一种下转换荧光强度比测温技术的修正方法，本发明专利技术涉及一种下转换荧光强度比测温技术的修正方法。本发明专利技术是要解决现有测温技术测温结果不准确的问题，方法为：激发源发出的激发光经过凸透镜汇聚照射到感温材料上，感温材料所发射的下转换荧光通过凸透镜汇聚入射到光谱仪中，光谱仪连接存储示波器和计算机进行数据处理，给出修正曲线，即完成。本发明专利技术的修正方法消除了现有下转换荧光强度比与玻尔兹曼分布律的偏差，在保持了荧光强度比方法抗干扰能力强、稳定性好、灵敏度高的优点的同时，提高了其测温的准确度。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
为了满足科学研究以及工业技术中某些特殊环境对温度测量的需要，荧光温度传感技术这种基于荧光材料光谱性质的温度依赖关系的非接触温度传感方法引起了人们的广泛关注，具有重要的实用价值。荧光强度比测温技术(FIR)是荧光温度传感技术中应用最为重要的一种，其原理是利用稀土离子的两个相邻的具有热耦合关系的激发态能级向某一低能级跃迀时发射的荧光强度的比值来测温，这种利用比值的测温方法具有抗干扰、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(- △ E/kT)。式中，FIR表示荧光强度比值、△ 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= Δ E/kT2。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ΔΕ大的材料，而ΔΕ增大时，热耦合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A E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(-AE/kT)+B，修正项B的引入会导致测温结果不准确。因此对FIR进行修正以消除修正项能够使得FIR技术在保持较高的测温灵敏度的同时其测温准确性也得到保证。
技术实现思路
本专利技术是要解决现有测温技术测温结果不准确的问题，提供。本专利技术，是按以下步骤进行的:一、激发源发出的脉冲激发光经过凸透镜汇聚照射到稀土离子掺杂的感温材料上，稀土离子掺杂的感温材料所发射的下转换荧光通过另一凸透镜汇聚入射到计算机控制的光栅光谱仪中，其中计算机控制的光栅光谱仪采集的荧光光谱具有两个荧光发射峰，分别为稀土离子两个相邻且存在热耦合关系的能级到下能级辐射跃迀所产生的荧光发射峰，上能级A发射的荧光波长短于下能级B发射的波长;二、将计算机控制的光栅光谱仪连接存储示波器，存储示波器进行不同温度下荧光衰变曲线的测量，得到不同温度下的下能级B荧光衰变曲线和上能级A荧光衰变曲线;计算机进行数据处理，给出修正系数，修正后的荧光强度比为FIRC =FIR.(^/(Ci+Cs)，得到修正曲线;所述的上能级A为稀土离子两个相邻且存在热耦合关系的能级中的上能级;下能级B为稀土离子两个相邻且存在热耦合关系的能级中的下能级。本专利技术中激发源发出的脉冲激发光经过凸透镜汇聚照射到感温材料上，感温材料所发射的下转换荧光通过凸透镜汇聚入射到光谱仪中，由光谱仪对所探测到的荧光进行光谱分析。分别测量来源于热耦合能级辐射跃迀的两个下转换荧光峰的衰变曲线。下辐射能级荧光强度Ιι呈单e指数规律衰减-hzCoexpbtAo)，通过对测量的荧光衰变曲线进行e指数拟合，获得不同温度下的拟合寿命το。由于两个能级存在热耦合关系，上辐射能级荧光强度12随时间t的衰变规律呈双e指数衰减山⑴二仏耶^/“+—耶^八丄短寿命^为能级本征寿命，长寿命12与下能级的拟合寿命το—致，&、&为拟合权重系数；固定τ2=το，对荧光衰变曲线进行双e指数拟合，获得拟合参量CjPC2。从而由(^/(a+GO获得FIR的修正系数，修正后的荧光强度比表示为FIRC = FIR.(^/(Ci+Cs)。此修正后的荧光强度比随温度的变化规律与玻尔兹曼分布律没有偏差。本专利技术的修正方法消除了荧光强度比与玻尔兹曼分布律的偏差，在保持了荧光强度比方法抗干扰能力强、稳定性好、灵敏度高的优点的同时，提高了其测温的准确度。