(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 111458053 A(43)申请公布日 2020.07.28
(21)申请号 202010433184.6(22)申请日 2020.05.21
(71)申请人 保定上为电气科技有限公司
地址 071000 河北省保定市锦绣街677号火
炬产业园2号通用厂房1-03(72)发明人 佟晓亮 袁有启
(74)专利代理机构 北京科亿知识产权代理事务
所(普通合伙) 11350
代理人 李兴林(51)Int.Cl.
G01K 11/32(2006.01)
权利要求书1页 说明书3页 附图2页
(54)发明名称
一种砷化镓半导体光纤测温传感器及其测量方法(57)摘要
本发明公开了一种砷化镓半导体光纤测温传感器，包括壳体，壳体的两端分别设置有连接端子，壳体内串联安装有光纤耦合器、测温光纤、光电转换器、信号校正器和温度换算器；所述信号校正器的输入端通过第一电阻连接至第一运放的正向输入端，第一运放的反向输入端通过第二电阻接地，第一运放的正向输入端通过第三电阻连接至第一运放的输出端，第一运放的输出端通过串联的第一电容和第四电阻连接至第二运放的反向输入端，第二运放的正向输入端通过第五电阻接地，第二运放的正向输入端通过第六电阻连接至第二运放的输出端，第六电阻为可变电阻。本发明能够改进现有技术的不足，提高传感器校正的速度。
CN 111458053 ACN 111458053 A
权 利 要 求 书
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1.一种砷化镓半导体光纤测温传感器，特征在于：包括壳体(1)，壳体(1)的两端分别设置有连接端子(2)，壳体(1)内串联安装有光纤耦合器(3)、测温光纤(4)、光电转换器(5)、信号校正器(6)和温度换算器(7)；所述连接端子(2)包括基板(8)，基板(8)上设置有若干个通孔(9)，基板(8)的外侧边缘设置有一个螺纹孔(10)，螺纹孔(10)的轴线与基板(8)成45°角，螺纹孔(10)内螺纹连接有调节螺栓(11)，调节螺栓(11)外侧套接有扭矩传感器(12)；所述信号校正器(6)的输入端(IN)通过第一电阻(R1)连接至第一运放(A1)的正向输入端，第一运放(A1)的反向输入端通过第二电阻(R2)接地，第一运放(A1)的正向输入端通过第三电阻(R3)连接至第一运放(A1)的输出端，第一运放(A1)的输出端通过串联的第一电容(C1)和第四电阻(R4)连接至第二运放(A2)的反向输入端，第二运放(A2)的正向输入端通过第五电阻(R5)接地，第二运放(A2)的正向输入端通过第六电阻(R6)连接至第二运放(A2)的输出端，第六电阻(R6)为可变电阻，第二运放(A2)的输出端通过串联的第二电容(C2)和第七电阻(R7)连接至第三运放(A3)的正向输入端，第三运放(A3)的反向输入端通过第八电阻(R8)接地，第三运放(A3)的正向输入端通过第九电阻(R9)连接至第三运放(A3)的输出端，第三运放(A3)的输出端通过第十电阻(R10)连接至信号校正器(6)的输出端(OUT)，第二运放(A2)的输出端连接至第四运放(A4)的反向输入端，第四运放(A4)的反向输入端通过第三电容(C3)连接至第四运放(A4)的输出端，第四运放(A4)的正向输入端通过第十一电阻(R11)接地，第四运放(A4)的输出端通过第十二电阻(R12)连接至第一三极管(Q1)的基极，第一三极管(Q1)的集电极连接至第一电容(C1)和第四电阻(R4)之间，第一三极管(Q1)的发射极通过第四电容(C4)接地。
2.根据权利要求1所述的砷化镓半导体光纤测温传感器，其特征在于：第四运放(A4)的输出端和第一三极管(Q1)之间连接有第十三电阻(R13)。
3.根据权利要求2所述的砷化镓半导体光纤测温传感器，其特征在于：第二电容(C2)和第七电阻(R7)之间通过串联的第五电容(C5)和第六电容(C6)连接至第五运放(A5)的反向输入端，第五电容(C5)和第六电容(C6)之间通过第七电容(C7)接地，第五运放(A5)的正向输入端通过第十四电阻(R14)连接至第五运放(A5)的输出端，第五运放(A5)的正向输入端通过第十五电阻(R15)接地，第五运放(A5)的输出端通过第八电容(C8)连接至第四运放(A4)的正向输入端。
4.根据权利要求3所述的砷化镓半导体光纤测温传感器，其特征在于：第五运放(A5)的输出端分别连接至第二三极管(Q2)的基极和集电极，第二三极管(Q2)的发射极通过第九电容(C9)接地。
