CN113670470A - 一种新型光纤测温模块 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光电子器件领域，具体涉及一种新型光纤测温模块，用于解决现有荧光光纤测温仪对测温机械模块加工精度要求高，并且后续光学器件组装会放大误差，导致光路光耦合低、返回光强不够的不足之处。该新型光纤测温模块，包括光纤耦合法兰、机械固定块、耦合光纤、光源、柔性PCB、光电二极管和PCB。本发明通过将光源嵌入耦合光纤，省去了凸透镜和半透半反射透镜，大大降低了对机械固定块加工精度的要求；并且激励光的发出和荧光信号的获取均在光纤内进行，避免了光路的空间耦合，提高了光路光耦合效率。
Description
技术领域
本发明涉及光电子器件领域，具体涉及一种新型光纤测温模块。
背景技术
荧光光纤测温仪的测温原理是基于稀土荧光物质的材料特性实现，如图1所示，半透半反射镜片(02)能够透过光源(01)发出的蓝光，再由凸透镜(03)将光线汇聚后照射到光纤耦合法兰(04)中的光纤上，光线沿外部测温光纤(05)到达光纤头部(06)，光纤头部(06)涂有稀土荧光物质；当这种稀土荧光物质在受光激励后，其中的电子吸收光子从低能级跃迁到激发态高能级，从高能级返回到低能级的辐射跃迁，发出红色荧光，激励光消失后，荧光通常以指数的形式衰落，指数衰落的时间常数称为荧光寿命，荧光寿命的长短决定于光纤头部(06)温度的高低；红色荧光沿外部测温光纤(05)返回到光纤耦合法兰(04)，再通过凸透镜(03)照射到半透半反射镜片(02)，半透半反射镜片(02)可以反射红色荧光，最终红色荧光照射到光电二级管(07)上，电子设备就可以通过检测光电二级管(07)上的电压检测出荧光寿命，再通过一定的算法计算出温度。
荧光光纤测温的最大优点是光纤是绝缘材料，不受周围电磁场干扰影响，尤其对于高电压、强电场的环境，优势愈加明显。另外，荧光光纤测温的温度值只取决于荧光材料的时间常数特性，而与系统的其他变量无关，具有互换性高、稳定性好、无需标定、寿命长等优点。
测温机械模块用于组装透镜、半透半反射镜片，凸透镜、光纤耦合法兰等一系列光学器件，是荧光光纤测温仪实现光路收发的关键零件，它要保证入射光尽可能多的耦合到荧光光纤端面，以保证足够光强去激发稀土荧光物质；同时还要保证荧光物质被激发后发出的荧光能尽可能多的被光电二极管接收，才能保证测量精度。
目前市场上的测温机械模块都是经过机械加工得到，通过机械加工的精度去保证光路耦合效率和光路的一致性，意味着加工精度要求非常高。但机械加工都存在公差，每个零件尺寸不一定都一致，并且不同批次也可能导致误差；此外，即使加工精度已经足够高，后续光学器件的组装也会放大误差，导致最后装配好的光路光耦合低，返回光强不够。
发明内容
本发明的目的是解决现有荧光光纤测温仪对测温机械模块加工精度要求高，并且后续光学器件组装会放大误差，导致光路光耦合低、返回光强不够的不足之处，而提供一种新型光纤测温模块。
为了解决上述现有技术所存在的不足之处，本发明提供了如下技术解决方案：
一种新型光纤测温模块，包括光纤耦合法兰、机械固定块、耦合光纤、光源、柔性PCB、光电二极管和PCB，其特殊之处在于：
所述机械固定块内设置有连通的第一定位孔和第二定位孔，所述第二定位孔下侧沿机械固定块径向设置有第三连接孔，所述PCB位于机械固定块下部；所述光纤耦合法兰一端设置在第一定位孔内，另一端与外部测温光纤连接；所述耦合光纤设置在第二定位孔内，耦合光纤一端伸入光纤耦合法兰通孔内，另一端与所述光电二极管对接，光电二极管与PCB电连接；所述耦合光纤与光电二极管对接的端面设置有半透半反射镀膜，耦合光纤内设置有与第三连接孔位置对应的光源；所述柔性PCB位于第三连接孔内，柔性PCB一端与光源电连接，另一端与PCB电连接。
进一步地，所述光源为蓝光光源；所述耦合光纤一端伸入光纤耦合法兰通孔内且与外部测温光纤对接，外部测温光纤上设置有荧光物质，荧光物质受到激励后发出红色荧光；所述半透半反射镀膜透过红光且反射蓝光，用于防止少量的蓝光照射到光电二极管上，以减少蓝光对测量精度的影响。
进一步地，所述耦合光纤中部设置有与第三连接孔位置对应的固定槽，所述光源位于固定槽内。
进一步地，所述耦合光纤为直径为1mm的塑料光纤。
进一步地，所述光源采用0402封装尺寸。
进一步地，所述固定槽开口为0.4mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明通过将光源嵌入耦合光纤，省去了凸透镜和半透半反射透镜，机械固定块的作用只是固定法兰、光纤、遮蔽自然光等，不再有光路耦合作用，因此大大降低了对机械固定块加工精度的要求。
(2)本发明中激励光的发出和荧光信号的获取均在光纤内进行，避免了光路的空间耦合，提高了光路光耦合效率，保证了光路的一致性，普通机械加工即能保证足够的精度，拆装维修后，光路参数也能保持和第一次装配一致。
附图说明
图1为荧光光纤测温仪的测温原理示意图；
