一种基于荧光谱线增宽机制的荧光强度比测温方法，本发明专利技术涉及一种基于荧光谱线增宽机制的荧光强度比测温方法。本发明专利技术是要解决现有荧光强度比测温技术中测温灵敏度和测温准确性低的问题，方法为：405nm发光二极管发出的近紫外光经过凸透镜汇聚照射到Eu3+掺杂感温材料上，Eu3+掺杂感温材料所发射的荧光通过凸透镜汇聚入射到成像光谱仪中，光谱仪连接计算机进行数据处理，建立谷峰值荧光强度比温度曲线，校准，然后将Eu3+掺杂感温材料置于待测温度场，监测感温材料发射的荧光，对比谷峰值荧光强度比温度曲线。本发明专利技术在较宽的温度范围内具有适合的灵敏度，测温范围较广，不用频繁的更换感温材料。本发明专利技术应用于稀土荧光测温领域。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及。
技术介绍
为了满足科学研究及工业生产中某些环境下对温度测量的需要，荧光温度传感技术这种基于荧光材料的测温方法有着重要的应用价值，可以实现对温度非接触式、长期、稳定和精确的温度测量。荧光强度比测温技术(FIR)是荧光温度传感技术中应用最为广泛的一种，此方法利用了激发态的稀土离子的两个相邻的热耦合能级向某一低能级跃迀时发射的荧光强度的比值来测温，采用这种比值的方法测温具有抗干扰、噪声小、成本低的优点。FIR技术中，两个荧光强度的大小与能级上热布局的粒子数成正比，而热布局的粒子数满足玻尔兹曼分布，因此荧光强度的比值满足公式FIR = Aexp(-ΔΕ/kT)。式中，FIR表示荧光强度比值、A E为两个热偶和能级之差、k为玻尔兹曼常数、T为温度。由此公式可以得出，FIR技术的测温灵敏度为S = ΔΕ/kT2ο目前，荧光强度比测温技术仍然存在一些问题使得这种技术在实际应用中比较困难。为了获得更高的测温灵敏度，通常需要选择能级差A Ε大的材料，而ΔΕ增大时，热偶和能级对的上能级辐射的荧光强度很弱，荧光信号的信噪比很低，因此会引起较大的测温误差，此外，当AE减小时，FIR公式又不完全满足玻尔兹曼分布，此时公式中需要加入修正项，变为FIR = Aexp (-Δ E/kT)+B，修正项B的引入会引起测量误差的增大，导致测温结果不准确。因此FIR测温技术难以同时满足具有较高的测温灵敏度和测温准确性的要求。因此，为了使得荧光强度比测温技术更好的应用到测温领域中，我们需要寻找一种新的测温机制来避免上述问题的出现。
技术实现思路
本专利技术是要解决现有测温技术测温灵敏度和测温准确性低的问题，提供。本专利技术，是按以下步骤进行的:一、405nm发光二极管发出的近紫外光经过凸透镜汇聚照射到Eu3+掺杂感温材料上，Eu3+掺杂感温材料发射的荧光通过另一凸透镜汇聚入射到成像光谱仪中；其中成像光谱仪采集的焚光具有两个焚光峰，焚光峰值分别为611.5nm和614.5nm，两个焚光峰重叠形成一个谷；二、将成像光谱仪连接到计算机，计算机进行分析处理，计算并记录谷值与荧光峰值A的荧光强度比值随标定温度的变化，得到谷峰值荧光强度比温度曲线；三、将Eu3+掺杂感温材料置于恒温器上，对步骤二得到的谷峰值荧光强度比温度曲线进行温度校准，得到校准后的谷峰值荧光强度比温度曲线；四、将Eu3+掺杂感温材料置于待测温度场中，监测Eu 3+掺杂感温材料发射的荧光，计算谷值与荧光峰值B的荧光强度比，然后与步骤三得到校准后的谷峰值荧光强度比温度曲线进行对比，得到待测温度场的温度测量值，即完成。本专利技术中稀土离子Eu3+被激发出荧光，荧光经过凸透镜汇聚耦合到成像光谱仪的光纤中。光谱仪所探测的荧光来源于Eu3+离子的5D。到￥2能级的辐射跃迀，成像光谱仪的分辨率为0.2nm，因此可以监测到5D。到￥2的Stark劈裂能级的多个荧光峰，本系统中成像光谱仪监测位于611.5nm和614.5nm的两个荧光峰，两个荧光峰波长相差较小且不受其他波长荧光的影响。由于波长相差小，两荧光峰会发生重叠形成一个谷，这个谷位于612.9nm处。随着温度的升高，两个荧光峰谱线均匀加宽，与温度之间为单调的函数关系，因此谷会随着荧光谱线的加宽逐渐升高，因此利用谷与荧光峰的比值随温度的单调变化关系可以达到测温的目的。本专利技术选用同一上能级到相邻下能级的跃迀发射的两个荧光谱带，两个荧光谱带波长相差很小，对外界环境因素的抗干扰能力强；可以固定观察荧光强度较强的一个荧光峰，从而提高探测到的荧光信号的强度、提高整体光谱的信噪比，降低了测量结果的不确定性；相对灵敏度随温度升高缓慢增加并趋于稳定，使得在较宽的温度范围内具有适合的灵敏度，测温范围较广，不用频繁的更换感温材料。