5.一种权利要求1-4任意一项所述的砷化镓半导体光纤测温传感器的测量方法，其特征在于包括以下步骤：使用固定螺栓将连接端子(2)与固定位置相连接；测量开始后激光通过光纤耦合器(3)进入测温光纤(4)，然后经过光电转换器(5)生成电信号，电信号经过信号校正器(6)校正后在温度换算器(7)中生成温度数据；当壳体(1)出现超出设定阈值的振动时，通过旋转调节螺栓(11)对壳体(1)的振动进行抑制，在每次调整调节螺栓(11)之后，根据各个扭矩传感器(12)上测得的锁止扭矩的平均值对第六电阻(R6)进行调整，第六电阻(R6)的阻值与锁止扭矩平均值成反比。
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说 明 书
一种砷化镓半导体光纤测温传感器及其测量方法
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技术领域
[0001]本发明涉及一种非接触式测温装置，尤其是一种砷化镓半导体光纤测温传感器及其测量方法。
背景技术
[0002]光纤测温传感器属于无源测量方式，安全性高、抗干扰能力强，被广泛应用于各类恶劣工况下的温度测量。由于测温光纤对于机械振动较为敏感，在实际使用过程中，当振动出现变化时就要对传感器进行重新校正，费时费力。发明内容
[0003]本发明要解决的技术问题是提供一种化镓半导体光纤测温传感器及其测量方法，能够解决现有技术的不足，提高传感器校正的速度。[0004]为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。[0005]一种砷化镓半导体光纤测温传感器，包括壳体，壳体的两端分别设置有连接端子，壳体内串联安装有光纤耦合器、测温光纤、光电转换器、信号校正器和温度换算器；所述连接端子包括基板，基板上设置有若干个通孔，基板的外侧边缘设置有一个螺纹孔，螺纹孔的轴线与基板成45°角，螺纹孔内螺纹连接有调节螺栓，调节螺栓外侧套接有扭矩传感器；所述信号校正器的输入端通过第一电阻连接至第一运放的正向输入端，第一运放的反向输入端通过第二电阻接地，第一运放的正向输入端通过第三电阻连接至第一运放的输出端，第一运放的输出端通过串联的第一电容和第四电阻连接至第二运放的反向输入端，第二运放的正向输入端通过第五电阻接地，第二运放的正向输入端通过第六电阻连接至第二运放的输出端，第六电阻为可变电阻，第二运放的输出端通过串联的第二电容和第七电阻连接至第三运放的正向输入端，第三运放的反向输入端通过第八电阻接地，第三运放的正向输入端通过第九电阻连接至第三运放的输出端，第三运放的输出端通过第十电阻连接至信号校正器的输出端，第二运放的输出端连接至第四运放的反向输入端，第四运放的反向输入端通过第三电容连接至第四运放的输出端，第四运放的正向输入端通过第十一电阻接地，第四运放的输出端通过第十二电阻连接至第一三极管的基极，第一三极管的集电极连接至第一电容和第四电阻之间，第一三极管的发射极通过第四电容接地。[0006]作为优选，第四运放的输出端和第一三极管之间连接有第十三电阻。[0007]作为优选，第二电容和第七电阻之间通过串联的第五电容和第六电容连接至第五运放的反向输入端，第五电容和第六电容之间通过第七电容接地，第五运放的正向输入端通过第十四电阻连接至第五运放的输出端，第五运放的正向输入端通过第十五电阻接地，第五运放的输出端通过第八电容连接至第四运放的正向输入端。[0008]作为优选，第五运放的输出端分别连接至第二三极管的基极和集电极，第二三极管的发射极通过第九电容接地。
[0009]一种上述的砷化镓半导体光纤测温传感器的测量方法，包括以下步骤：使用固定
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说 明 书
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螺栓将连接端子与固定位置相连接；测量开始后激光通过光纤耦合器进入测温光纤，然后经过光电转换器生成电信号，电信号经过信号校正器校正后在温度换算器中生成温度数据；当壳体出现超出设定阈值的振动时，通过旋转调节螺栓对壳体的振动进行抑制，在每次调整调节螺栓之后，根据各个扭矩传感器上测得的锁止扭矩的平均值对第六电阻进行调整，第六电阻的阻值与锁止扭矩平均值成反比。
[0010]采用上述技术方案所带来的有益效果在于：本发明首先设计了一个对振动干扰可以进行有效抑制的校正电路。校正电路中，首先使用第一运放对待校正信号强度进行调整，以便于第二运放和第四运放组成的闭环反馈电路对干扰信号进行分离，第三运放用来对校正的信号强度进行二次调整，以满足信号输出的强度要求。使用调节螺栓对明显的机械振动进行硬件层面的抑制，然后反馈电路中的第六电阻实现与调节螺栓扭矩的同步调整，以实现校正电路对机械振动特征的快速适应，减少停机对传感器进行全面校正的次数。第十三电阻建立了一个单独的滤波通路，降低了第一三极管开闭过程对校正电路的干扰。第五运放用来对第四运放接地端的电平进行反馈控制，以实现根据输出信号的变化对第四运放反馈量的实时调节，同时这种反馈方式可以避免对输出信号中残留的干扰分量产生叠加效应。
