CN111896139A - 温度传感器及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及温度传感器及系统，主要涉及温度检测领域。该温度传感器的光纤为空心光纤，激光器和光探测器分别设置在光纤两端，金属层设置在光纤内部，且设置位置在激光器和光探测器之间，晶体设置在金属层靠近激光器的一侧，其中，晶体在光纤光轴所在的平面的截面的形状为直角三角形，由于晶体的折射率会随温度发生变化，当该温度传感器需要对待测环境进行温度测量的时候，该晶体在温度的影响下，该激光器照射到该晶体上的光的折射率发生改变，进而使得该晶体的出射光的位置与该出射光的量发生改变，通过该光探测器检测该晶体出射光的光谱的变化情况，并根据该光谱变化和该温度的对应关系，得到该待测环境的温度。

Description

温度传感器及系统

技术领域

本发明涉及温度检测领域，主要涉及一种温度传感器及系统。

背景技术

温度传感器是指能感受温度并转换成可用输出信号的传感器。按测量方式可分为接触式和非接触式两大类，按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。

热电阻的温度传感器的检测原理是利用金属随着温度变化，其电阻值也发生变化，通过测量电阻，并通过电阻与温度的关系完成对温度的测量，热电偶温度传感器由两个不同材料的金属线组成，在末端焊接在一起。再测出不加热部位的环境温度，就可以准确知道加热点的温度。

由于热电阻温度传感器和热电偶温度传感器均需要通过将温度传感器内部的金属进行加热，金属在加热的过程中吸收一定的热量，使得该热电阻温度传感器和热电偶温度传感器对温度的测量存在较大误差。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种温度传感器及系统，以解决现有技术中的热电阻温度传感器和热电偶温度传感器均需要通过将温度传感器内部的金属进行加热，金属在加热的过程中吸收一定的热量，使得该热电阻温度传感器和热电偶温度传感器对温度的测量存在较大误差的问题。

为实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本申请提供一种温度传感器，温度传感器包括：光纤、激光器、晶体、金属层和光探测器，光纤为空心光纤，激光器和光探测器分别设置在光纤两端，金属层设置在光纤内部，且设置位置在激光器和光探测器之间，晶体设置在金属层靠近激光器的一侧，其中，晶体在光纤光轴所在的平面的截面的形状为直角三角形。

可选地，该金属层为多个金属微纳结构组成的平面。

可选地，该多个金属微纳结构均为手性结构单元。

可选地，该金属层的材料为记忆合金。

可选地，该晶体为磷酸二氢钾晶体和云母晶体中至少一种。

可选地，该温度传感器还包括聚焦透镜，聚焦透镜设置在金属层和探测器之间。

可选地，该聚焦透镜为透镜组。

第二方面，本申请提供一种温度传感系统，温度传感系统包括：处理器和第一方面任意一项的温度传感器，处理器与温度传感器的光探测器通讯连接，处理器用于分析计算待测温度。

本发明的有益效果是：

本申请提供的温度传感器包括：光纤、激光器、晶体、金属层和光探测器，光纤为空心光纤，激光器和光探测器分别设置在光纤两端，金属层设置在光纤内部，且设置位置在激光器和光探测器之间，晶体设置在金属层靠近激光器的一侧，其中，晶体在光纤光轴所在的平面的截面的形状为直角三角形，由于晶体的折射率会随温度发生变化，当该温度传感器需要对待测环境进行温度测量的时候，该晶体在温度的影响下，该激光器照射到该晶体上的光的折射率发生改变，进而使得该晶体的出射光的位置与该出射光的量发生改变，通过该光探测器检测该晶体出射光的光谱的变化情况，并根据该光谱变化和该温度的对应关系，得到该待测环境的温度，由于本申请通过温度改变晶体的折射率，通过晶体出射光的光谱的改变，得到该待测环境的温度，将温度的测量转化为光学问题，相比与传统的测量温度的装置，本申请减少了热量的散失，增加了测量温度的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明一实施例提供的一种温度传感器的结构示意图；

