一种基于荧光测温法的多功能测量方法技术

本发明专利技术属于温度监测技术领域，具体涉及一种基于荧光测温法的多功能测量方法，所述多功能测量方法实施所依托的多功能测量系统包括井式炉

【技术实现步骤摘要】
一种基于荧光测温法的多功能测量方法


[0001]本专利技术属于温度监测
，具体涉及一种基于荧光测温法的多功能测量方法
。

技术介绍

[0002]在日常生活和工业生产当中
,
对于温度的监测被认为是非常必要的，在各种应用场合中，传统的温度计和测量方法己经比较成熟，例如热电偶
、
红外高温计
、
热敏电阻
、
示温漆等
。
但在一些特殊环境，如内燃机
、
燃气轮机
、
航空发动机中，具有超高温
、
超高压
、
结构复杂
、
高速运动
、
剧烈振动等特点，它们限制了传统热力参数监测技术的应用
。
基于荧光光学特性的测温技术具有高精度
、
非接触
、
无损探测及瞬态响应等优点，可以很好的适用于复杂严苛环境下的热力参数测量
。
目前已成功应用于汽车发动机
、
燃气轮机等动力装置的内部温度测量
。
[0003]光学温度传感的根本原因在于当温度发生变化时，光学参数同步的发生变化，一般来讲，受温度影响的光学参数主要有：
(a)
荧光强度比
、(b)
荧光寿命
、(c)
荧光强度
、(d)
荧光发射特征峰峰位
、(e)
偏振
、(f)
光谱线宽；其中强度比法和寿命法常被用来进行温度的测量，其余方法由于诸多限制很难被用于实际的温度探测
。
[0004]利用荧光强度的比值进行温度测量，相比于传统的强度法，可以适应更多复杂的测试环境，强度比法的优点为信息取决于强度比的变化，不受光源功率变化
、
波长波动
、
传输光纤弯曲
、
光强损耗等的影响，受应力的影响较小，灵敏度和精度都大幅度提高，算法处理相对简单
。
利用荧光材料的荧光寿命进行温度测量具有光测技术的典型优点
,
如抗电磁干扰
、
重复性好
、
响应速度快等，此外寿命是本征参数，不受激励光源光照均匀性
、
荧光粉浓度
、
表面曲率
、
厚度
、
激发光源强度的波动等的影响
。
[0005]荧光强度比法采用连续激励光源，对于光源要求比较低，响应时间较长；荧光寿命法采用脉冲激励光源，对于光源要求比较高，常用大功率
LED
灯或脉冲激光器，响应时间较短
。
这两种方法在测试装置的选择上很难实现一器多用，调查发现能够实现单一方法测量的装置有很多种，但通过一台设备完成两种测量方法的并不多见
。