【附图说明】图1为实施例1建立谷峰值荧光强度比温度曲线流程图；其中1为405nm发光二极管、2为透镜、3为Eu3+:CaW04感温材料、4为另一透镜、5为成像光谱仪、6为计算机；图2为实施例1中步骤一成像光谱仪采集荧光的荧光峰示意图，a为313k，b为413k，c 为 513k ； 图3为实施例1中405nm激光激发下稀土铕的辐射跃迀能级图；图4为实施例1中谷峰值荧光强度比温度曲线图，“.”为谷/峰值；图5为实施例1中相对灵敏度温度曲线示意图，“■”为相对灵敏度。【具体实施方式】【具体实施方式】一:本实施方式，是按以下步骤进行的:一、405nm发光二极管发出的近紫外光经过凸透镜汇聚照射到Eu3+掺杂感温材料上，Eu 3+掺杂感温材料发射的荧光通过另一凸透镜汇聚入射到成像光谱仪中；其中成像光谱仪采集的荧光具有两个荧光峰，荧光峰值分别为611.5nm和614.5nm，两个荧光峰重叠形成一个谷；二、将成像光谱仪连接到计算机，计算机进行分析处理，计算并记录谷值与荧光峰值A的荧光强度比值随标定温度的变化，得到谷峰值荧光强度比温度曲线；三、将Eu3+掺杂感温材料置于恒温器上，对步骤二得到的谷峰值荧光强度比温度曲线进行温度校准，得到校准后的谷峰值荧光强度比温度曲线；四、将Eu3+掺杂感温材料置于待测温度场中，监测Eu3+掺杂感温材料发射的荧光，计算谷值与荧光峰值B的荧光强度比，然后与步骤三得到校准后的谷峰值荧光强度比温度曲线进行对比，得到待测温度场的温度测量值，即完成。本实施方式中稀土离子Eu3+被激发出荧光，荧光经过凸透镜汇聚耦合到成像光谱仪的光纤中。光谱仪所探测的荧光来源于Eu3+离子的5D。到￥2能级的辐射跃迀，成像光谱仪的分辨率为0.2nm，因此可以监测到5D。到￥2的Stark劈裂能级的多个荧光峰，本系统中成像光谱仪监测位于611.5nm和614.5nm的两个焚光峰，两个焚光峰波长相差较小且不受其他波长荧光的影响。由于波长相差小，两荧光峰会发生重叠形成一个谷，这个谷位于612.9nm处。随着温度的升高，两个荧光峰谱线均匀加宽，与温度之间为单调的函数关系，因此谷会随着荧光谱线的加宽逐渐升高，因此利用谷与荧光峰的比值随温度的单调变化关系可以达到测温的目的。本实施方式选用同一上能级到相邻下能级的跃迀发射的两个荧光谱带，两个荧光谱带波长相差很小，对外界环境因素的抗干扰能力强；可以固定观察荧光强度较强的一个荧光峰，从而提高探测到的荧光信号的强度、提高整体光谱的信噪比，降低了测量结果的不确定性；相对灵敏度随温度升高缓慢增加并趋于稳定，使得在较宽的温度范围内具有适合的灵敏度，测温范围较广，不用频繁的更换感温材料。【具体实施方式】二:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:所述的Eu3+掺杂感温材料为Eu3+:CaW04。其它与【具体实施方式】一相同。【具体实施方式】三:本实施方式与【具体实施方式】一或二不同的是:当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于荧光谱线增宽机制的荧光强度比测温方法，其特征在于它是按以下步骤进行的：一、405nm发光二极管发出的近紫外光经过凸透镜汇聚照射到Eu3+掺杂感温材料上，Eu3+掺杂感温材料发射的荧光通过另一凸透镜汇聚入射到成像光谱仪中；其中成像光谱仪采集的荧光具有两个荧光峰，荧光峰值分别为611.5nm和614.5nm，两个荧光峰重叠形成一个谷；二、将成像光谱仪连接到计算机，计算机进行分析处理，计算并记录谷值与荧光峰值A的荧光强度比值随标定温度的变化，得到谷峰值荧光强度比温度曲线；三、将Eu3+掺杂感温材料置于恒温器上，对步骤二得到的谷峰值荧光强度比温度曲线进行温度校准，得到校准后的谷峰值荧光强度比温度曲线；四、将Eu3+掺杂感温材料置于待测温度场中，监测Eu3+掺杂感温材料发射的荧光，计算谷值与荧光峰值B的荧光强度比，然后与步骤三得到校准后的谷峰值荧光强度比温度曲线进行对比，得到待测温度场的温度测量值，即完成。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张治国，周圆，秦峰，赵华，郑仰东，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23
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