砷化鎵光纖測溫系統，在光纖末端加入砷化鎵晶體，當光源發出多重波長的光照射到砷化鎵晶體時，該晶體會依據溫度吸收不同波長的入射光，同時將剩餘沒有吸收的波長的光反射回去。因此通過檢測反射光的光譜，即可換算出測量溫度。該方法為光纖單點測溫。砷化鎵光纖感測器是光探頭，帶隙隨溫度變化，可變光學濾波器，砷化鎵材料屬性不隨時間變化，是真正的無源探頭。在電氣系統中，只有真正的無源，才是最安全的元件。光纖是迄今為止世界上最穩定的信號傳輸媒介。其穩定性是任何一款無線傳輸技術都無法比擬的，特別是在電磁環境中。相比無線測溫探頭可以控制材料成本，光纖探頭生產具有唯一性的，沒有任何偷工減料的可能。感測物質為絕緣性材料，性能穩定，可靠性高。基於光譜分析，不受光源劣化、光纖彎折等強度相關參量變化的影響。全介質，不受EMI干擾，普遍套用於強電場、強磁場壞境中。耐高電壓，耐化學腐蝕，低損耗。感測器體積小，感溫部分僅有 0.3mm，導體使用 62.5um 光纖，柔軟，可靠，安裝過程中不易受損。 砷化鎵晶片基於微納加工工藝，一致性高，同編號的感測器之間可互換，無需校準，無漂移，不受技術制約。感測器長度可達到500m以上。 光源壽命>30年，線上監測，穩定性超過30年，是光纖點式測溫最佳方案，已經廣泛使用於國內外高精尖設備及大型超高壓油浸式變壓器繞組等溫度監測。
基本介紹
- 中文名：砷化鎵光纖測溫系統
- 外文名：GaAs optical fiber temperature measurement system
- 用途：電火工品測試；軍艦、潛艇、高端工具機熱點測溫；水輪發電機組、火電機組、風電機組定子熱點測溫；油變繞組、開關櫃等設備熱點測溫
- 砷化鎵半導體光纖：砷化鎵半導體光纖測溫系統
工作原理,特點,套用,技術參數,
工作原理
用於測量高壓溫度的光纖溫度感測器是基於GaAs（砷化鎵）半導體對白光吸收/傳輸原理所開發的一款產品。溫度變化對半導體的影響是眾所周知並且可以預判的。隨著半導體溫度的升高，半導體的傳輸譜線（未被吸收的光線）躍遷成為更長的波長譜線。在任意給定的溫度下，一個特定的傳輸波長譜線的躍遷範圍可以從初始的0%到100%。這種躍遷被稱作吸收躍變，發生吸收躍變的具體波長和溫度之間有可預測的固定關係。
為什麼會發生這種躍遷？半導體的帶隙可以在物理方面解釋這種現象。這個“帶隙”是指電子從物態到激發態（相對於鬆弛狀態，恆穩狀態）需要的能量。隨著越來越多的能量進入半導體（隨著溫度的升高，能量以熱量的形式進入半導體），這個帶隙變得越來越窄——激發電子需要的額外能量也隨之變少。實際上，是進入半導體的光子（光粒子）激發了電子。如果光子攜帶的能量足以使電子越過帶隙，那么這個光子就會被吸收。如果光子攜帶的能量不足，那么該光子將會被透射。光子的波長越短，攜帶的能量越多。因為帶隙隨著半導體溫度的升高而變窄，穿過帶隙需要的能量也隨之變少，“能量帶”吸收的光子所需攜帶的能量也越來越少（波長可以越來越長）。這種效應就是讓吸收移位到更長的光波。因此，通過測量吸收躍變的位置可以測得半導體的溫度。需要注意的是：該技術的關鍵是波長而不是光的強度。
溫度感測器
