[科普中国]-温度稳定性

温度稳定性又称为温度漂移，它是指传感器在外界温度变化情况下输出量发出的变化。测试时先将传感器置于一定温度(例如20°C)下，将其输出调至零点或某一特定点，使温度上升或下降一定的度数(例如5°C或10°C)，再读出输出值，前后两次输出之差即为温度稳定性误差。1

概念温度稳定性是指压电材料的性能随温度变化的特性。不同材料的各种性能随温度变化没有一个共同的规律，因此只表征材料主要参数的变化关系。通常用“正温最大相对频移”和“负温最大相对频移”的方法来表示压电材料谐振频率随温度的变化特性，其关系为：2

正温最大相对漂移=[△fr(正温最大)]/[fr(25)]

负温最大相对漂移=[△fr(负温最大)]/[fr(25)]

式中fr(25)表示在常温(通常指25°C)测得的频率值，△fr(正温最大)表示正温范围内(如25～85°C)相对于fr(25)的频率最大变化值，△fr(负温最大)表示负温范围内(如-55~25°C)相对于fr(25)的频率最大变化值。

压电材料其它参数的温度稳定性，也可用上述方法来表示。

另外，还有一种用谐振频率温度系数来表示材料温度稳定性的方法。谐振频率温度系数是指每变化1°C时谐振频率的相对变化值。这种方法对线性变化的材料是合适的，但对非线性变化的材料是不合理的。由于压电陶瓷的温度特性基本上都属非线性变化，因此，一般均不用后一种方法来表示。2

SAW频率温度稳定性为了提高SAW谐振敏感元件的频率稳定性，需要在电路中加入一定的补偿电路。这样，在很宽的温度范围内，SAW谐振敏感元件就能以高精度在一个给定的频率上振荡。

为了提高稳定性，在制造SAW器件时，必须在工作频率范围内(例如300~400 MHz)进行老化试验，以确定SAW器件老化特性的几种因素的影响。例如，为减小老化的影响，必须采取密封装置、真空烘干和抽真空封装等措施。另外，在安装SAW器件的密封盒中，不应该有会放出气体的物质，也不要在SAW空腔谐振器内喷涂单分子有机物或其他材料，以免影响谐振器长期工作性能或导致频率漂移及稳定性的降低。所有这些措施都将会大大提高SAW谐振敏感元件的频率稳定度。

定量分析谐振器的老化情况是分析研究稳定度的一个主要任务。无论是石英谐振器、体波谐振器还是SAW谐振敏感元件，它们的特性随时间的变化都是很小的。在它们工作一年以后，其频率稳定精度仍可达101或更小。这是因为谐振器是无源装置，一般都是将谐振器作为频率反馈元件而构成谐振器电路。另外，采用集成温度补偿、双通道SAW谐振敏感元件以及先进的高真空封装技术，可使频率和温度稳定度达到很高水平。3

激光器P-I特性、温度稳定性和老化图1是描述激光器输出光功率与泵浦电流关系的曲线，可以看出激光器的工作存在阈值电流，当泵浦电流小于，时，自发辐射占优（和LED的发光相同），当泵浦电流大于时，受激辐射占优，发出的才是“激光”。

激光器特性随温度的变化如图2(a)所示。随着温度升高，阈值电流增大，而曲线的斜率变化很小。不过，激光器的波长越长，随温度升高曲线的斜率减小越明显(图2(a)中虚线所示）。当泵浦电流恒定时，温度升高时激光器输出功率将下降，因此，激光器需要在恒温下运行才能保证输出功率稳定。

激光器的老化过程(图2(b))与温度升高的情况类似，除了阈值电流，增大外，曲线的斜率也减小。因此，随着激光器老化，保持输出功率恒定要求增大泵浦电流。激光器寿命的定义：当泵浦电流恒定时，输出功率降低到初始值一半的时间，通常可达几千小时。4

压电陶瓷材料的温度稳定性把压电陶瓷材料放在各种环境温度下进行性能测试，发现在不同温度下，性能参数发生改变，改变的大小要看具体材料的具体参数而定，似乎没有一个共同的规律．这种随温度而变化的情况，用“温度稳定性”来标志．对温度稳定性的描述，目前有好几种方法。

国外多采用性能参数的温度系数或温度变化率来描述。例如，谐振频率温度系数即所谓，定义为温度每变化1°C时，谐振频率的相对变化值，即：

目前，我国多采用另一种比较合理的方法来描述温度稳定性。这就是在指定的温度范围内物理量的最大偏离值与室温时测量值的比值，即相对最大偏离值，来表征谐振频率(也适用于其他参数)的温度稳定性．根据具体情况，发现在高于室温时的变化规律(常称“正温特性”)与低于室温时的变化规律(常称“负温特性”)往往不一样，所以又分别描述。例如图3所画的是以相对偏离值作纵坐标的值随温度变化的图线。

本词条内容贡献者为:

李雪梅 - 副教授 - 西南大学