物體、帶電體、高溫及高壓物體的溫度測量；反應速度快。它不需要與物體達到熱平衡的過程，只要接收到目標的紅外輻射即可測定溫度，反映時間一般都在毫秒級甚至微秒級；4.2 紅外溫度傳感器第11頁，共66頁，2022年，5月20日，16點49分，星期日靈敏度高。由于物體的輻

7、射能量與溫度的四次方成正比，因此物體溫度微小的變化，就會引起輻射能量較大的變化，紅外傳感器即可迅速地檢測出來；準確度較高。由于是非接觸測量，不會破壞物體原來溫度分布狀況，因此測出的溫度比較真實，其測量準確度可達到0.1以內(nèi)，甚至更小；4.2 紅外溫度傳感器第12頁，共66頁，2022年，5月20日，16點49分，星期日測溫范圍廣?？蓽y攝氏零下幾十度到零上幾千度的溫度范圍；應用范圍廣。各種工業(yè)窯爐、熱處理爐溫度測量、感應加熱過程中的溫度測量，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量等；軍事方面的應用如各種運載工具發(fā)動機內(nèi)部溫度測量、導彈紅外（測溫）制導、夜視儀

8、等；在一般社會生活方面如快速非接觸人體溫度測量，防火監(jiān)測等等。4.2 紅外溫度傳感器第13頁，共66頁，2022年，5月20日，16點49分，星期日（3）紅外測溫原理 紅外測溫有幾種方法，這里只介紹全輻射測溫。全輻射測溫是測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用，定律表達式為4.2 紅外溫度傳感器第14頁，共66頁，2022年，5月20日，16點49分，星期日式中 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物體的絕對溫度(K)。4.2 紅外溫度傳感器第15頁，共66頁，2022年，5月20日，16點49分，星期日

9、4.2 紅外溫度傳感器紅外測溫傳感器工作原理 第16頁，共66頁，2022年，5月20日，16點49分，星期日紅外測溫傳感器工作原理 紅外測溫傳感器主要由光學系統(tǒng)、調(diào)制器、紅外敏感器件、放大器和顯示系統(tǒng)組成。微電機驅(qū)動調(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輸出。 4.2 紅外溫度傳感器第17頁，共66頁，2022年，5月20日，16點49分，星期日 按探測機理的不同，紅外探測器分為熱探測器和光子探測器。(1)熱探測器熱探測器吸收紅外輻射后，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。測量這些物理性質(zhì)的

10、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器。4.2.1 紅外探測器第18頁，共66頁，2022年，5月20日，16點49分，星期日(a)溫差電現(xiàn)象 把兩種不同的金屬絲或者半導體細線連接成一個封閉環(huán)。當一個接頭吸收紅外輻射，導致它的溫度比另一個接頭高時，環(huán)內(nèi)就產(chǎn)生電動勢。從電動勢的大小可以測定接頭所吸收的紅外輻射功率。 利用溫差電現(xiàn)象制成的紅外探測器，叫做熱電偶。若干個熱電偶串聯(lián)在一起，就成為熱電堆。4.2.1 紅外探測器第19頁，共66頁，2022年，5月20日，16點49分，星期日(b)金屬或半導體電阻的變化 當吸收紅外輻射溫

11、度升高時，金屬的電阻會增加，半導體的電阻反而減小。從它們電阻的變化可以測定被吸收的紅外輻射功率。利用電阻變化制成的紅外探測器，叫做電阻測輻射熱計。(c)氣體壓強的變化 當吸收紅外輻射溫度升高時，氣體在體積一定的條件下，壓強增加。從壓強的增加可以測定被吸收的紅外輻射功率。這樣的紅外探測器，叫做氣體探測器。4.2.1 紅外探測器第20頁，共66頁，2022年，5月20日，16點49分，星期日(d)熱釋電現(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)等當受到紅外輻射照射后溫度升高時，在某個晶體方向上能夠產(chǎn)生電壓。由此，就能測量出紅外輻射功率。4.2.1 紅外探測器第21頁

12、，共66頁，2022年，5月20日，16點49分，星期日 (2)光子探測器光子探測器吸收光子后，本身發(fā)生電子狀態(tài)的改變，從而引起幾種電學現(xiàn)象，它們統(tǒng)稱為光子效應。從光子效應的大小可以測定被吸收的光子數(shù)。利用光子效應制成的紅外探測器統(tǒng)稱為光子探測器。常用的光子效應有下列四種。4.2.1 紅外探測器第22頁，共66頁，2022年，5月20日，16點49分，星期日 (a)光電子發(fā)射(光電效應) 光照射在某些金屬氧化物表面、半導體表面或金屬表面上時，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。利用光電效應制成的可見光探測器和紅外探測器，統(tǒng)稱為光電子發(fā)射器件(PE