图2为图1中A处的放大图。
图1、图2的附图标记说明如下：01-光源，02-半透半反射镜片，03-凸透镜，04-光纤耦合法兰，05-外部测温光纤，06-光纤头部，07-光电二级管。
图3为本发明一个实施例的结构示意图；
图4为图3中B处的放大图；
图5为图3实施例中耦合光纤的结构示意图。
图3至图5的附图标记说明如下：1-光纤耦合法兰；2-机械固定块，21-第一定位孔，22-第二定位孔，23-第三连接孔；3-耦合光纤，31-半透半反射镀膜；4-光源；5-柔性PCB；6-光电二极管；7-PCB；8-固定槽。
具体实施方式
下面结合附图和示例性实施例对本发明作进一步地说明。
参照图3，一种新型光纤测温模块，包括光纤耦合法兰1、机械固定块2、耦合光纤3、光源4、柔性PCB 5、光电二极管6和PCB 7。所述机械固定块2内设置有连通的第一定位孔21和第二定位孔22，所述第二定位孔22下侧沿机械固定块2径向设置有第三连接孔23，所述PCB 7位于机械固定块2下部；所述光纤耦合法兰1为ST型，其一端固定在第一定位孔21内，另一端与外部测温光纤05连接；所述耦合光纤3为直径1mm的塑料光纤，其位于第二定位孔22内，耦合光纤3一端伸入光纤耦合法兰1的通孔内，另一端与所述光电二极管6对接；光电二极管6位于机械固定块2内，且与PCB 7连接。
参照图4、图5，耦合光纤3中部设置有与第三连接孔23位置对应的固定槽8，其开口为0.4mm，所述光源4位于固定槽8内，光源4为蓝光光源，采用0402封装尺寸；所述柔性PCB 5位于第三连接孔23内，柔性PCB 5一端与光源4连接，另一端与PCB 7连接；所述耦合光纤3与光电二极管6对接的端面设置有半透半反射镀膜31，该半透半反射镀膜31可以透过红光并反射蓝光，以减少光源4产生的蓝光对测量精度的影响。
本发明的工作原理如下：由于光源4嵌入耦合光纤3内部，光源4发出的蓝色激励光直接照射到耦合光纤3中，再通过耦合光纤3最终耦合到外部测温光纤05的荧光物质上，该荧光物质受到激励发出红色荧光，红色荧光通过外部测温光纤05、耦合光纤3照射到光电二极管6上，光电二极管6将接收到的荧光转换为相应的电信号，再由后期设计的放大器和滤波器进行信号的放大、滤波处理，最后对荧光进行采样、检测、计算得出荧光寿命，并根据荧光寿命和温度的相关性计算出温度。上述过程中，无论光源4发出的激励光还是荧光物质发出的荧光信号都在耦合光纤3内，避免了光路的空间耦合，使发光和荧光的利用率大大提高，并且与原来通过镜片和透镜进行光路耦合相比，收发光效率大大提高。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，对于本领域的普通专业技术人员来说，可以对前述各实施例所记载的具体技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所保护技术方案的范围。
Claims (6)
1.一种新型光纤测温模块，包括光纤耦合法兰(1)、机械固定块(2)、耦合光纤(3)、光源(4)、柔性PCB(5)、光电二极管(6)和PCB(7)，其特征在于：
所述机械固定块(2)内设置有连通的第一定位孔(21)和第二定位孔(22)，所述第二定位孔(22)下侧沿机械固定块(2)径向设置有第三连接孔(23)，所述PCB(7)位于机械固定块(2)下部；所述光纤耦合法兰(1)一端设置在第一定位孔(21)内，另一端与外部测温光纤(05)连接；所述耦合光纤(3)设置在第二定位孔(22)内，耦合光纤(3)一端伸入光纤耦合法兰(1)通孔内，另一端与所述光电二极管(6)对接，光电二极管(6)与PCB(7)电连接；所述耦合光纤(3)与光电二极管(6)对接的端面设置有半透半反射镀膜(31)，耦合光纤(3)内设置有与第三连接孔(23)位置对应的光源(4)；所述柔性PCB(5)位于第三连接孔(23)内，柔性PCB(5)一端与光源(4)电连接，另一端与PCB(7)电连接。
2.根据权利要求1所述的一种新型光纤测温模块，其特征在于：所述光源(4)为蓝光光源；所述耦合光纤(3)一端伸入光纤耦合法兰(1)通孔内且与外部测温光纤(05)对接，外部测温光纤(05)上设置有荧光物质，荧光物质受到激励后发出红色荧光；所述半透半反射镀膜(31)透过红光且反射蓝光。
3.根据权利要求1或2所述的一种新型光纤测温模块，其特征在于：所述耦合光纤(3)中部设置有与第三连接孔(23)位置对应的固定槽(8)，所述光源(4)位于固定槽(8)内。
4.根据权利要求3所述的一种新型光纤测温模块，其特征在于：所述耦合光纤(3)为直径为1mm的塑料光纤。
5.根据权利要求4所述的一种新型光纤测温模块，其特征在于：所述光源(4)采用0402封装尺寸。
6.根据权利要求5所述的一种新型光纤测温模块，其特征在于：所述固定槽(8)开口为0.4mm。
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