基于制造技术

本发明专利技术公开了一种基于

【技术实现步骤摘要】
基于Asym2Sig函数的非接触式荧光光学测温方法


[0001]本专利技术属于材料测温方法
，尤其涉及一种基于
Asym2Sig
函数的非接触式荧光光学测温方法
。

技术介绍

[0002]随着科学技术的飞速发展，工业水平的不断提高，各行各业对温度测量的要求也越来越高，有时甚至需要跨越多个空间进行温度测量
。
例如远距离探测物体温度
、
真空环境下物体表面的温度，或者探测特殊环境如生物组织甚至细胞内的温度
。
传统的测温方法大多采用电阻温度检测器
(RTD)
作为测温探头，而测温探头与被测物体紧密接触需要一定时间进行传热平衡，并且测温探头与微电脑模块之间由导线连接，是空间上无法分离的重要部件，因此传统温度传感器无法应用于当前新兴的复杂测温环境
。
基于红外测温技术的非接触式温度传感器由于其分辨率和灵敏度不够高，也无法满足一些高精度的温度测量需求
。
因此，现有的温度测量方法不能在特殊空间内进行测温的同时满足测量精度高
、
速度快的要求
。
非接触式光学温度传感器打破了空间上的限制，其较快的响应速度和超高的分辨率可以在特殊条件下实现对目标温度的精准测量，有望成为新一代温度传感器
。
[0003]目前，非接触式光学温度传感器的开发主要集中在利用荧光强度
、
荧光强度比
、
半峰宽
、
峰值波长和荧光寿命等光学参数来检测温度
。
其中单峰荧光强度以及单峰荧光半峰宽作为参量进行温度探测时测量结果易受仪器参数等条件的影响，荧光寿命测温法因其对仪器设备具有极高的性能要求而难以实现商业化发展
。
而基于
FIR
技术的非接触式光学温度传感器因其操作简单灵敏度高，成为当前研究的热点
。
[0004]尽管
FIR
型光学温度传感器具有较高的灵敏度，但仍然面临着测量精度低的问题
。
这是由于
FIR
型光学温度传感器通过采集多个发射峰的荧光强度实现对温度的测量，而部分荧光发射峰峰形较窄，因此只能利用发射光谱中很少的实验数据，极易产生较大的测量误差
。
特别是当一些发射峰相距较近时，例如，来自
Er
3+
离子2H
11/2
→4I
15/2
与4S
3/2
→4I
15/2
能级跃迁的两个荧光发射峰峰形复杂，峰值波长相距仅
20nm
，因此采集这两个发射峰荧光强度时相互之间极易受到干扰
。
为了解决这一问题就要利用高分辨率和高灵敏度的光谱仪采集荧光信号，这样做不但增加了仪器设备的成本，也难以从根本上解决测量精度低的问题
。
因此，提出一种新的光学测温方案，在不提高设备要求的同时保证测温的灵敏度和测量精度，促进光学温度传感器的商业化应用具有重要的价值
。

技术实现思路

[0005]针对上述
技术介绍
中指出的不足，本专利技术提供了一种基于
Asym2Sig
函数的非接触式荧光光学测温方法
。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0007]基于
Asym2Sig
函数的非接触式荧光光学测温方法，该方法包括以下步骤：
[0008](1)
利用
Asym2Sig
函数对不同温度下荧光光学温度传感器中荧光材料的发射光谱
进行拟合；
Asym2Sig
函数中发射光谱低能量侧方差和高能量侧方差分别为峰形参数
w2和
w3；
[0009](2)
将拟合得到的所述峰形参数
w2和
w3作比得到参数
R
，参数
R
表示发射光谱峰形对称性受环境温度的程度，所述参数
R
与环境温度
T
之间呈线性分布，利用参数
R
与环境温度
T
之间的线性方程
R
＝
a
‑
bT
进行函数拟合计算待测物温度；其中，
a
表示截距，
‑
b
为直线斜率
。
[0010]优选地，所述荧光光学温度传感器中的荧光材料晶体结构中存在发光中心
。
[0011]优选地，所述荧光材料为
Mn
2+
激活荧光材料，包括
Zn2SiO4:Mn
2+
、Zn2GeO4:Mn
2+
、CdAl2O4:Mn
2+
、CdB4O7:Mn
2+
、LiZnPO4:Mn
2+
或
LiZnVO4:Mn
2+
。
[0012]相比于现有技术的缺点和不足，本专利技术具有以下有益效果：
[0013]本专利技术利用荧光材料在特殊晶体环境下发射光谱非对称性与环境温度之间的关系，采用
Asym2sig
函数拟合不同温度下荧光材料的发射光谱，获得的峰形参数
w2和
w3，再利用
w2与
w3的比值
R
与环境温度之间的函数关系计算待测物温度，利用
R
值作为参量进行非接触式光学测温具有操作简单
、
测量精度高
、
灵敏度高等优点
。
附图说明
[0014]图1是本专利技术提供的晶体内介电场环境下的
Mn
2+
荧光发射光谱非对称性及其形成原因示意图
。
[0015]图2是本专利技术提供的部分
Mn
2+
掺杂荧光材料发射光谱采用
Asym2Sig
函数拟合的结果
。
[0016]图3是本专利技术提供的不同温度下
Zn2GeO4:Mn
2+
的荧光发射光谱及其基于
Asym2Sig
函数的光谱拟合结果
。
[0017]图4是本专利技术提供的环境温度与参数
R
之间的关系
(
图
4(a))
以及环境温度与相对灵敏度
Sr
之间的关系
(
图
4(b))。
具体实施方式
[0018]为了使本专利技术的目的
、
技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明
。
应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术
。
[0019]Asym2sig(Asymmetric Doub本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
基于
Asym2Sig
函数的非接触式荧光光学测温方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)
利用
Asym2Sig
函数对不同温度下荧光光学温度传感器中荧光材料的发射光谱进行拟合；
Asym2Sig
函数中发射光谱低能量侧方差和高能量侧方差分别为峰形参数
w2和
w3；
(2)
将拟合得到的所述峰形参数
w2和
w3作比得到参数
R
，参数
R
表示发射光谱峰形对称性受环境温度影响的程度，所述参数
R
与环境温度
T
之间呈线性分布，利用参数
R
与环境温度
T
之间的线性方程
R
＝
a
‑
bT
进行函...

【专利技术属性】
技术研发人员：冉维广，颜廷江，
申请(专利权)人：曲阜师范大学，
类型：发明
国别省市：