13、器件)，其中有光電二極管和光電倍增管。4.2.1 紅外探測器第23頁，共66頁，2022年，5月20日，16點49分，星期日 (b)光電導 吸收能量足夠大的光子后，半導體中有些電子和空穴能從原來不導電的束縛狀態(tài)轉(zhuǎn)變到能導電的自由狀態(tài)，從而使半導體的電導增加。這種現(xiàn)象叫微光電導。利用半導體光電導制成的紅外探測器品種最多，應用最廣，統(tǒng)稱為光電導探測器(PC器件)。4.2.1 紅外探測器第24頁，共66頁，2022年，5月20日，16點49分，星期日 (c)光生伏特效應 半導體的p-n結(jié)(或p-i-n結(jié)，或金屬與半導體接觸區(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)。

14、它們在結(jié)區(qū)域以外時，靠擴散進入結(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。利用光生伏待效應，制成的紅外探測器，叫做光生伏特探測器(PV器件)。PV器件工作時不必加偏置電壓。4.2.1 紅外探測器第25頁，共66頁，2022年，5月20日，16點49分，星期日 (d)光電磁效應 在外加電場和磁場同時作用下，半導體的上表面吸收光子后，在上表面產(chǎn)生的電子空穴對，要向體內(nèi)擴散。在擴散過程中，因受到強磁場的作用，電子和空穴各偏向一側(cè)，因而產(chǎn)生電位差。這個現(xiàn)象就叫做光電磁效應。利用這個效

15、應測量紅外輻射的紅外探測器叫做光電磁探測器(PEM器件)。 4.2.1 紅外探測器第26頁，共66頁，2022年，5月20日，16點49分，星期日 熱探測器與光子探測器相比，熱探測器有下列優(yōu)點：(1)熱探測器對各種波長都有響應，光子電探測器是一種對波長有選擇的探測器，僅對具有足夠能量的光子有響應，即存在一個波長限。光子探測器只對它的長波限以下的一段波長區(qū)間有響應。(2)熱探測器(除低溫測輻射熱計外)工作時不需要冷卻，光子探測器則多數(shù)需要冷卻。4.2.1 紅外探測器第27頁，共66頁，2022年，5月20日，16點49分，星期日但熱探測器有下列缺點；(1)熱探測器的響應度一般低于光子探測器，響應

16、時間一般比光子探測器長。(2)熱探測器的性能與器件尺才、形狀，以及工藝細節(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。而光子探測器，工藝比較先進和定型，產(chǎn)品比較能夠規(guī)格化。4.2.1 紅外探測器第28頁，共66頁，2022年，5月20日，16點49分，星期日 熱探測器有輻射熱電偶、熱電堆、熱敏電阻及熱釋電探測器。薄膜熱敏器件是二十世紀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。4.2.2 薄膜熱電偶第29頁，共66頁，2022年，5月20日，16點49分，星期日4.2.2 薄膜

17、熱電偶第30頁，共66頁，2022年，5月20日，16點49分，星期日 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0.2標準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無機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）上鍍保護膜Si3N4（厚度0.1m）。4.2.2 薄膜熱電偶第31頁，共66頁，2022年，5月20日，16點49分，星期日 其動態(tài)響應時間為50s，線性度好，可在1200下長期工作，可快速檢測鍛模具外壁面、燃氣動力機壁面的瞬

18、變溫度，此外還可廣泛應用于高空大氣環(huán)境的測量以及沸騰換熱表面瞬態(tài)溫度的快速檢測等。 4.2.2 薄膜熱電偶第32頁，共66頁，2022年，5月20日，16點49分，星期日 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。熱電堆是根據(jù)賽貝克效應，對半導體材料采用集成電路工藝和各向異性腐蝕的微細加工技術(shù)制成的，半導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)換成電信號輸出。熱電堆相當于若干薄膜熱電偶串接，結(jié)電壓相加，提高測溫的響應度。4.2.3 熱電堆第33頁，共66頁，2022年，5月20日，16點49分，星期日 早先

