[發明專利]低成本多通道半導體吸收式測溫系統及傳感探頭制備工藝

在審

• 申請號: 202010317671.6
• 申請日: 2020-04-21
• 公開（公告）號: CN111366268A
• 公開（公告）日: 2020-07-03
• 發明（設計）人: 張文松;單娟
• 申請（專利權）人: 西安和其光電科技股份有限公司
• 主分類號: G01K11/32
• 分類號: G01K11/32
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 汪海艷

本發明屬于光纖測溫領域，涉及低成本多通道半導體吸收式測溫系統及傳感探頭制備工藝，克服傳統半導體吸收式測溫系統存在的成本高、測溫范圍小、光源壽命短等問題，包括光源模塊、光纖耦合模塊、測溫模塊、光譜分光模塊及控制電路板；光源模塊包括n個鹵鎢燈光源；光纖耦合模塊用于將光源模塊輸出的n路光信號分別耦合至對應的測溫模塊；測溫模塊用于采集經待測環境吸收后的光信號，光譜分光模塊用于將每一路測溫模塊輸出的光信號轉換為相應的吸收光譜曲線；控制電路板用于按照設定時序控制每一路鹵鎢燈光源的亮滅，并根據每一路鹵鎢燈光源的亮滅時序，同步采集每一路鹵鎢燈光源對應的吸收光譜曲線。與現有技術相比，具有較低的成本，并可實現更大的測溫范圍。

技術領域

本發明屬于光纖測溫領域，具體涉及一種低成本多通道半導體吸收式測溫系統及傳感探頭制備工藝。

背景技術

在電力行業的變壓器繞組測溫裝置中，光纖測溫裝置以精度高、抗干擾能力強、安裝尺寸小等獨特的優勢，逐漸取代傳統的鉑電阻式測溫裝置。而光纖測溫從原理上分為熒光光纖式測溫與半導體光譜吸收式測溫兩類，前者應用廣泛，但是由于熒光材料的限制，以及自身強度解調的原理，使得該類測溫系統在測溫范圍、通道間一致性及互換性方面得不到重大突破。而半導體光譜吸收式測溫系統由于其特有的測溫原理，可以很好的彌補上述缺點，但是目前市面上的相關產品存在以下問題，難以滿足日益增長的市場需求：

(1)由于半導體砷化鎵在常溫的吸收光譜處于近紅外譜段，因此傳統半導體測溫系統通常選用中心波長處于近紅外譜段的發光二極管(LED/LD)，但是處于該譜段的激光管通常價位都比較高。另外，測溫范圍與光源的譜段成正比，即光源的光譜范圍越寬，測溫范圍越大。但是發光二極管通常的譜段范圍都比較小，LED光譜范圍一般為幾十個納米，LD則小于十個納米。

(2)半導體光譜吸收式光纖傳感測溫從工作模式上分析，光源發出的光經光纖傳輸到達傳感探頭，吸收后的光譜信號原路返回，由另一根光纖到達探測器。傳統的方式均是采用光纖耦合器，利用特殊的全光纖熔融拉錐工藝制作成50/50的1×2樹型/Y型光纖。但是這種特殊工藝的成品光纖器件價格較高，對于多通道測溫，更是增加了不少成本。

(3)傳統的分光模塊多采用準直系統與聚焦系統各自獨立的結構形式，并且多采用反射式光路，體積較大，成本也較高，像散難以矯正，光譜分辨力較低。

(4)傳統的半導體砷化鎵探頭制作，只是將研磨好、切好的晶片粘接在光纖斷面，長時間高溫老化后膠層容易出現變色和破損，最終導致信號變弱、晶片脫落。

(5)傳統的多路測溫，是在每一個分路中加入光開關，所有光源常亮，通過程序控制光開關的開合。這樣工作模式的缺點是光源常亮，使用壽命會縮短；另外，每一路增加光開關器件，成本增加。

發明內容

為了克服傳統半導體吸收式測溫系統存在的成本高、測溫范圍小、光源壽命短等問題，本發明提供一種低成本的多通道半導體吸收式測溫系統。

本發明的技術解決方案是提供一種低成本的多通道半導體吸收式測溫系統，其特殊之處在于：包括光源模塊、光纖耦合模塊、測溫模塊、光譜分光模塊及控制電路板；

上述光源模塊包括n個鹵鎢燈光源，各鹵鎢燈光源的引線通過導線及對應接插件與控制電路板連接；其中n為大于等于1的正整數；

上述光纖耦合模塊用于將光源模塊輸出的n路光信號分別耦合至對應的測溫模塊；其中測溫模塊與每一路光信號一一對應；

上述測溫模塊用于采集經待測環境吸收后的光信號，包括第一光纖、第二光纖、第三光纖及傳感探頭；上述第一光纖的輸入端與光纖耦合模塊的輸出端耦合；上述第一光纖的輸出端與第三光纖的輸入端均與第二光纖的同一端耦合，上述第二光纖的另一端與傳感探頭耦合；上述第三光纖的輸出端為測溫模塊的輸出端；上述測溫模塊的輸出端與光譜分光模塊的輸入端耦合；

上述光譜分光模塊的輸出端與控制電路板連接；