專利名稱：一種熒光溫度傳感器探針及其制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種熒光溫度傳感器探針，尤其涉及一種熒光溫度傳感器探針及其制
作方法。
背景技術：
某些熒光材料的發(fā)光特性與溫度有顯著的函數關系，測量計算材料熒光的強度、 比強度、壽命等特性的變化可以得到相應的溫度。熒光溫度傳感器往往還具有光波導組件， 傳播來自光源的激發(fā)光和來自熒光材料的熒光信號。深圳大學專利號為200810065176的 光子晶體光纖熒光溫度傳感器及測量系統(tǒng)，通過激發(fā)光和信號光的傳播可以通過同一個光 路，也可以不同。專利200810177040在利用同一個光波導傳播激發(fā)光和信號光的溫度傳感 器中，儲置于一個罩子凹部的熒光材料被粘合在光波導端面，溫度探針用保護套封閉(專 利文獻2)。保護套與儲放熒光材料的罩子連接在一起。之前的熒光溫度傳感器使用同一個 光波導傳播激發(fā)光和信號光時，存在信號強度較低，因而影響測量精度；熱敏區(qū)的附加質量 較大，探針對快速變化的溫度的響應存在遲滯；保護套的熱導擾動改變測溫點的溫度，使傳 感器不能測量微區(qū)環(huán)境溫度。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種熒光溫度傳感器探針及其制作方法，該傳感器探針形 體微小，信號穩(wěn)定，靈敏度提高，探針本身對被測環(huán)境的擾動小。 本發(fā)明是這樣來實現的，它包括激發(fā)光光波導，其特征在于激發(fā)光光波導的一頂
端粘有熒光混合物形成傳感器探針，傳感器探針連接反射層。 本發(fā)明所述的熒光混合物為熒光材料和液態(tài)粘合劑的混合物。 本發(fā)明所述的熒光材料為紅寶石及其它過渡金屬摻雜的化合物、稀土氧化物、有
機熒光材料、絡合熒光物質或復合熒光材料；所述的液態(tài)粘合劑為環(huán)氧樹脂、丙烯酸酯、硅
樹脂以及透明塑料的前驅體或熔融光學塑料、硅酸鹽、硼酸鹽及其混合物。 本發(fā)明所述的反射層的材料為金屬、合金、有機物、化合物、氧化物或以上材料的
混合物。 其制作方法為首先將熒光材料添加到液態(tài)粘合劑中，混合攪拌均勻后成為粘流 態(tài)的熒光混合物前驅體，然后將端面平整潔凈的激發(fā)光光波導垂直浸入熒光混合物前驅 體，緩慢垂直提起，靜置片刻，在激發(fā)光光波導的端面粘附有半球形的液滴，將粘附有液滴 的激發(fā)光光波導置于粘合劑固化需要的環(huán)境中使液滴固化，最后在傳感器探針的頂端包裹 反射層。 本發(fā)明的優(yōu)點是傳感器探針體型微小、靈敏度高、信號穩(wěn)定、可靠性良好、制造簡 便。
圖1為本發(fā)明為溫度傳感器的測量系統(tǒng)構成框圖。 在圖中，1、激發(fā)光光波導2、熒光混合物3、反射層4、光源5、光譜測量系統(tǒng)6、 信號熒光導出光波導
具體實施例方式
如圖1所示，溫度傳感器由溫度敏感的溫度傳感器探針、光源4、光譜測量系統(tǒng)5和 傳播光路組成。溫度傳感器是利用熱敏材料隨溫度變化的熒光特性來測量溫度，系統(tǒng)光路 中還可以添加隔離器、偏振元件等光學元件。常用光源4有汞燈、惰性氣體燈，例如氙燈、氖 燈、半導體激光器、鹵鎢燈，根據熒光材料的發(fā)光特性和激發(fā)光光波導1的吸收特性，選擇 合適波長的激發(fā)光源4，并選用合適波段的濾色片，典型的傳播光路采用Y形光波導，激發(fā) 光經激發(fā)光光波導1分支注入傳感器探針，激發(fā)熒光材料使其發(fā)光，透過熒光混合物2的激 發(fā)光被反射層3反射，熒光材料的熒光出射的一部分也被反射層3反射，在激發(fā)光光波導1 數值孔徑內的與激發(fā)光反向的信號熒光進入激發(fā)光光波導，經由信號熒光導出光波導6導 出，光譜測量系統(tǒng)5接收信號熒光，測量熒光的各項溫度敏感特性，例如熒光壽命、不同熒 光峰的強度等，由計算機擬合計算對應的溫度。