一种提高荧光强度比技术测温精度的方法技术

一种提高荧光强度比技术测温精度的方法，本发明专利技术涉及一种提高荧光强度比技术测温精度的方法。本发明专利技术的目的是为了解决目前常用的荧光强度比技术测温精度较低的问题，具体的内容包括：(1)选取稀土离子热耦合能级对；(2)利用分段拟合的方法对这两个荧光带的强度比值进行标定，再利用玻尔兹曼热统计分布理论对荧光强度比值和温度之间的关系进行拟合，每个温度区间均得到一个拟合函数；(3)根据适合的拟合函数计算待测温度值。本发明专利技术利用分段拟合的思想能够将测温精度提高至少一个数量级。本发明专利技术能够切实解决荧光强度比技术中传统的整体拟合方法测温精度较低的弊端，显著提高荧光强度比技术的测温精度，本发明专利技术应用于稀土荧光测温领域。

A method to improve the accuracy of fluorescence intensity ratio technology

The invention relates to a method for improving the temperature measurement accuracy of fluorescence intensity ratio technology, and relates to a method for improving the temperature measurement accuracy of fluorescence intensity ratio technology. The object of the present invention is to solve the problem of low temperature measurement accuracy of the commonly used fluorescence intensity ratio technique, including: (1) selecting the rare earth ion thermal coupling energy level pair; (2) calibrating the intensity ratio of the two fluorescence bands by the method of piecewise fitting, and then using the Boltzmann thermal statistical distribution theory to fluorescence. The relationship between strength ratio and temperature is fitted, and a fitting function is obtained for each temperature range; (3) The temperature value to be measured is calculated according to the suitable fitting function. The invention can improve the accuracy of temperature measurement by at least one order of magnitude by using the idea of piecewise fitting. The invention can effectively solve the disadvantage of low temperature measurement accuracy of the traditional integral fitting method in the fluorescence intensity ratio technology, and remarkably improve the temperature measurement accuracy of the fluorescence intensity ratio technology. The invention is applied to the field of rare earth fluorescence temperature measurement.

