CN104375073A - 光导探测器不同温度下光电响应灵敏度标定的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光导探测器不同温度下光电响应灵敏度标定的装置，包括密封容器、激光器、光耦合器、光纤、恒温箱、铜导线、电阻测量仪、接线端子板、待标定的光导探测器、标准温度传感器及光纤准直器；所述密封容器位于恒温箱的恒温介质中，待标定的光导探测器及标准温度传感器均位于所述密封容器内，铜导线的一端与密封容器的内壁相连接，铜导线的另一端与待标定的光导探测器的外壳相连接，铜导线的中部与标准温度传感器的外壳相连接；所述待标定的光导探测器的输出端与标准温度传感器的输出端均通过接线端子板与电阻测量仪的输入端相连接。本发明能够准确的完成光导探测器的标定。
Description
技术领域
本发明涉及一种光导探测器灵敏度标定的装置，具体涉及一种光导探测器不同温度下光电响应灵敏度标定的装置。
背景技术
当前可用于室温的光导探测器(HgCdTe、InSb、PbSe)等因为其灵敏度高、使用光谱宽、无需高压偏置、应用温度范围广等优点，被广泛用于中红外光电检测装置中(杨鹏翎冯国斌王群书，中红外高能激光光斑探测器，中国激光2009年8月)。
室温中红外HgCdTe光导探测器，光谱范围为3～5μm，工作偏流为4mA，室温下元阻抗为100～200Ω，响应时间小于1ms。
光导探测器不仅对接收的光功率敏感，而且对所处环境的温度也敏感，因此要精确测量所接收的光信号，必须对该探测器在特定温度范围内的温度响应和光电响应灵敏度进行精确标定。标定内容包括：1)温度响应：在不同温度、无光照时探测器的暗电阻；2)光电响应灵敏度：在某一特定温度时，探测器内阻随入射光功率的变化。
通常采用以空气为介质的温控箱来标定光导探测器在不同温度下的温度响应和光电响应灵敏度。然而由于以空气为介质的温控箱温控精度通常仅为0.5℃，这就为光导探测器参数的标定带来较大的不确定度。与此相对照，以液体为恒温介质(包括水、酒精、防冻液以及油等)的恒温箱以其温控精度高，达0.01℃，为显著优点，广泛用于各种温度传感器的标定和测试中，下面介绍以液体为恒温介质的光导探测器在不同温度下光电响应灵敏度的标定装置与方法。
对于没有经过防水密封的光导探测器，如果直接浸没在恒温介质中来标定温度响应，可能引发传感器短路和被介质污染的危险，造成标定失败，从而严重地影响了光导探测器的标定精度。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种光导探测器不同温度下光电响应灵敏度标定的装置，该装置能够准确的完成光导探测器的标定。
为达到上述目的，本发明所述的光导探测器不同温度下光电响应灵敏度标定的装置包括密封容器、激光器、光耦合器、光纤、恒温箱、铜导线、电阻测量仪、接线端子板、待标定的光导探测器、标准温度传感器及光纤准直器；
所述密封容器位于恒温箱的恒温介质中，待标定的光导探测器及标准温度传感器均位于所述密封容器内，铜导线的一端与密封容器的内壁相连接，铜导线的另一端与待标定的光导探测器的外壳相连接，铜导线的中部与标准温度传感器的外壳相连接；
所述激光器发出的光依次经光耦合器耦合、光纤传递、以及光纤准直器准直后透过待标定的光导探测器的光窗照射到待标定的光导探测器的光敏面上；
所述待标定的光导探测器的输出端与标准温度传感器的输出端均通过接线端子板与电阻测量仪的输入端相连接。
所述待标定的光导探测器的输出端与接线端子板通过第一多芯电缆相连接；
所述标准温度传感器的输出端与接线端子板通过第二多芯电缆相连接。