技术实现思路

[0006](
一
)
要解决的技术问题
[0007]本专利技术要解决的技术问题是：如何改进传统荧光测温法设备复杂
、
集成化程度低
、
单个设备只适用于一种测温方法的不足之处，提供了一种采用井式炉作为标定实验环境，通过可更换集成装置罩在同一设备上实现强度比法和寿命法的测温，整套装置结构简单
、
制作成本低
、
测温环境可选
、
温度稳定性好
、
测温精度高
。
[0008](
二
)
技术方案
[0009]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于荧光测温法的多功能测量方法，所述多功能测量方法依托多功能测量系统来实施，所述多功能测量系统包括：自带温控系统的
井式炉
(1)、
位于井式炉
(1)
内部的载物台
(3)、
可采集荧光测量信息的可更换装置罩
(7)、
接收可更换装置罩
(7)
传输的荧光信号的信息处理模块；
[0010]所述井式炉
(1)
用于模拟真实测温环境，其内部设有圆柱体结构的井式炉内腔
(2)
，其上方中心部分安装有石英窗口
(9)
；
[0011]所述载物台
(3)
位于井式炉内腔
(2)
上端中心，在载物台
(3)
的上表面固定有荧光粉末压片
(4)
；
[0012]所述可更换装置罩
(7)
套设于石英窗口
(9)
外围，用于激励荧光粉末压片
(4)
的荧光材料产生荧光信号，并通过光纤采集荧光信号；
[0013]所述信息处理模块包括用于接收光纤传回的荧光信号，进行信号数据的分析和处理，获得温度测量信息；
[0014]所述可更换装置罩
(7)
根据不同的荧光测温法设置有两种形式，所述不同的荧光测温法包括：荧光强度比测温法和荧光寿命测温法；
[0015]对应荧光强度比测温法使用的是第一种形式的可更换装置罩；所述第一种形式的可更换装置罩包括：若干个
LED
灯
(19)、
同步触发器
(20)、
第一
Y
型光纤
(21)、
第二
Y
型光纤
(24)
；
[0016]对应荧光寿命测温法使用的是第二种形式的可更换装置罩；所述第二种形式的可更换装置罩包括：激光器
(37)
；
[0017]所述多功能测量方法具体包括如下步骤：
[0018]步骤1：确定所采用的的荧光测温法为荧光强度比测温法还是荧光寿命测温法；在确定采用荧光强度比测温法的情况下进入步骤2，在确定采用荧光寿命测温法的情况下进入步骤3；
[0019]步骤2：在确定采用荧光强度比测温法的情况下，由第一种形式的可更换装置罩内部设置的若干个
LED
灯
(19)
通过同步触发器
(20)
控制，激励荧光粉末压片
(4)
的荧光材料，在温度已知的情况下，用第一
Y
型光纤
(21)、
第二
Y
型光纤
(24)
的石英光纤分别收集两个目标峰值波长的荧光信号，通过信号放大器
(12)、
探测器
(13)、
上位机
(14)
构成的信息处理模块记录荧光强度的比值，多次重复操作，即可拟定出一条温度
——
荧光强度比的关系曲线；
[0020]根据标定出的关系曲线，即可通过测算荧光强度比来求得温度测量信息；
[0021]步骤3：在确定采用荧光寿命测温法的情况下，由第二种形式的可更换装置罩内部设置的激光器<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于荧光测温法的多功能测量方法，其特征在于，所述多功能测量方法依托多功能测量系统来实施，所述多功能测量系统包括：自带温控系统的井式炉
(1)、
位于井式炉
(1)
内部的载物台
(3)、
可采集荧光测量信息的可更换装置罩
(7)、
接收可更换装置罩
(7)
传输的荧光信号的信息处理模块；所述井式炉
(1)
用于模拟真实测温环境，其内部设有圆柱体结构的井式炉内腔
(2)
，其上方中心部分安装有石英窗口
(9)
；所述载物台
(3)
位于井式炉内腔
(2)
上端中心，在载物台
(3)
的上表面固定有荧光粉末压片
(4)
；所述可更换装置罩
(7)
套设于石英窗口
(9)
外围，用于激励荧光粉末压片
(4)
的荧光材料产生荧光信号，并通过光纤采集荧光信号；所述信息处理模块包括用于接收光纤传回的荧光信号，进行信号数据的分析和处理，获得温度测量信息；所述可更换装置罩
(7)