图2为本发明一实施例提供的另一种温度传感器的结构示意图。

图标：10-光纤；20-激光器；30-光探测器；40-金属层；50-晶体；60-聚焦透镜。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一金属板实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为了使本发明的实施过程更加清楚，下面将会结合附图进行详细说明。

图1为本发明一实施例提供的一种温度传感器的结构示意图；如图1所示，本申请提供一种温度传感器，温度传感器包括：光纤10、激光器20、晶体50、金属层40和光探测器30，光纤10为空心光纤10，激光器20和光探测器30分别设置在光纤10两端，金属层40设置在光纤10内部，且设置位置在激光器20和光探测器30之间，晶体50设置在金属层40靠近激光器20的一侧，其中，晶体50在光纤10光轴所在的平面的截面的形状为直角三角形。

光纤10一般为中心高折射率玻璃芯(芯径一般为50或62.5μm)，中间为低折射率硅玻璃包层(直径一般为125μm)，最外是加强用的树脂涂层，本申请的光纤10为去除中心的高折射率玻璃芯和中间的低折射率硅玻璃包层的空心光纤10，该空心光纤10的长度和半径根据实际需要而定，在此不做具体限定，该光纤10的两端分别设置有激光器20和光探测器30，该激光器20和该光探测器30分别将该空心的光纤10两端的孔堵住，使得该光纤10、激光器20和该光探测器30构成一个封闭的空间，该激光器20的类型根据实际需要进行选择，在此不做具体限定，一般的该激光器20为氦氖激光器20，该光探测器30用于探测光的光谱，该激光器20和该光探测器30之间设置有金属层40，该金属层40将该该光纤10、激光器20和该光探测器30构成的封闭空间分割为两部分，并且在该金属层40靠近该激光器20的一侧的空间内设置晶体50，该晶体50的厚度不同，将该晶体50沿该光纤10轴的方向进行分割，该晶体50的横截面为直角三角形，即该晶体50为一半的圆柱结构，在一个半径等于该光纤10内径的晶体50上，选择同时经过圆柱中心点、上表面的圆弧上的一个点和下表面圆弧上的点的线，并以该线与水平面的夹角将该圆柱进行切割，得到的任意一部分就是该晶体50的形状，由于晶体50的折射率随着温度的升高而增大，则当该温度传感器需要对待测环境进行温度测量的时候，该晶体50在温度的影响下，该激光器20照射到该晶体50上的光的折射率发生改变，进而使得该晶体50的出射光的位置与该出射光的量发生改变，通过该光探测器30检测该晶体50出射光的光谱的变化情况，并根据该光谱变化和该温度的对应关系，得到该待测环境的温度，需要说明的是，该光谱变化和该温度的对应关系根据实际测量得到，在此不做具体说明，由于本申请通过温度改变晶体50的折射率，通过晶体50出射光的光谱的改变，得到该待测环境的温度，将温度的测量转化为光学问题，相比与传统的测量温度的装置，本申请减少了热量的散失，增加了测量温度的准确性。

在微观上晶体50的折射率随温度升高而增大的解释为：光线之所以会折射，是因为光线射入光密质受到阻力增大。由于温度提高，光密质体积膨胀，原子间距离增大，变得相对"疏松"了,因此光线受到阻力相对减小，于是折射率增大。

可选地，该金属层40为多个金属微纳结构组成的平面。

金属层40有多个金属微纳结构组成的平面，该金属微纳结构可以为多种不同的金属微纳结构，可以为“L”形、“R”、“J”形和其他形状，每种金属微纳结构的数量根据实际需要进行设定，在此不做具体限定。

可选地，该多个金属微纳结构均为手性结构单元。

每个组成该金属层40的金属微纳结构均为手性结构单元，即具有手性，手性的金属微纳单元，组成手性结构阵列，吸收一部分通过晶体50的光，组成该金属层40的金属微纳结构尺寸是逐渐变化的，即该手性结构单元的尺寸具有一定差异。