所述第一多芯电缆及第二多芯电缆均包括四根导线，待标定的光导探测器上设有三个引脚，其中，第一个内接待标定的光导探测器外壳的引脚与铜导线的一端相连接，第二个引脚与第一多芯电缆中两根导线的一端相连接，第三个引脚与第一多芯电缆中另外两根导线的一端相连接，第一多芯电缆中四根导线的另一端穿过密封容器与接线端子板相连接；第二多芯电缆中四根导线的一端与标准温度传感器的输出端相连接，第二多芯电缆中四根导线的另一端穿过密封容器与接线端子板相连接，光纤的中部位于第一多芯电缆中。
所述密封容器包括容器及与容器顶部开口相连接的盖板，盖板与容器顶部的开口通过卡扣或螺纹连接，且盖板与容器顶部的开口通过密封胶密封。
所述盖板上设有两个圆孔，第一多芯电缆及第二多芯电缆分别穿过两个圆孔，且两个圆孔的内壁与第一多芯电缆的护套及第二多芯电缆的护套之间均密封连接。
所述铜导线与密封容器的内壁、标准温度传感器的外壳均通过导热乳胶相连接。
所述光纤的两端设有光纤接头，光纤两端的光纤接头分别与光耦合器及光纤准直器相连接。
所述标准温度传感器为PT100标准温度传感器；
所述电阻测量仪为双路精密电阻测量仪。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的光导探测器不同温度下光电响应灵敏度标定的装置在对光导探测器进行标定的过程中，待标定的光导探测器及标准温度传感器均位于密封容器中，密封容器位于恒温箱的恒温介质中，从而避免恒温箱中的恒温介质与标准温度传感器以及待标定的光导探测器相接触，从而影响标定的精度，同时通过铜导线将恒温箱的内壁、标准温度传感器外壳及待标定的光导探测器外壳相连接，从而使标准温度传感器上的温度与待标定的光导探测器上的温度相一致，从而提高标定的精度。另外，激光器发出的光依次经光耦合器耦合、光纤传递、以及光纤准直器准直后透过待标定的光导探测器的光窗照射到待标定的光导探测器的光敏面上，在标定过程中，只需通过电阻测量仪检测在不同温度且无光照时待标定的光导探测器的暗电阻；并在固定温度时，通过电阻测量仪检测待标定的光导探测器的内阻随入射光功率的变化，操作简单，方便。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中密封容器的结构示意图。
其中，1为光耦合器、2为第一多芯电缆、3为第二多芯电缆、4为光纤、5为引脚、6为待标定的光导探测器、7为光窗、8为光纤准直器、9为盖板、10为铜导线、11为标准温度传感器、12为容器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参考图1及图2，本发明所述的光导探测器不同温度下光电响应灵敏度标定的装置包括密封容器、激光器、光耦合器1、光纤4、恒温箱、铜导线10、电阻测量仪、接线端子板、待标定的光导探测器6、标准温度传感器11及光纤准直器8，密封容器位于恒温箱的恒温介质中，待标定的光导探测器6及标准温度传感器11均位于所述密封容器内，铜导线10的一端与密封容器的内壁相连接，铜导线10的另一端与待标定的光导探测器6的外壳相连接，铜导线10的中部与标准温度传感器11的外壳相连接；激光器发出的光依次经光耦合器1耦合、光纤4传递、以及光纤准直器8准直后透过待标定的光导探测器6的光窗7照射到待标定的光导探测器6的光敏面上；待标定的光导探测器6的输出端与标准温度传感器11的输出端均通过接线端子板与电阻测量仪的输入端相连接。