根据不同的荧光测温法设置有两种形式，所述不同的荧光测温法包括：荧光强度比测温法和荧光寿命测温法；对应荧光强度比测温法使用的是第一种形式的可更换装置罩；所述第一种形式的可更换装置罩包括：若干个
LED
灯
(19)、
同步触发器
(20)、
第一
Y
型光纤
(21)、
第二
Y
型光纤
(24)
；对应荧光寿命测温法使用的是第二种形式的可更换装置罩；所述第二种形式的可更换装置罩包括：激光器
(37)
；所述多功能测量方法具体包括如下步骤：步骤1：确定所采用的的荧光测温法为荧光强度比测温法还是荧光寿命测温法；在确定采用荧光强度比测温法的情况下进入步骤2，在确定采用荧光寿命测温法的情况下进入步骤3；步骤2：在确定采用荧光强度比测温法的情况下，由第一种形式的可更换装置罩内部设置的若干个
LED
灯
(19)
通过同步触发器
(20)
控制，激励荧光粉末压片
(4)
的荧光材料，在温度已知的情况下，用第一
Y
型光纤
(21)、
第二
Y
型光纤
(24)
的石英光纤分别收集两个目标峰值波长的荧光信号，通过信号放大器
(12)、
探测器
(13)、
上位机
(14)
构成的信息处理模块记录荧光强度的比值，多次重复操作，即可拟定出一条温度
——
荧光强度比的关系曲线；根据标定出的关系曲线，即可通过测算荧光强度比来求得温度测量信息；步骤3：在确定采用荧光寿命测温法的情况下，由第二种形式的可更换装置罩内部设置的激光器
(37)
光源发射一个脉冲激励光照射荧光粉末压片
(4)
的荧光材料，荧光材料受激产生荧光信号，当激励消失后，荧光强度迅速衰减；在温度已知的情况下，通过信号放大器
(12)、
探测器
(13)、
上位机
(14)
构成的信息处理模块可以得到荧光衰减寿命的大小，多次重复操作，即可拟定出一条温度
——
荧光寿命的关系曲线；根据标定出的关系曲线便可以通过测算荧光寿命来求得温度测量信息
。2.
如权利要求1所述的基于荧光测温法的多功能测量方法，其特征在于，所述井式炉
(1)
上设有充气口
(5)、
进水口
(6)、
法兰盘
(8)、
石英窗口
(9)、
出水口
(10)、
抽气口
(11)
；所述井式炉
(1)
顶部开一个圆孔，安装所述法兰盘
(8)
；法兰盘
(8)
中心开一个孔，安装一个所述石英窗口
(9)
；充气口
(5)
和抽气口
(11)
位于井式炉
(1)
顶部的两侧，用于使炉内处于真空或保护气环境；进水口
(6)
和出水口
(10)
是水冷装置的两端，用于有效的减少炉内高
温环境对井式炉
(1)
内部其他配套器材的损害
。3.
如权利要求1所述的基于荧光测温法的多功能测量方法，其特征在于，所述信息处理模块包括依次连接的信号放大器
(12)、
探测器
(13)、
上位机
(14)
；所述信号放大器
(12)
接收光纤传回的荧光信号，进行信号的放大处理；信号放大器
(12)
连接探测器
(13)
，探测器
(13)
连接上位机
(14)
，进行信号数据的分析和处理，获得温度测量信息
。4.
如权利要求3所述的基于荧光测温法的多功能测量方法，其特征在于，所述探测器
(13)
根据不同的测试需求进行不同的选择，点温度的测试选择雪崩光电二极管和光电倍增管
。5.
如权利要求3所述的基于荧光测温法的多功能测量方法，其特征在于，所述探测器
(13)
根据不同的测试需求进行不同的选择，面温度的测量选择面阵
CCD
相机和多通道高速相机
。6.
如权利要求1所述的基于荧光测温法的多功能测量方法，其特征在于，置于高温环境下热导性良好的所述载物台
(3)
，用于调节荧光粉末压片
(4)
的位置，保证荧光粉末压片
(4)
受热更均匀，被参考的温控数值更可靠
。7.
如权利要求1所述的基于荧光测温法的多功能测量方法，其特征在于，荧光强度比测温法配套适用的可更换装置罩
(7)
整体为一个倒扣的不锈钢容器，外壳形式为第一外壳
(15)
；所述第一外壳
(15)
顶部四周开若干均匀分布的圆孔；在每个圆孔处均设置有一个压圈
(18)
，所述压圈

【专利技术属性】
技术研发人员：王高，梁云山，范锦珑，李铁林，梁海坚，周汉昌，孙鹏，付巍，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：