【技术实现步骤摘要】
一种提高荧光强度比技术测温精度的方法
本专利技术涉及一种提高荧光强度比技术测温精度的方法
技术介绍
温度作为国际单位制中七个基本物理量之一，其重要性不言而喻。无论是在我们的日常生活中，还是在工业生产上，温度都扮演着非常重要的角色。于是，精准的温度测量方法一直是热点研究领域。传统的接触式温度传感器件必须和待测目标进行接触，然后等待足够长的时间才能够达到热平衡从而给出温度值，这大大限制了这类传统的接触式温度传感器在需要快速给出温度分布的领域的应用。而非接触式的光学温度传感器由于其非接触式的测温模式，较快的温度相应时间，近年来受到了研究人员的重点关注。在新兴的非接触式的光学温度传感领域，荧光强度比测温技术由于其较强的抗干扰性吸引了人们的注意力。该方法基于一对热耦合能级对，从该热耦合能级对向下能级跃迁所产生的两束荧光的强度比值与温度之间的关系可以用玻尔兹曼热统计分布规律进行描述，从而使得这两束荧光的强度比值与温度之间存在一一对应的函数关系，因而可以用其进行温度的表征。截止目前，在荧光强度比测温领域，无论待测温度的范围有多宽，人们总是习惯仅仅用一个玻尔兹曼热统计函数进行定标。然而，近些年的研究表明很多的物理机制都和温度有关，而玻尔兹曼热统计理论并不能完全描述热耦合能级对的荧光强度比值和温度之间的关系，因而传统的做法，即在一个较宽的温度范围内仅仅使用一个函数来进行定标测温将会导致明显的温度测量偏差，这个事实常常被研究人员所忽略，显然与光学温度高精度传感的最终目的背道而驰，难以推动荧光强度比测温技术在实际中的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决在一个较宽的温度范围内仅仅使用一个函数来进行定标测温将会导致明显的温度测量偏差的问题，提供一种提高荧光强度比技术测温精度的方法。本专利技术一种提高荧光强度比技术测温精度的方法是按以下步骤进行：一、制备稀土离子掺杂的感温材料，得到测温样品；二、将测温的温度区间均匀分成n份，然后将测温样品放入冷热台，在每个温度区间内、激发光源下，对不同温度下稀土离子任意一对具有热耦合关系的能级到下能级辐射跃迁所产生的荧光带的强度进行积分，然后对两个荧光带的积分强度进行比值，再利用玻尔兹曼热统计分布理论对荧光强度比值和温度之间的关系进行拟合，每个温度区间均得到一个拟合函数；其中n≥4；三、将测温样品放置于待测环境，计算在待测环境下步骤二中两个荧光带的积分强度比值，根据步骤二的拟合函数的取值范围，选择适合的拟合函数，然后将两个荧光带的积分强度比值代入该拟合函数，即可得到待测环境的温度。本专利技术的有益效果在于：本专利技术通过将全温度量程划分为几个温度区间并在每个小的温度区间内分别进行函数拟合，从而将荧光强度比技术的测温精度提高至少一个数量级，将有力地推动荧光强度比测温技术在更多领域中的实用化。附图说明图1为实施例1采用传统的一个函数方程的方法得到的荧光强度比值和温度间的拟合结果；图2为实施例1采用传统的一个函数方程的方法得到的温度偏差；图3为采用实施例1提高荧光强度比技术测温精度的方法得到的在303到418K区间内荧光强度比值和温度间的拟合结果；图4为采用实施例1提高荧光强度比技术测温精度的方法得到的在418到533K区间内荧光强度比值和温度间的拟合结果；图5为采用实施例1提高荧光强度比技术测温精度的方法得到的在533到648K区间内荧光强度比值和温度间的拟合结果；图6为采用实施例1提高荧光强度比技术测温精度的方法得到的在648到763K区间内荧光强度比值和温度间的拟合结果；图7为采用实施例1提高荧光强度比技术测温精度的方法得到的温度偏差。具体实施方式具体实施方式一：本实施方式一种提高荧光强度比技术测温精度的方法是按以下步骤进行：一、制备稀土离子掺杂的感温材料，得到测温样品；二、将测温的温度区间均匀分成n份，然后将测温样品放入冷热台，在每个温度区间内、激发光源下，对不同温度下稀土离子任意一对具有热耦合关系的能级到下能级辐射跃迁所产生的荧光带的强度进行积分，然后对两个荧光带的积分强度进行比值，再利用玻尔兹曼热统计分布理论对荧光强度比值和温度之间的关系进行拟合，每个温度区间均得到一个拟合函数；其中n≥4；三、将测温样品放置于待测环境，计算在待测环境下步骤二中两个荧光带的积分强度比值，根据步骤二的拟合函数的取值范围，选择适合的拟合函数，然后将两个荧光带的积分强度比值代入该拟合函数，即可得到待测环境的温度。本实施方式的有益效果在于：本专利技术通过将全温度量程划分为几个温度区间并在每个小的温度区间内分别进行函数拟合，从而将荧光强度比技术的测温精度提高至少一个数量级，将有力地推动荧光强度比测温技术在更多领域中的实用化。具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一所述的稀土离子掺杂的感温材料为具有热耦合能级对的稀土离子掺杂的且能够被980nm近红外激光二极管激发的荧光材料。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：步骤一所述的稀土离子掺杂的感温材料为掺杂Er3+离子的钨酸钙。其它与具体实施方式一或二相同。具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤二所述的温度区间为10-1000k。其它与具体实施方式一至三之一相同。具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤二中激发光源为980nm近红外激光二极管。其它与具体实施方式一至四之一相同。具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤二中在每个温度区间内改变温度的温度间隔为20k。其它与具体实施方式一至五之一相同。通过以下实施例验证本专利技术的有益效果：实施例一：本实施例一种提高荧光强度比技术测温精度的方法是按以下步骤进行：一、制备稀土离子掺杂的感温材料，得到测温样品；二、将测温的温度区间303到763K平均分成四个温度区间，即303到418K，418到533K，533到648K，和648到763K，然后将测温样品放入冷热台，在每个温度区间内、激发光源下，每隔20k,对利2H11/2-4I15/2和4S3/2-4I15/2这两个跃迁所产生的的荧光带的强度进行积分，然后对两个荧光带的积分强度进行比值，再利用玻尔兹曼热统计分布理论对荧光强度比值和温度之间的关系进行拟合，每个温度区间均得到一个拟合函数(图3-6)；其中303到418K区间的拟合函数为FIR＝16.0*exp(-948.1/T)，其FIR取值范围为0.702-1.667；418到533K区间的拟合函数为FIR＝17.3*exp(-982.3/T)，其FIR取值范围为1.667-2.754；533到648K区间的拟合函数为FIR＝17.8*exp(-994.7/T)，其FIR取值范围为2.754-3.848；648到763K区间的拟合函数为FIR＝15.2*exp(-895.4/T)，其FIR取值范围为3.848-4.727；三、将测温样品放置于待测环境，计算在待测环境下步骤二中两个荧光带的积分强度比值，其积分强度比值若在0.702-1.667区间，则利用拟合函数为FIR＝16.0*exp(-948.1/T)计算待测温度；若在1.667-2.754区间，则利用FIR＝17.3*exp(-982.3/T)计算本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高荧光强度比技术测温精度的方法，其特征在于是按以下步骤进行：一、制备稀土离子掺杂的感温材料，得到测温样品；二、将测温的温度区间均匀分成n份，然后将测温样品放入冷热台，在每个温度区间内、激发光源下，对不同温度下稀土离子任意一对具有热耦合关系的能级到下能级辐射跃迁所产生的荧光带的强度进行积分，然后对两个荧光带的积分强度进行比值，再利用玻尔兹曼热统计分布理论对荧光强度比值和温度之间的关系进行拟合，每个温度区间均得到一个拟合函数；其中n≥4；三、将测温样品放置于待测环境，计算在待测环境下步骤二中两个荧光带的积分强度比值，根据步骤二的拟合函数的取值范围，选择适合的拟合函数，然后将两个荧光带的积分强度比值代入该拟合函数，即可得到待测环境的温度。

【技术特征摘要】
1.一种提高荧光强度比技术测温精度的方法，其特征在于是按以下步骤进行：一、制备稀土离子掺杂的感温材料，得到测温样品；二、将测温的温度区间均匀分成n份，然后将测温样品放入冷热台，在每个温度区间内、激发光源下，对不同温度下稀土离子任意一对具有热耦合关系的能级到下能级辐射跃迁所产生的荧光带的强度进行积分，然后对两个荧光带的积分强度进行比值，再利用玻尔兹曼热统计分布理论对荧光强度比值和温度之间的关系进行拟合，每个温度区间均得到一个拟合函数；其中n≥4；三、将测温样品放置于待测环境，计算在待测环境下步骤二中两个荧光带的积分强度比值，根据步骤二的拟合函数的取值范围，选择适合的拟合函数，然后将两个荧光带的积分强度比值代入该拟合函数，即可得到待测环境的温度。2.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：张治国，李磊朋，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