溫度感測器是建立在直接接觸溫度測量基礎上的。該感測器和諸如熱電偶及RTD（電阻溫度裝置）等傳統溫度感測器的工作原理相同。換句話說，半導體材料必須接觸物體或浸入需要測量的液體或氣體。接觸越緊密，感測探頭的熱質量越小，半導體也會更快地對溫度變化作出反應。我們需要通過傳遞光到半導體來測量吸收的程度。這就是光纖的功能所在。
在打磨良好的光纖的一端連線微型GaAs半導體。在該半導體的一側預埋有反射介電膜。介電意味著不具備導電性；所有的材料都具有該性質（“高介電強度”），這也是我們公司感測器技術超出諸如熱電偶及RTD等傳統溫度感測器（使用電線傳遞電信號）的主要優點之一。
光纖上覆有保護套（由尼龍、聚亞胺或聚四氟乙烯製成），能適應運輸和化學環境。然後整個端部組件（半導體和光纖端部）嵌入高溫粘結劑，以保護感測器（即半導體）免遭化學腐蝕和機械損壞。
砷化鎵技術中，吸收躍變的計算不取決於這種特定儀器的信號強度，主要取決於相關光線的波長。影響光纖衰減的各種因素（光纖長度、數量和連線質量、光纖直徑和材料以及彎曲度）均不會嚴重限制我們系統的使用。此方法提供了可靠的重複溫度測量方法，同時不會因為連線器中的電力損失或者光纖彎曲而出錯。
特點
砷化鎵晶體的價帶最大值與導帶最小值均在K空間上同一點，為直接帶隙半導體，電子從價帶躍遷至導帶時不會對動量產生影響，電子吸收足夠的能量即可直接躍遷；當光照射在半導體材料上，有一部分光被吸收，產生光衰減現象；半導體材料對光的吸收分為本徵吸收和非本徵吸收兩種，當光子能量足夠大時，價帶電子吸收足夠多的能量被激發到導帶，這個過程稱為本徵吸收，砷化鎵晶體是直接帶隙半導體材料，對光子的吸收主要是本徵吸收。光子能量超過禁頻寬度時，吸收係數陡然上升，會對光產生強烈的吸收，在吸收光譜上就會出現明顯的吸收邊；在20K-973K範圍內，砷化鎵晶體的禁頻寬度與溫度間具有一定的函式關係，在任一溫度下都對應一個不同的吸收邊波長，建立砷化鎵晶體吸收邊波長與溫度值的對應關係，即可根據特定的算法關係得到溫度信息。
套用
電火工品電磁輻射敏感性測試；軍艦設備、潛艇設備熱點測溫；水輪發電機、火電發電機、風電機組定子熱點測溫；超高壓電氣設備熱點測溫；高端工具機熱點測溫；軌道交通設備、石油化工設備、生物醫療設備、工業微波設備、鋼鐵冶金設備、食品安全設備熱點測溫。
技術參數
砷化鎵吸收式光纖溫度感測技術特點：
1）感測材料為微型砷化鎵晶片，晶片性能穩定、可靠性高，因此感測器可以長時間工作；
2）感測器體積小，亞毫米；
3）晶片材料一致性好，互換性好；
4）採用光譜分析方法，光源、傳輸效率、耦合程度、光纖彎折等強度相關參量的變化，不影響測量結果；
感測物質為絕緣性材料，性能穩定，可靠性高。基於光譜分析，不受光源劣化、光纖彎折等強度相關參量變化的影響。全介質，不受EMI干擾，普遍套用於強電場、強磁場壞境中。耐高電壓，耐化學腐蝕，低損耗。感測器體積小，感溫部分僅有 0.3mm，導體使用 62.5um 光纖，柔軟，可靠，安裝過程中不易受損。 砷化鎵晶片基於微納加工工藝，一致性高，同編號的感測器之間可互換，無需校準，無漂移，不受技術制約。感測器長度可達到500m以上。 光源壽命>30年，線上監測，穩定性超過30年。