【附图说明】图1为实施例1的流程示意图；其中1为405nm发光二极管、2为透镜、3为Eu3+:Caff04感温材料、4为另一透镜、5为光栅光谱仪、6为计算机；图2为405nm激光激发下稀土铕的荧光光谱；图3为405nm激光激发下稀土铕的福射跃迀能级图；图4为修正前的FIR与波尔兹曼分布率偏差的示意图，“〇”为修正前的FIR，a为波尔兹曼分布曲线；图5为铕离子热耦合能级中594nm的荧光衰变曲线示意图，“〇”为594nm的荧光衰变曲线，b为寿命拟合线；图6为铕离子热耦合能级中538nm的荧光衰变曲线示意图，“?”为538nm的荧光衰变曲线，b为寿命拟合线；图7为修正参数随温度的变化规律图；图8为修正后的FIR与波尔兹曼分布率无偏差的示意图，“〇”为修正前的FIR，a为波尔兹曼分布曲线。【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、激发源发出的脉冲激发光经过凸透镜汇聚照射到稀土离子掺杂的感温材料上，稀土离子掺杂的感温材料所发射的下转换荧光通过另一凸透镜汇聚入射到计算机控制的光栅光谱仪中，其中计算机控制的光栅光谱仪采集的荧光光谱具有两个荧光发射峰，分别为稀土离子两个相邻且存在热耦合关系的能级到下能级辐射跃迀所产生的荧光发射峰，上能级A发射的荧光波长短于下能级B发射的波长;二、将计算机控制的光栅光谱仪连接存储示波器，存储示波器进行不同温度下荧光衰变曲线的测量，得到不同温度下的下能级B荧光衰变曲线和上能级A荧光衰变曲线;计算机进行数据处理，给出修正系数，修正后的荧光强度比为FIRC = FIR.&/(&+(:2)，得到修正曲线;所述的上能级A为稀土离子两个相邻且存在热耦合关系的能级中的上能级；下能级B为稀土离子两个相邻且存在热耦合关系的能级中的下能级。本实施方式中激发源发出的脉冲激发光经过凸透镜汇聚照射到感温材料上，感温材料所发射的下转换荧光通过凸透镜汇聚入射到光谱仪中，由光谱仪对所探测到的荧光进行光谱分析。分别测量来源于热耦合能级辐射跃迀的两个下转换荧光峰的衰变曲线。下辐射能级荧光强度Ιι呈单e指数规律衰减-hzCoexpd/w)，通过对测量的荧光衰变曲线进行e指数拟合，获得不同温度下的拟合寿命το。由于两个能级存在热耦合关系，上辐射能级荧光强度12随时间t的衰变规律呈双e指数衰减:Ι2(0=(^Χρ(-ντι)+(^Χρ(-ντ2)，短寿命1:为能级本征寿命，长寿命τ2与下能级的拟合寿命το—致，&、&为拟合权重系数;固定τ2=το，对荧光衰变曲线进行双e指数拟合，获得拟合参量CjPC2。从而由C2/ (C1+C2)获得FIR的修正系数，修正后的荧光强度比表示为FIRC = FIR.(^/(Ci+Cs)。此修正后的荧光强度比随温度的变化规律与玻尔兹曼分布律没有偏差。本实施方式的修正方法消除了荧光强度比与玻尔兹曼分布律的偏差，在保持了荧光强度比方法抗干扰能力强、稳定性好、灵敏度高的优点的同时，提高了其测温的准确度。【具体实施方式】当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种下转换荧光强度比测温技术的修正方法，其特征在于它是按以下步骤进行的：一、激发源发出的脉冲激发光经过凸透镜汇聚照射到稀土离子掺杂的感温材料上，稀土离子掺杂的感温材料所发射的下转换荧光通过另一凸透镜汇聚入射到计算机控制的光栅光谱仪中，其中计算机控制的光栅光谱仪采集的荧光光谱具有两个荧光发射峰，分别为稀土离子两个相邻且存在热耦合关系的能级到下能级辐射跃迁所产生的荧光发射峰，上能级A发射的荧光波长短于下能级B发射的波长；二、将计算机控制的光栅光谱仪连接存储示波器，存储示波器进行不同温度下荧光衰变曲线的测量，得到不同温度下的下能级B荧光衰变曲线和上能级A荧光衰变曲线；计算机进行数据处理，给出修正系数，修正后的荧光强度比为FIRc＝FIR·C2/(C1+C2)，得到修正曲线；所述的上能级A为稀土离子两个相邻且存在热耦合关系的能级中的上能级；下能级B为稀土离子两个相邻且存在热耦合关系的能级中的下能级。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：秦峰，吕茉扬，张云刚，赵华，郑仰东，张治国，
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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