19、的紅外熱電堆探測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，提出了微電子機械系統(tǒng)的概念，進而發(fā)展了微機械紅外熱電堆探測器。4.2.3 熱電堆第34頁，共66頁，2022年，5月20日，16點49分，星期日 下圖給出微機械紅外熱電堆芯片的基本結(jié)構(gòu)。為建立熱結(jié)區(qū)與冷結(jié)區(qū)的有效熱傳導，需要構(gòu)建一定的隔熱結(jié)構(gòu)，現(xiàn)在主要通過薄膜來實現(xiàn)。應用的薄膜結(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合介質(zhì)膜，一般為氮化硅與氧化硅復合膜。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

20、結(jié)構(gòu)，其中膜亦為復合介質(zhì)膜。 4.2.3 熱電堆第35頁，共66頁，2022年，5月20日，16點49分，星期日封閉膜結(jié)構(gòu)23第36頁，共66頁，2022年，5月20日，16點49分，星期日懸梁結(jié)構(gòu)23第37頁，共66頁，2022年，5月20日，16點49分，星期日4.2.3 熱電堆 熱電堆、熱結(jié)區(qū)以及紅外吸收區(qū)都在膜上。熱結(jié)位于紅外吸收區(qū)附近,當吸收紅外輻射之后,此處即成為高溫區(qū)域；冷結(jié)區(qū)位于硅襯底上,經(jīng)導熱性良好的單晶硅將熱迅速散發(fā),形成低溫區(qū)域。 第38頁，共66頁，2022年，5月20日，16點49分，星期日 從隔熱效果來說，懸梁更具優(yōu)勢，因為這種膜結(jié)構(gòu)的周圍是導熱性能很差的氣氛介質(zhì)(

21、如空氣)，因此熱耗散小，熱阻高，隔熱效果好，同時吸收的熱可以沿著膜的方向，也就是熱電偶對的方向作有效傳導，故熱電轉(zhuǎn)換效率較好，靈敏度高；而對封閉膜而言，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傳播，故熱耗散較大,熱電轉(zhuǎn)換效率低，靈敏度小。4.2.3 熱電堆第39頁，共66頁，2022年，5月20日，16點49分，星期日 但從工藝制造過程以及成品率角度來說，封閉膜更具優(yōu)勢，因為這種膜結(jié)構(gòu)的優(yōu)點在于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，由于膜與基體處處相連，因此受應力影響小，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，因此受應力的影響顯著，制造過程中膜容易發(fā)

22、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。 4.2.3 熱電堆第40頁，共66頁，2022年，5月20日，16點49分，星期日 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，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，這就是斜拉懸梁支撐膜結(jié)構(gòu)。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，另外一端僅有兩點與基體1相連，紅外吸收區(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。 4.2.3 熱電堆第41頁

23、，共66頁，2022年，5月20日，16點49分，星期日4.2.3 熱電堆第42頁，共66頁，2022年，5月20日，16點49分，星期日 斜拉支撐膜的優(yōu)點在于綜合了封閉膜與懸梁結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，由于非固支端與基體也有兩點相連，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；而這僅有的兩點相連，對于導熱的影響很小，因而秉承了懸梁結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，熱耗散小，隔熱效果好，熱阻高，熱可以沿著熱偶對有效傳導，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)，使得微機械熱電堆紅外探測器的整體性能得到較大提高。4.2.3 熱電堆第43頁，共66頁，2022年，5月20日，16點49分

24、，星期日 光纖溫度傳感器分為傳光型（或稱傳輸型，非功能型）和傳感型（或稱敏感型，功能型）兩類。傳光型利用光纖傳輸光信號，在光纖的一個端面上配置溫度敏感元件，并與光纖耦合，構(gòu)成傳光型光纖溫度傳感器。傳感型利用光纖本身物理參數(shù)隨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。4.3 光纖溫度傳感器第44頁，共66頁，2022年，5月20日，16點49分，星期日 傳光型對溫度檢測靈敏度較低，但可靠性高，其中熒光吸收，熱輻射類光纖溫度傳感器已達到實用水平。 傳感型靈敏度高，但對溫度以外的機械量變化（如壓力，振動等）也很敏感，抗干擾能力差，穩(wěn)定性差。4.3 光纖溫度傳感器第45頁，共66頁，

25、2022年，5月20日，16點49分，星期日 半導體光纖溫度傳感器是利用半導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脊庠?，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測量結(jié)果的影響，大幅度提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。4.3.1 半導體光纖溫度傳感器（傳光型）第46頁，共66頁，2022年，5月20日，16點49分，星期日 當GaAs研磨拋光到一定厚度(100m 左右) 時，它的光透過率特性曲線如圖所示。當溫度升高時，透過率曲線向長波長方向移動，但曲線的形狀不變。溫度傳感器正是利用了它的這種特性。假如將光源的