可选地，该金属层40的材料为记忆合金。

由于本申请的温度传感器需要检测温度，金属一般在高温下会产生形变，记忆合金的形变是与温度有关，当温度恢复时，该金属层40的形状也恢复为原有形状，因此金属层40的金属微纳结构随着温度的变化，发生不同的形变，产生的透射光谱也会发生变化，可提高该温度传感器检测的灵敏度。

可选地，该晶体50为磷酸二氢钾晶体50和云母晶体50中至少一种。

该晶体50的材料可以为磷酸二氢钾晶体50，也可以为云母晶体50，还可以为磷酸二氢钾晶体50和云母晶体50的混合晶体50，在此不做具体限定。

可选地，该晶体50的数量可以为一层，也可以为多层，根据实际情况进行设置，在此不做具体限定。

图2为本发明一实施例提供的另一种温度传感器的结构示意图，如图2所示，可选地，该温度传感器还包括聚焦透镜60，聚焦透镜60设置在金属层40和探测器之间。

该聚焦透镜60设置该金属层40和该光探测器30之间，用于将通过该金属层40的透射光进行汇聚，使得更多的透射光传输到光探测器30上，减少光的散失，增加了检测热量的准确性。

可选地，该聚焦透镜60为透镜组。

若该聚焦透镜60为透镜组，则透镜组设置在该金属层40和该光探测器30之间，该透镜组用于将通过该金属层40的透射光进行汇聚，使得更多的透射光传输到光探测器30上，减少光的散失，增加了检测热量的准确性。

本申请提供的温度传感器包括：光纤10、激光器20、晶体50、金属层40和光探测器30，光纤10为空心光纤10，激光器20和光探测器30分别设置在光纤10两端，金属层40设置在光纤10内部，且设置位置在激光器20和光探测器30之间，晶体50设置在金属层40靠近激光器20的一侧，其中，晶体50在光纤10光轴所在的平面的截面的形状为直角三角形，由于晶体50的折射率会随温度发生变化，当该温度传感器需要对待测环境进行温度测量的时候，该晶体50在温度的影响下，该激光器20照射到该晶体50上的光的折射率发生改变，进而使得该晶体50的出射光的位置与该出射光的量发生改变，通过该光探测器30检测该晶体50出射光的光谱的变化情况，并根据该光谱变化和该温度的对应关系，得到该待测环境的温度，由于本申请通过温度改变晶体50的折射率，通过晶体50出射光的光谱的改变，得到该待测环境的温度，将温度的测量转化为光学问题，相比与传统的测量温度的装置，本申请减少了热量的散失，增加了测量温度的准确性。

本申请提供一种温度传感系统，温度传感系统包括：处理器和第一方面任意一项的温度传感器，处理器与温度传感器的光探测器30通讯连接，处理器用于分析计算待测温度。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种温度传感器，其特征在于，所述温度传感器包括：光纤、激光器、晶体、金属层和光探测器，所述光纤为空心光纤，所述激光器和所述光探测器分别设置在所述光纤两端，所述金属层设置在所述光纤内部，且设置位置在所述激光器和所述光探测器之间，所述晶体设置在所述金属层靠近所述激光器的一侧，其中，所述晶体在所述光纤光轴所在的平面的截面的形状为直角三角形。

2.根据权利要求1所述的温度传感器，其特征在于，所述金属层为多个金属微纳结构组成的平面。

3.根据权利要求2所述的温度传感器，其特征在于，多个所述金属微纳结构均为手性结构单元。

4.根据权利要求3所述的温度传感器，其特征在于，所述金属层的材料为记忆合金。

5.根据权利要求3所述的温度传感器，其特征在于，所述晶体为磷酸二氢钾晶体和云母晶体中至少一种。

6.根据权利要求3所述的温度传感器，其特征在于，所述温度传感器还包括聚焦透镜，所述聚焦透镜设置在所述金属层和所述探测器之间。

7.根据权利要求6所述的温度传感器，其特征在于，所述聚焦透镜为透镜组。

8.一种温度传感系统，其特征在于，所述温度传感系统包括：处理器和权利要求1-7任意一项所述的温度传感器，所述处理器与所述温度传感器的所述光探测器通讯连接，所述处理器用于分析计算待测温度。

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