一种基于上转换荧光粉的温度传感方法技术

本发明专利技术涉及一种基于上转换荧光粉的温度传感方法，步骤如下：1）所述的荧光粉末棒一端与Y型多模光纤的公共端相粘接，固定在半封闭的透光管中，另一端作为温度传感头，设置于透光管的封闭端处；Y型多模光纤的分叉端的一端与光源相连，分叉端的另一端与光谱仪相连；2）透光管的封闭端作为温度传感头，置于待测物体；3）光源的光线出射后，进入Y型多模光纤的分叉端的一端，激励荧光粉末棒，激发的荧光从Y型多模光纤的分叉端的另一端导出，由光谱仪检测并将相应的光谱传输到计算机上，根据荧光强度比和温度的对应关系进行定标，从而输出实测的温度值。本发明专利技术将荧光粉掺杂在透光胶中，传感器灵敏度更高、测温范围更宽、温度稳定性更好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光纤传感测量方法，更具体地说，涉及。
技术介绍
光纤温度传感器以其精度高、传感范围宽、不受电磁干扰等优点，已广泛应用于智能电网、生物医疗、石油化工、工业微波、电源管理和军事国防等领域。特别地，利用纯光学原理进行参数测量的荧光光纤温度传感器具有传统传感技术所无法比拟的优势而受到越来越多研究人员的关注。虽然市场上一些荧光光纤温度传感器已经实现小批量生产，但随着应用领域的不断扩展，性能优越的荧光材料不断涌现，传感器的设计面临着新的机遇与挑战。荧光强度比光纤温度传感器最大的优点在于传感信息取决于强度比的变化，不受光源波动、光纤传输损耗、连接损耗等因素的影响。目前，关于采用荧光强度比进行温度测量的研究，大部分集中在稀土掺杂光纤上，对于荧光粉等其他一些稀土发光材料的报道较少。例如 Kusama 等人(Kusama, H.，O. J. Sovers, T. Y oshioka. Line shifmethod for phosphor temperature measurements.Japanese Journal ofAppliedPhysics, 1996，15(12) :2345)研究了采用Y2O2S = Eu3+荧光体的两个不同激发态跃迁得到的光强比进行光纤温度传感测量；西北工业大学物理系(柏海鹰，王济民.基于新型稀土发光材料的突光光纤温度传感器系统.传感技术学报，2004，(4) :660-662)设计了一套基于稀土荧光材料的荧光光纤测温系统。系统以稀土材料Y2O2S:Eu+Fe203作为敏感材料，测温范围为25 85°C。这两种测温方案都因材料自身较低的热猝灭温度限制了温度传感器的测温范围，而且存在工艺复杂、成本高等缺点。同时，这两类荧光材料的峰值发射波长仅有两个，在不同峰值波长的荧光计算其强度比时灵活性受到局限，存在灵敏度较低等缺陷。对于上转换荧光粉材料性能稳定、易合成，可以大大降低传感器的制作成本。因此研究既能利用光纤传感的优点，又不会引入复杂的系统设计，使用普通光源、荧光材料、探测器等的低成本、高性能的新型光纤荧光温度传感器具有重大的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种在同一波长光源泵浦下测量不同波长的荧光强度比、实验设备小巧简便、制作成本低、灵敏度高、测温范围宽、成本低、温度稳定性好的基于上转换荧光粉的温度传感方法。本专利技术的技术方案如下，包括光源、光纤、上转换荧光粉、光谱仪、透光管；所述的上转换荧光粉掺杂在透光胶中，呈荧光粉末棒的结构；所述的透光管为半封闭透光管；所述的光纤为Y型多模光纤；步骤如下I)、所述的荧光粉末棒一端与Y型多模光纤的公共端相粘接，固定在半封闭的透光管中，另一端作为温度传感头，设置于透光管的封闭端处；γ型多模光纤的分叉端的一端与光源相连，分叉端的另一端与光谱仪相连；2)、透光管的封闭端作为温度传感头，置于待测物体；3)、光源的光线出射后,进入Y型多模光纤的分叉端的一端,激励突光粉末棒,激发的荧光从Y型多模光纤的分叉端的另一端导出，由光谱仪检测并将相应的光谱传输到计算机上，根据荧光强度比和温度的对应关系进行定标，从而输出实测的温度值。作为优选，光源与Y型多模光纤的分叉端的一端之间设有耦合透镜。作为优选，所述的上转换荧光粉为NaYF4:Yb3+/Er3+上转换荧光粉。 作为优选，所述的光源为980nm泵浦激光器。作为优选，所述的透光管为石英管。作为优选，所述的光谱仪其探测器的响应波长范围在20(Tll00nm。一种掺杂上转换荧光粉的荧光粉末棒的制备方法，步骤如下A)、取等比例的NaYF4:Yb3+/Er3+荧光粉、粉末状修补剂、胶状修补剂；B)、将NaYF4:Yb3+/Er3+荧光粉、粉末状修补剂置于研钵中充分研磨；C)、再加入胶状修补剂进行二次研磨，调成半固体糊状；D)、将半固体糊状制成棒状结构。