附图说明
[0011]图1是本发明一个具体实施方式的结构图。
[0012]图2是本发明一个具体实施方式中连接端子的结构图。[0013]图3是本发明一个具体实施方式中信号校正器的电路图。
具体实施方式
[0014]参照图1-3，本发明一个具体实施方式包括壳体1，壳体1的两端分别设置有连接端子2，壳体1内串联安装有光纤耦合器3、测温光纤4、光电转换器5、信号校正器6和温度换算器7；所述连接端子2包括基板8，基板8上设置有若干个通孔9，基板8的外侧边缘设置有一个螺纹孔10，螺纹孔10的轴线与基板8成45°角，螺纹孔10内螺纹连接有调节螺栓11，调节螺栓11外侧套接有扭矩传感器12；所述信号校正器6的输入端IN通过第一电阻R1连接至第一运放A1的正向输入端，第一运放A1的反向输入端通过第二电阻R2接地，第一运放A1的正向输入端通过第三电阻R3连接至第一运放A1的输出端，第一运放A1的输出端通过串联的第一电容C1和第四电阻R4连接至第二运放A2的反向输入端，第二运放A2的正向输入端通过第五电阻R5接地，第二运放A2的正向输入端通过第六电阻R6连接至第二运放A2的输出端，第六电阻R6为可变电阻，第二运放A2的输出端通过串联的第二电容C2和第七电阻R7连接至第三运放A3的正向输入端，第三运放A3的反向输入端通过第八电阻R8接地，第三运放A3的正向输入端通过第九电阻R9连接至第三运放A3的输出端，第三运放A3的输出端通过第十电阻R10连接至信号校正器6的输出端OUT，第二运放A2的输出端连接至第四运放A4的反向输入端，第四运放A4的反向输入端通过第三电容C3连接至第四运放A4的输出端，第四运放A4的正向输入端通过第十一电阻R11接地，第四运放A4的输出端通过第十二电阻R12连接至第一三极管Q1的基极，第一三极管Q1的集电极连接至第一电容C1和第四电阻R4之间，第一三极管Q1的发射极通过第四电容C4接地。第四运放A4的输出端和第一三极管Q1之间连接有第十三电
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阻R13。第二电容C2和第七电阻R7之间通过串联的第五电容C5和第六电容C6连接至第五运放A5的反向输入端，第五电容C5和第六电容C6之间通过第七电容C7接地，第五运放A5的正向输入端通过第十四电阻R14连接至第五运放A5的输出端，第五运放A5的正向输入端通过第十五电阻R15接地，第五运放A5的输出端通过第八电容C8连接至第四运放A4的正向输入端。第五运放A5的输出端分别连接至第二三极管Q2的基极和集电极，第二三极管Q2的发射极通过第九电容C9接地。[0015]其中，第一电阻R1为1.5kΩ，第二电阻R2为4kΩ，第三电阻R3为4kΩ，第四电阻R4为0.5kΩ，第五电阻R5为0.8kΩ、第六电阻R6的调整范围为0.1～50kΩ，第七电阻R7为3.5kΩ，第八电阻R8为0.35kΩ,第九电阻R9为2kΩ，第十电阻R10为5.5kΩ，第十一电阻R11为2.5kΩ，第十二电阻R12为8kΩ，第十三电阻R13为5kΩ，第十四电阻R14为1.5kΩ，第十五电阻R15为5.5kΩ。第一电容C1为500μF，第二电容C2为200μF，第三电容C3为350μF，第四电容C为75μF，第五电容C5为100μF，第六电容C6为250μF，第七电容C7为50μF，第八电容C8为50μF，第九电容C9为400μF。
[0016]一种上述的砷化镓半导体光纤测温传感器的测量方法，包括以下步骤：使用固定螺栓将连接端子2与固定位置相连接；测量开始后激光通过光纤耦合器3进入测温光纤4，然后经过光电转换器5生成电信号，电信号经过信号校正器6校正后在温度换算器7中生成温度数据；当壳体1出现超出设定阈值的振动时，通过旋转调节螺栓11对壳体1的振动进行抑制，在每次调整调节螺栓11之后，根据各个扭矩传感器12上测得的锁止扭矩的平均值对第六电阻R6进行调整，第六电阻R6的阻值与锁止扭矩平均值成反比。
[0017]以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
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说 明 书 附 图
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图1
图2
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说 明 书 附 图
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图3
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