26、發(fā)光光譜I1 疊加上去，就會發(fā)現(xiàn)隨著溫度的升高，透過GaAs 的光強在逐步減小。這樣光探測器的輸出電壓也將隨溫度的升高而減小。因此，通過測量光探測器的輸出電壓即可達到測溫的目的。4.3.1 半導體光纖溫度傳感器（傳光型）第47頁，共66頁，2022年，5月20日，16點49分，星期日4.3.1 半導體光纖溫度傳感器（傳光型）第48頁，共66頁，2022年，5月20日，16點49分，星期日4.3.1 半導體光纖溫度傳感器（傳光型）第49頁，共66頁，2022年，5月20日，16點49分，星期日 由發(fā)光管穩(wěn)壓電源驅(qū)動砷化鋁鎵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

27、關(guān)分時接收來自信號光源(AlGaAs)與參考光源( InGaAsP) 發(fā)出的光束，首先是讓信號光通過，探頭中的GaAs 材料對光有吸收作用，透射光強與溫度有關(guān)。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 材料對它來說是完全透明的。兩光束通過光纖傳輸后經(jīng)光探測器把參考光束和信號光束轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺?jīng)前置放大、濾波后，通過A/ D 接口到單片機，經(jīng)處理后輸出顯示。4.3.1 半導體光纖溫度傳感器（傳光型）第50頁，共66頁，2022年，5月20日，16點49分，星期日 光探頭是由半導體材料GaAs 制作，其厚度約100m ，兩邊拋光，鍍增透膜，探頭與光纖芯的連接如下圖所示。

28、4.3.1 半導體光纖溫度傳感器（傳光型）第51頁，共66頁，2022年，5月20日，16點49分，星期日 為了排除干擾，提高測量精度和穩(wěn)定性，特別加入了一束參考光，即另外一個半導體發(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 材料對它不吸收，幾乎完全透過，溫度的變化對它的透過也幾乎無影響。因此，可以把它作為參考光，來消除外界干擾和內(nèi)部部件的老化的影響。4.3.1 半導體光纖溫度傳感器（傳光型）第52頁，共66頁，2022年，5月20日，16點49分，星期日 熒光材料原子受到某一合適波長光的輻射而被激發(fā)時，發(fā)出輻射熒光。利用

29、熒光物質(zhì)所發(fā)出的熒光衰變時間隨溫度變化的特性可以制成溫度傳感器。 將熒光物質(zhì)均勻涂在被測物體表面上或使其與半導體材料摻雜。用輸入光纖傳輸激勵光，激勵被測物體發(fā)出熒光，利用晶體的熒光衰變時間來控制激勵光源調(diào)制頻率。當溫度變化時，熒光衰變時間發(fā)生變化，從而改變了光源調(diào)制頻率，若測出頻率即可測出溫度。4.3.2 熒光衰變式光纖溫度傳感器（傳光型）第53頁，共66頁，2022年，5月20日，16點49分，星期日4.3.2 熒光衰變式光纖溫度傳感器（傳光型）第54頁，共66頁，2022年，5月20日，16點49分，星期日 LED作為光源，光源發(fā)出的激發(fā)光（在一個頻率上振蕩）透過透鏡2進入濾光器3，把長波

30、部分濾去，然后經(jīng)分光鏡4和透鏡5注入光纖射向晶體，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光。熒光經(jīng)過透鏡8聚焦進入探測器9轉(zhuǎn)換成電信號。此信號經(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。 4.3.2 熒光衰變式光纖溫度傳感器（傳光型）第55頁，共66頁，2022年，5月20日，16點49分，星期日 上述傳感器的原理是利用晶體的熒光衰變時間隨溫度變化輸出電信號改變光源（調(diào)制）頻率，由時標計算器13測出光源（調(diào)制后）振動頻率，即可確定溫度。 4.3.2 熒光衰變式光纖溫度傳感器（傳光型）第56頁，共66頁，2022年，5月

31、20日，16點49分，星期日 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，可以實現(xiàn)強度調(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。4.3.3 折射率調(diào)制式光纖溫度傳感器（傳感型）第57頁，共66頁，2022年，5月20日，16點49分，星期日 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，可以實現(xiàn)強度調(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。4.3.3 折射率調(diào)制式光纖溫度傳感器（傳感型）第58頁，共66頁，2022年，5月20日，16點49分，星期日一液芯光纖敏感元件 溫敏元件是一段透明毛細管，其折射率為ns；內(nèi)裝折射率為nl的透明液體（液芯）。溫