作为优选，进一步还包括E)、将步骤D)制得的棒状结构粘接于Y型多模光纤的公共端，固定在半封闭的透光管的封闭端；F)、在常温下固化16小时后放置80°C的恒温箱2小时，此后缓慢升温至150°C并保持2小时，缓慢冷却至室温完成固化。本专利技术的有益效果如下采用本专利技术所述的技术方案，采用上转换荧光粉制作，基于多数上转换荧光粉在一定波长泵浦下有多个峰值发射波长，因此选择不同峰值波长的荧光计算其强度比时具有较大的灵活性；同时，由于光纤通信的发展使用于泵浦的90(Tl000nm波段光源成本较低，易于获取，加之泵浦光与发射荧光波长间隔较远，易于实现滤波和消除泵浦光对荧光检测的不利影响。采用上转换荧光粉，在同一波长光源泵浦下测量不同波长的荧光强度比。此方法能克服多数荧光材料只有单一发射峰，无法实现不同波长荧光强度比测量的难题。本专利技术将荧光粉掺杂在透光胶中，使得传感器整体灵敏度更高、测温范围更宽、温度稳定性更好。附图说明图I是基于本专利技术的实验测量的连接示意图；图2是基于本专利技术的低温实验测量所得到的光谱温度特性图；图3是基于本专利技术的高温实验测量所得到的光谱温度特性图；图4是基于本专利技术的实验测量所得到的Er3+离子不同能级荧光发射峰值随温度变化曲线图5是基于本专利技术的实验测量所得到的荧光强度比I519nmA539nm与I519nm/I653nm的温度特性图；图中1是光源，2是Y型多模光纤，3是光谱仪，4是透光管，7是荧光粉末棒，8是计算机，9是温度控制器，10是箱式电炉。具体实施例方式以下结合附图及实施例对本专利技术进行进一步的详细说明。—种基于上转换突光粉的温度传感方法，如图I所不，实验设备包括光源I、光纤、 荧光粉末棒7、光谱仪3、半封闭的透光管4、计算机8、温度控制器9、箱式电炉10。步骤如下I)、所述的荧光粉末棒7 —端与Y型多模光纤2的公共端相粘接，固定在半封闭的透光管4中，另一端作为温度传感头，设置于透光管4的封闭端处；Y型多模光纤2的分叉端的一端与光源I相连，分叉端的另一端与光谱仪3相连；光源I与Y型多模光纤2的分叉端的一端之间设有耦合透镜。光谱仪3与Y型多模光纤2的分叉端的另一端相连。2)、透光管4的封闭端作为温度传感头，置于待测物体；3)、光源I的光线出射后,进入Y型多模光纤2的分叉端的一端,激励突光粉末棒7，激发的荧光从Y型多模光纤2的分叉端的另一端导出，由光谱仪3检测并将相应的光谱传输到计算机8上，根据荧光强度比和温度的对应关系进行定标，从而输出实测的温度值。本实施例中，所述的突光粉末棒7中掺杂有上转换突光粉,所述的半封闭透光管4为石英管，所述的光纤为Y型多模光纤2。所述的上转换荧光粉为NaYF4:Yb3+/Er3+上转换荧光粉；所述的光源I为980nm泵浦激光器。掺杂NaYF4:Yb3+/Er3+上转换荧光粉的荧光粉末棒7 —端用作温度传感头，另一端与Y型多模光纤2的公共端相粘接，固定在半封闭的石英管中。980nm泵浦光源经耦合透镜耦合后进入Y型多模光纤2的分叉端的一端去激励NaYF4: Yb3+/Er3+上转换荧光粉末棒7，激发的荧光从Y型多模光纤2的分叉端的另一端导出，由微型光谱仪3检测并将相应的光谱传输到计算机8上，根据荧光强度比和温度的对应关系进行定标，从而输出实测的温度值。在本实施例中，采用图I所示的实验测量装置，测试了 2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于上转换荧光粉的温度传感方法，其特征在于，包括光源、光纤、上转换荧光粉、光谱仪、透光管；所述的上转换荧光粉掺杂在透光胶中，呈荧光粉末棒的结构；所述的透光管为半封闭透光管；所述的光纤为Y型多模光纤；步骤如下：1）、所述的荧光粉末棒一端与Y型多模光纤的公共端相粘接，固定在半封闭的透光管中，另一端作为温度传感头，设置于透光管的封闭端处；Y型多模光纤的分叉端的一端与光源相连，分叉端的另一端与光谱仪相连；2）、透光管的封闭端作为温度传感头，置于待测物体；3）、光源的光线出射后，进入Y型多模光纤的分叉端的一端，激励荧光粉末棒，激发的荧光从Y型多模光纤的分叉端的另一端导出，由光谱仪检测并将相应的光谱传输到计算机上，根据荧光强度比和温度的对应关系进行定标，从而输出实测的温度值。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：董小鹏，林静敏，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：