CN111413067A - 一种带小型制冷器的测量用探测器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光通信探测测量行业，具体涉及一种带小型制冷器的测量用探测器。该探测器包括探测器TO管和尾纤连接器，探测器TO管内部设有两个电路板和一个小型热电制冷器。本发明得到的探测器外形小巧，成品尺寸与市面常规探测器相比大幅度减小，且产品性能优异，功耗极低，很好的完成了小型化、低功耗的指标。
Description
技术领域
本发明属于光通信探测测量行业，涉及光纤测量测试相关技术，具体涉及一种带小型制冷器的测量用探测器。
背景技术
光纤通信作为一门新兴技术，其近年来发展速度之快、应用面之广是通信史上罕见的，也是世界新技术革命的重要标志和未来信息社会中各种信息的主要传送工具。随着通信事业的发展，光纤的应用越来越广泛，光纤测试技术也已成为一个崭新的领域，对光纤测试的方法与技术进行研究，越来越有普遍的意义。
测量用光电探测器通常采用雪崩二极管探测器芯片，并集成热电制冷器使其工作在稳定的温度环境下，随着光纤通信的发展，现在大多数通信系统都已经部署了很多光纤网络设备，光纤故障定位和相关测量分析需求大量的精确的测量用探测器件。
目前市面上测量用探测器尺寸和功耗都比较大，使用范围受到了很多限制，在特定场合需要小型化和低功耗的制冷型探测器。
发明内容
本发明要解决的问题：目前类似探测器体积较大不能满足小型化产品要求，功耗太大不能满足低功耗要求。
为解决上述问题，本发明提供了一种小型化低功耗探测器，同时能满足小尺寸和低功耗要求，并且其它指标都满足用户要求。
本发明的技术方案为：
一种带小型带制冷器的测量用探测器，包括探测器TO管11和尾纤连接器10；所述探测器TO管11包括管帽1和管座9，管帽1安装在管座9上；探测器TO管11的前端即管帽1，管帽1的顶端设有端口，端口通过连接尾纤连接器10与外部设备光口连接，探测器TO管11尾端即管座9，管座9上的引脚与外部用户端的电路板连接。
所述管帽1内设有小型热电制冷器8、电路板a6和电路板b7；所述电路板b7固定在管座9上，所述小型热电制冷器8固定在管座9上，电路板a6固定在小型热电制冷器8上；电路板a6与电路板b7相互串联。
所述电路板b7包括陶瓷衬底、镀金电路b、放大器2和电容3，其中放大器2和电容3并联，然后串联在镀金电路b中；所述电路板a6包括陶瓷衬底、镀金电路a、探测器芯片4和热敏电阻5，镀金电路a与探测器芯片4串联，且探测器芯片4和放大器2串联，探测器芯片4位于探测器TO管11的光学中心；热敏电阻5与管座9上的引脚串联，起到监控温度的作用；小型热电制冷器8与管座9上的引脚串联，起到为探测器芯片4降温的作用。
光传输信号通过尾纤连接器10连接到探测器TO管11并空间对接到探测器芯片4，探测器芯片4为感光芯片，光信号经过探测器芯片4探测转换为电流信号并在电路板a6进行传输，然后串联到电路板b7并经过放大器2将电流信号放大转换成电压信号，电压信号最后经过引脚连接到用户端电路板上。
本发明的有益效果为：
本发明采用了两块独立电路板，分别对信号接收和放大处理。其中一个电路板具备恒温控制功能并与另一个电路板分开布局，避免了两块电路部分有热量直接传导交换，对比市面上现有技术能够提高制冷工作效率并降低产品整体功耗。
本发明内部集成了芯片、放大器、制冷器等核心元器件，通过巧妙的结构设计和先进的工艺设计(通过激光焊接工艺，金丝键合工艺，回流焊接工艺等工艺过程)完成整个器件组装，实现小型化。该探测器外形小巧，成品尺寸与市面常规探测器相比大幅度减小，且产品性能优异，功耗极低，很好的完成了小型化、低功耗的指标。
附图说明
图1为本发明装置中的探测器TO管的结构示意图；
图2为本发明带小型带制冷器的测量用探测器的整体示意图。
图中：1管帽；2放大器；3电容；4探测器芯片；5热敏电阻；6电路板a；7电路板b；8小型热电制冷器；9管座；10尾纤连接器；11、探测器TO管。
具体实施方式
为了清楚的说明本发明的技术方案的内容，结合附图对本发明详细说明。
如图1和图2所示，一种带小型带制冷器的测量用探测器，包括探测器TO管11和尾纤连接器10；所述探测器TO管11包括管座9和管帽1，管帽1内设有小型热电制冷器8(TEC)、电路板a6和电路板b7；所述探测器TO管11顶部连接尾纤连接器10，通过连接尾纤连接器10与外部设备光口连接，管座9尾部引脚与外部用户端的电路板连接；所述管座9选用直径为6.0mm的小型化定制型管座。
上述装置的具体组装过程为：
步骤1.部件组装：所述管座9一侧上固定电路板b7，放大器2和电容3安装在电路板b7上对应位置；所述管座9另一侧固定小型热电制冷器8，电路板a6放置于小型热电制冷器8上，探测器芯片4和热敏电阻5安装在电路板a6上对应位置，两侧部件整体平行放置；探测器中心探测位置只有50微米，需通过高精度CCD调整探测器芯片4的位置，使其位于探测器TO管11的光学中心，且误差不得超过20微米；