需要说明的是，所述待标定的光导探测器6的输出端与接线端子板通过第一多芯电缆2相连接，标准温度传感器11的输出端与接线端子板通过第二多芯电缆3相连接，第一多芯电缆2及第二多芯电缆3均包括四根导线，待标定的光导探测器6上设有三个引脚5，其中，第一个内接待标定的光导探测器6外壳的引脚5与铜导线10的一端相连接，第二个引脚5与第一多芯电缆2中两根导线的一端相连接，第三个引脚5与第一多芯电缆2中另外两根导线的一端相连接，第一多芯电缆2中四根导线的另一端穿过密封容器与接线端子板相连接；第二多芯电缆3中四根导线的一端与标准温度传感器11的输出端相连接，第二多芯电缆3中四根导线的另一端穿过密封容器与接线端子板相连接，光纤4的中部位于第一多芯电缆2中，密封容器包括容器12及与容器12顶部开口相连接的盖板9，盖板9与容器12顶部的开口通过卡扣或螺纹连接，且盖板9与容器12顶部的开口通过密封胶密封，盖板9上设有两个圆孔，第一多芯电缆2及第二多芯电缆3分别穿过两个圆孔，且两个圆孔的内壁与第一多芯电缆2的护套及第二多芯电缆3的护套之间均密封连接，铜导线10与密封容器的内壁、标准温度传感器11的外壳均通过导热乳胶相连接，光纤4的两端设有光纤接头，光纤4两端的光纤接头分别与光耦合器1及光纤准直器8相连接，标准温度传感器11为PT100标准温度传感器；电阻测量仪为双路精密电阻测量仪。
密封容器为瓶状容器，材料可选择为玻璃等绝缘导热材料，形状为圆柱形，容器12顶部的开口应足够大，以便放入至少一个待标定的光导探测器6，盖板9建议采用金属材料，容器12的密封方式可以是卡扣式或者螺纹式，盖上后为确保容器12在整个标定温度范围内的密封性，应在容器12及盖板9接缝处用适当的密封材料，乳胶或石蜡。对于-20～+40℃温度范围，采用石蜡获得了良好的密封效果。盖板9上开设有两个圆孔，一个用于把第一多芯电缆2穿出密封容器外，以便对待标定的光导探测器6的电阻值进行四线法测量，另一个用于将第二多芯电缆3穿出到密封容器外，以便对标准温度传感器11的电阻值进行四线法测量，两个圆孔的直径应略大于第一多芯电缆2及第二多芯电缆3护套的直径，以方便电缆穿过。为确保标定过程中恒温介质不会从密封盖上的圆孔与第一多芯电缆2及第二多芯电缆3的护套间渗入，应在第一多芯电缆2及第二多芯电缆3穿好后，先用固化后具有弹性的密封胶(如704硅橡胶)从盖板9的内外两个方向对圆孔与第一多芯电缆2及第二多芯电缆3的护套间隙进行密封，待固化后再用固化后强度和硬度较大的快干胶从盖板9的内外两个方向对圆孔与第一多芯电缆2及第二多芯电缆3的护套之间的间隙进行密封，同时本发明所用的胶之间、以及胶与恒温箱中的恒温介质之间在标定范围内均不发生反应或浸蚀现象。
该密封容器中待标定的光导探测器6通过2个引脚5与第一多芯电缆2进行四线连接，如果需要在一个密封容器内同时标定多个光导探测器6时，则第一多芯电缆2内导线的数量为待标定的光导探测器6数量的4倍。而且每个待标定的光导探测器6对应一芯光纤，每个待标定的光导探测器6都采用4线连接，而且需要清楚标识，相邻待标定的光导探测器6应确保固定可靠，引线之间避免短路，各内接待标定的光导探测器6外壳的引脚5串接后与标准温度传感器11的外壳以及密封容器的内壁保持热联通。
激光器采用待标定波长激光器，光耦合器1和光纤4的选用也应与待标定波长激光相匹配，比如对于1.3μm的近红外激光，可选用带尾纤的1.3μm半导体激光器和通信中常用的光纤4，光耦合器1可以省略。如果对3.8μm的中红外激光，则激光器采用可输出3.8μm激光的DF激光器，光耦合器1用于把激光汇聚到光纤4中去，而光纤4也必须采用对3.8μm激光传输损耗较低的氟化物光纤4，对于宽光谱响应的待标定的光导探测器6，如果响应波长包含1.3μm和3.8μm，则对3.8μm波长的光电响应参数标定可以用1.3μm波长的***来完成，然后根据波长等效定标关系(冯国斌，室温中红外HgCdTe光导探测器响应率的温度特性光子学报，2013年7月)，最后换算回3.8μm波长的光电响应。
密封容器浸没在恒温箱的恒温介质中，当密封容器中温度达到设定温度时，标准的温度传感器指示的温度即为待标定的光导探测器6的温度，标准温度传感器11和待标定的光导探测器6的阻值均通过第一多芯电缆2及第二多芯电缆3引至接线端子板，通过四线法由双路精密电阻测量仪测出其电阻值。
