使用布拉格光栅阵列测量温度的方法
【专利摘要】一种温度测量【技术领域】的使用布拉格光栅阵列测量温度的方法，根据待测温对象的几何结构以及测温点确定测温芯片的结构，测温装置上均匀布置若干布拉格光栅，测温装置贴合测温点，向各个布拉格光栅引入一束宽带输入光；温度变化前，宽带输入光入射至各个布拉格光栅，经过各个布拉格光栅后，与每个布拉格光栅对应的反射波长的光被反射回去，被反射的光形成基准输出光谱；温度变化后，宽带输入光入射至各个布拉格光栅，经过各个布拉格光栅反射后，被反射的光形成变化后的输出光谱。将变化后的输出光谱与基准输出光谱相比较，得到与各个布拉格光栅一一对应的波长改变量；依据波长改变量得到对应的各个布拉格光栅的温度改变量，从而得到测温装置的温度分布。本发明能够简便、实用、高效地进行测温。
【专利说明】使用布拉格光栅阵列测量温度的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是ー种温度測量【技术领域】的方法，具体是ー种使用布拉格光栅阵列測量温度的方法。
【背景技术】
[0002]目前通常所采用的温度探測方法主要有热电偶法、电參数法和红外热成像探測法等。热电偶法使用探针对目标点的温度进行采样，实际上相当于用几个微小的温度计来进行温度測量，响应速度较慢，同时监测温度的范围较小，达不到芯片温度实时探測的要求；电參数法，是ー种间接的粗略估算方法，无法满足测试芯片温度的精度要求；红外测温法，是利用红外线探测设备来描绘物体的整体温度分布或測量某一局域温度，所以要求探測器与被监测对象之间无障碍物，且有足够空间来安置红外探测接收装置，所以该方法在内部空间利用率高、组件间距狭小的许多仪器设备中应用较为困难。此外液晶测温容易受温度以外的因素影响，如电磁场等，还有エ艺复杂、存在液晶泄漏可能性等缺点。
[0003]另ー方面，布拉格光栅是ー种可将特定波长、特定入射角度的光波全部反射而让其它光波完全透过的特殊光柵。通过外部因素改变光栅的周期，可以使其反射的波长发生变化。这个独特的性质使布拉格光栅广泛应用于測量、通信、传感等领域。布拉格光栅反射的波长和折射率变化周期的关系如下式
【权利要求】
1.ー种使用布拉格光栅阵列測量温度的方法，其特征在于，包括:包括以下步骤: 步骤一、根据待测温对象的几何结构以及测温点确定测温芯片的结构，测温装置中均匀布置若干布拉格光栅，测温装置贴合测温点，向各个布拉格光栅引入一束宽带输入光； 步骤二、温度变化前，宽带输入光入射至各个布拉格光柵，经过各个布拉格光栅后，与姆个布拉格光栅对应的反射波长的光被反射回去，被反射的光形成基准输出光谱；温度变化后，宽带输入光入射至各个布拉格光栅，经过各个布拉格光栅反射后，被反射的光形成变化后的输出光谱； 步骤三、将步骤二中变化后输出光谱与基准输出光谱相比较，得到与各个布拉格光栅一一对应的波长改变量； 步骤四、依据步骤三中的波长改变量得到对应的各个布拉格光栅的温度改变量，从而得到测温装置的温度分布。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的步骤二中，布拉格光栅的布置方式为串联式、并联式或串并混合式，其中:串联式是指，测温装置的芯片基底中的所有布拉格光栅由一条波导依次连接，引入的一束宽带输入光沿波导顺次入射各个布拉格光栅；并联式是指，测温装置的芯片基底中每个布拉格光栅由一条支路波导连接至干路波导，引入的一束宽带输入光沿干路波导行进并分束至支路波导，射入每个布拉格光栅前不经过其它布拉格光栅；串并混合式是指，测温装置的芯片基底中若干串联的布拉格光栅形成ー支路，每条支路连接至其它支路波导或干路波导。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征是，所述的步骤二中的宽带输入光的光谱包含全部N个布拉格光栅的反射光谱,宽带输入光的传播方向与布拉格光栅垂直。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征是，所述的步骤二中，基准输出光谱和变化后输出光谱为梳状的光谱，横坐标为波长入，纵坐标为光功率P。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征是，所述的步骤三中，波长改变量AXpAA2,A A3, A A4,......，A An_2, A An_17 A X N，分别为每个布拉格光栅在温度变化后的反射峰的横坐标偏移量，其中，N表示反射峰的数量，亦即布拉格光栅的数量。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征是，所述的步骤四中，温度改变量
7.根据权利要求2-6任一项所述的方法，其特征是，所述的测温装置的制备包括以下步骤:步骤1、依据待测温对象的几何结构及待测温点位置确定布拉格光栅的布置方式进而确定测温装置的整体设置，制成CAD模型；步骤2、依据CAD模型生成可供扫面的线段集合；步骤3、激光焦点沿线段集合扫描并生成测温装置。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征是，所述的激光焦点扫描为超快激光直写，该超快激光是指脉冲持续时间小于I皮秒的脉冲激光。
9.ー种用于权利要求1-8中任一所述方法的使用布拉格光栅阵列的测温装置，其特征在于，包括:芯片基底、设置于芯片基底中且覆盖待测温对象的测温点的若干布拉格光栅以及宽带输入光，其中: 布拉格光栅的布置方式为串联式、并联式或串并混合式，其中:串联式是指，测温芯片的基底中的所有布拉格光栅由一条波导依次连接，宽带输入光的入射路线为:沿波导顺次入射各个布拉格光栅； 并联式是指，测温装置的芯片基底中每个布拉格光栅由一条支路波导连接至干路波导，宽带输入光的入射路线为:沿干路波导行进并分束至支路波导，射入每个布拉格光栅前不经过其它布拉格光栅； 串并混合式是指，测温装置的芯片基底中若干串联的布拉格光栅形成ー支路，每条支路连接至其它支路波导或干路波导，宽带输入光的入射路线为:沿波导进入不同分支的布拉格光栅，入射布拉格光栅前既可能经过其它布拉格光栅也可能没有经过。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征是，所述的布拉格光栅与测温点的位置的对应关系是:在测温芯片上划分出网格结构，使姆ー个格子内仅有ー个布拉格光栅，对所有格子按照一定次序编号为
【文档编号】G01K11/30GK103604527SQ201310656199
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年12月6日 优先权日:2013年12月6日
【发明者】金贤敏, 林晓锋, 高俊 申请人:上海交通大学