步骤2.电气连接：通过夹具固定步骤1组装得到的半成品，放置于金丝邦线机加热平台上，按照设计电路图进行电气连接；
步骤3.电性能测试：将步骤2得到的半成品移位到测试夹具中，进行电性能测试；
步骤4.高温加热：将步骤3中测试合格的半成品，放置于100摄氏度高温真空烤箱内加热12小时，充分释放内部水汽；
步骤5.密封封焊：将步骤4得到的半成品的管帽1底部与管座9边缘用电阻焊接设备进行密封封焊；外观检查合格后的半成品放入密封罐中置于压强为5个大气压强的氦气中4个小时，取出静止15分钟后放入氦质谱检漏仪中检测氦气含量，氦气含量低于2*10- 9Pa·m3/s即为合格，得到探测器TO管11；
步骤6.电性能复测：将步骤5得到的探测器TO管11顶部与尾纤连接器10通过激光点焊连接成一体，进行电性能检测合格后放入高低温循环工艺以及高温老化工艺，之后，复测电性能合格的产品即为完成品。
最终产品的尾纤连接器10长度为1000mm，探测器TO管11长度为8mm、宽度为6.00mm，成品尺寸比市面常规探测器(长宽12mm*10mm)大幅度减小。功耗测试指标如下表1和表2，对比大尺寸功耗有80％以上的下降幅度。
表1本发明的探测器功耗测试表1
| 产品编号 | 温度 | TEC-I | TEC-V | TEC-P | 备注 |
| O01 | 70 | 0.7 | 2.2 | 1.54 | 大尺寸探测器 |
| O02 | 70 | 0.69 | 2.1 | 1.449 | 大尺寸探测器 |
| O01 | 25 | -0.1 | -0.06 | 0.006 | 大尺寸探测器 |
| O02 | 25 | -0.1 | -0.05 | 0.005 | 大尺寸探测器 |
| O01 | -5 | -0.5 | -1.97 | 0.985 | 大尺寸探测器 |
| O02 | -5 | -0.55 | -1.98 | 1.089 | 大尺寸探测器 |
| N01 | 70 | 0.33 | 0.56 | 0.1848 | 本发明探测器 |
| N02 | 70 | 0.29 | 0.48 | 0.1392 | 本发明探测器 |
| N01 | 25 | -0.03 | -0.06 | 0.0018 | 本发明探测器 |
| N02 | 25 | -0.04 | -0.07 | 0.0028 | 本发明探测器 |
| N01 | -5 | -0.16 | -0.26 | 0.0416 | 本发明探测器 |
| N02 | -5 | -0.17 | -0.26 | 0.0442 | 本发明探测器 |
表2本发明的探测器功耗测试表2
| 功耗 | 大尺寸探测器 | 本发明探测器 |
| 高温70度功耗 | 1.49W | 0.14W |
| 低温-5度功耗 | 1.03W | 0.04W |
通过比对发现，本发明探测器在高低温功耗大约为市面同类型大尺寸探测器的10％左右，节能效果显著。
Claims (1)
1.一种带小型带制冷器的测量用探测器，包括探测器TO管(11)和尾纤连接器(10)；所述探测器TO管(11)包括管帽(1)和管座(9)，管帽(1)安装在管座(9)上；探测器TO管(11)的前端即管帽(1)，管帽(1)的顶端设有端口，端口通过连接尾纤连接器(10)与外部设备光口连接，探测器TO管(11)尾端即管座(9)，管座(9)上的引脚与外部用户端的电路板连接；
所述管帽(1)内设有小型热电制冷器(8)、电路板a(6)和电路板b(7)；所述电路板b(7)固定在管座(9)上，所述小型热电制冷器(8)固定在管座(9)上，电路板a(6)固定在小型热电制冷器(8)上；电路板a(6)与电路板b(7)相互串联；
所述电路板b(7)包括陶瓷衬底、镀金电路b、放大器(2)和电容(3)，其中放大器(2)和电容(3)并联，然后串联在镀金电路b中；所述电路板a(6)包括陶瓷衬底、镀金电路a、探测器芯片(4)和热敏电阻(5)，镀金电路a与探测器芯片(4)串联，且探测器芯片(4)和放大器(2)串联，探测器芯片(4)位于探测器TO管(11)的光学中心；热敏电阻(5)与管座(9)上的引脚串联，起到监控温度的作用；小型热电制冷器(8)与管座(9)上的引脚串联，起到为探测器芯片(4)降温的作用；
光传输信号通过尾纤连接器(10)连接到探测器TO管(11)并空间对接到探测器芯片(4)，探测器芯片(4)为感光芯片，光信号经过探测器芯片(4)探测转换为电流信号并在电路板a(6)进行传输，然后串联到电路板b(7)并经过放大器(2)将电流信号放大转换成电压信号，电压信号最后经过引脚连接到用户端电路板上。
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