对于多个光导探测器6的同时标定，光耦合器1中还应包含一对多的光耦合器1，分出的多芯光纤4，与待标定的光导探测器6一一对应，在接线端子板与第一多芯电缆2之间应加入四路多对一的转换开关，通过切换实现对多个待标定的光导探测器6的标定。
Claims (8)
1.一种光导探测器不同温度下光电响应灵敏度标定的装置，其特征在于，包括密封容器、激光器、光耦合器(1)、光纤(4)、恒温箱、铜导线(10)、电阻测量仪、接线端子板、待标定的光导探测器(6)、标准温度传感器(11)及光纤准直器(8)；
所述密封容器位于恒温箱的恒温介质中，待标定的光导探测器(6)及标准温度传感器(11)均位于所述密封容器内，铜导线(10)的一端与密封容器的内壁相连接，铜导线(10)的另一端与待标定的光导探测器(6)的外壳相连接，铜导线(10)的中部与标准温度传感器(11)的外壳相连接；
所述激光器发出的光依次经光耦合器(1)耦合、光纤(4)传递、以及光纤准直器(8)准直后透过待标定的光导探测器(6)的光窗(7)照射到待标定的光导探测器(6)的光敏面上；
所述待标定的光导探测器(6)的输出端与标准温度传感器(11)的输出端均通过接线端子板与电阻测量仪的输入端相连接。
2.根据权利要求1所述的光导探测器不同温度下光电响应灵敏度标定的装置，其特征在于，
所述待标定的光导探测器(6)的输出端与接线端子板通过第一多芯电缆(2)相连接；
所述标准温度传感器(11)的输出端与接线端子板通过第二多芯电缆(3)相连接。
3.根据权利要求2所述的光导探测器不同温度下光电响应灵敏度标定的装置，其特征在于，所述第一多芯电缆(2)及第二多芯电缆(3)均包括四根导线，待标定的光导探测器(6)上设有三个引脚(5)，其中，第一个引脚(5)与铜导线(10)的一端相连接，第二个引脚(5)与第一多芯电缆(2)中两根导线的一端相连接，第三个引脚(5)与第一多芯电缆(2)中另外两根导线的一端相连接，第一多芯电缆(2)中四根导线的另一端穿过密封容器与接线端子板相连接；第二多芯电缆(3)中四根导线的一端与标准温度传感器(11)的输出端相连接，第二多芯电缆(3)中四根导线的另一端穿过密封容器与接线端子板相连接，光纤(4)的中部位于第一多芯电缆(2)中。
4.根据权利要求2所述的光导探测器不同温度下光电响应灵敏度标定的装置，其特征在于，所述密封容器包括容器(12)以及与容器(12)顶部开口相连接的盖板(9)，盖板(9)与容器(12)顶部的开口通过卡扣或螺纹连接，且盖板(9)与容器(12)顶部的开口通过密封胶密封。
5.根据权利要求4所述的光导探测器不同温度下光电响应灵敏度标定的装置，其特征在于，所述盖板(9)上设有两个圆孔，第一多芯电缆(2)及第二多芯电缆(3)分别穿过两个圆孔，且两个圆孔的内壁与第一多芯电缆(2)的护套及第二多芯电缆(3)的护套之间均密封连接。
6.根据权利要求1所述的光导探测器不同温度下光电响应灵敏度标定的装置，其特征在于，所述铜导线(10)与密封容器的内壁、标准温度传感器(11)的外壳均通过导热乳胶相连接。
7.根据权利要求1所述的光导探测器不同温度下光电响应灵敏度标定的装置，其特征在于，所述光纤(4)的两端设有光纤接头，光纤(4)两端的光纤接头分别与光耦合器(1)及光纤准直器(8)相连接。
8.根据权利要求1所述的光导探测器不同温度下光电响应灵敏度标定的装置，其特征在于，
所述标准温度传感器(11)为PT100标准温度传感器；
所述电阻测量仪为双路精密电阻测量仪。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20150225 |