半導(dǎo)體式光纖溫度傳感器的建模、仿真與實(shí)驗(yàn)

一般采用能夠覆蓋吸收波長(zhǎng)λT的變化范圍且具有一定的光譜寬度，體積小、耗電少的的發(fā)光二極管做光源，其光譜近似于高斯分布：

式中，λ0是光源峰值波長(zhǎng)，△λ是光源譜寬，I0是最大光譜輻射強(qiáng)度。
由式(3)可計(jì)算得出，當(dāng)被測(cè)溫度從0～200℃變化時(shí)，120 μm的GaAs材料的本征吸收波長(zhǎng)從865nm變到925nm，因此本系統(tǒng)中選用峰值波長(zhǎng)為880nm，譜寬為100 nm的GaAlAs發(fā)光二極管。
光電探測(cè)器的選擇要使其光譜響應(yīng)度R(λ)與光源的峰值波長(zhǎng)相對(duì)應(yīng)，最好使其峰值響應(yīng)度對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)與光源的峰值波長(zhǎng)一致，以獲得最大的輸出。為此，選擇硅 PIN光電二極管作為光電探測(cè)器，它的性能穩(wěn)定，價(jià)格便宜，使用簡(jiǎn)單，尤其是在800～900nm波段光電轉(zhuǎn)換效率最高，與所選光源LED的工作波段一致。
光電二極管是基于光生伏特效應(yīng)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的，它的光譜響應(yīng)曲線具有指數(shù)形式，用x2分布函數(shù)來表示，為此選擇兩個(gè)正態(tài)分布之和作為其數(shù)學(xué)表達(dá)式：
式中，λ0、△λ、λ1、λ2、σ1、σ2均為常數(shù)，單位nm，溫度t的單位是K。用常溫20℃，即293KH寸的輸出J為基值，對(duì)輸出進(jìn)行歸一化，則