整套系統(tǒng)可以由計算機、單片機或可編程邏 輯控制器控制協(xié)調運行。 在溫度傳感器探針的頂端固定的熒光混合物2由熱敏熒光材料和液態(tài)粘合劑混 合而成?？蛇x的液態(tài)粘合劑有環(huán)氧樹脂、丙烯酸酯、硅樹脂以及各類透明塑料的前驅體或熔 融光學塑料，還可以選用硅酸鹽、硼酸鹽及其混合物等無機粘合劑；熒光混合物2固化后穩(wěn) 定地固定在激發(fā)光光波導1的端面，因此測量是穩(wěn)定可重復的。由激發(fā)光光波導1傳播到 熒光混合物2的激發(fā)光部分被熒光混合物2吸收，吸收系數、散射系數取決于熒光材料和固 化后的粘合劑的材質，以及熒光材料的混合比例和顆粒度，鍍覆在溫度傳感器探針頂端的 反射層3反射穿透了熒光混合物2的激發(fā)光，可以提高激發(fā)光的吸收系數；反射層3反射不 在激發(fā)光光波導1數值孔徑內的材料熒光并有會聚效果。因此，進入激發(fā)光光波導1的信 號熒光強度較高，可以保證測量精準度。反射層3的材質可以使用金屬例如鋁、金、銀、鈦、 鉻等，或合金如不銹鋼，也可以采用有機物如Teflon，還可以采用化合物如TiN、氧化物等 以及以上材料的混合物。復合材料的反射層，例如鍍鋁，外層再覆蓋Teflon，也是可行的。
在溫度傳感器探針的頂端固定的熒光混合物2含有熱敏的熒光材料，典型的熒光 材料有紅寶石及其它過渡金屬摻雜的化合物、鑭系稀土氧化物等，也可能采用有機熒光材 料、絡合熒光物質、復合熒光材料。以稀土氧化物Y202S : Eu為例高壓汞燈光源的365nm 紫外光作為激發(fā)光，發(fā)射熒光的中心波長位于540nm和630nm。測量這兩個波長的熒光強 度，求得相對值，就可以由相對值導出相應的被測溫度。 光波導、激發(fā)光光波導1、信號熒光導出光波導6可以采用完整的Y形光纖光分束 器，也可以是光纖束、液體光導、空心光導、玻璃棒等光波導元件?；蛘哒f，所有能夠傳播激 發(fā)光和信號光、具有分光功能的光路都是可選用的。 傳感器探針的制作方法為首先將熒光材料添加到液態(tài)粘合劑中，混合攪拌均勻后 成為粘流態(tài)的熒光混合物前驅體，然后將端面平整潔凈的激發(fā)光光波導垂直浸入熒光混合 物前驅體，緩慢垂直提起，靜置片刻，在激發(fā)光光波導的端面粘附有半球形的液滴，將粘附有液滴的激發(fā)光光波導置于粘合劑固化需要的環(huán)境中使液滴固化，最后在傳感器探針的頂 端包裹反射層。
在上述說明中，也可以采用其它材料和成形方式形成傳感器探針，例如熒光材料 采用溶膠_凝膠法固定到激發(fā)光光波導1的端面，激發(fā)光光波導1浸漬在溶膠_凝膠的前 驅液體中，熒光材料不再需要粘合劑就可以穩(wěn)定附著并形成半球形。相應地固化工藝由低 溫燒結工藝取代。其它材料、工藝步驟類似上述說明。
本發(fā)明不限于上述實施方式。
權利要求
一種熒光溫度傳感器探針，其特征在于激發(fā)光光波導的一頂端粘有熒光混合物形成傳感器探針，傳感器探針連接反射層。
2. —種權利要求1所述的一種熒光溫度傳感器探針的制作方法，其特征是首先將熒光 材料添加到液態(tài)粘合劑中，混合攪拌均勻后成為粘流態(tài)的熒光混合物前驅體，然后將端面 平整潔凈的激發(fā)光光波導垂直浸入熒光混合物前驅體，緩慢垂直提起，靜置片刻，在激發(fā)光 光波導的端面粘附有半球形的液滴，將粘附有液滴的激發(fā)光光波導置于粘合劑固化需要的 環(huán)境中使液滴固化，最后在傳感器探針的頂端包裹反射層。
3. 根據權利要求1或2所述的一種熒光溫度傳感器探針，其特征是所述的熒光混合物 為熒光材料和液態(tài)粘合劑的混合物。
4. 根據權利要求1或2所述的一種熒光溫度傳感器探針，其特征是所述的熒光材料為 紅寶石及其它過渡金屬摻雜的化合物、稀土氧化物、有機熒光材料、絡合 熒光物質或復合熒 光材料；所述的液態(tài)粘合劑為環(huán)氧樹脂、丙烯酸酯、硅樹脂以及透明塑料的前驅體或熔融光 學塑料、硅酸鹽、硼酸鹽及其混合物。
5. 根據權利要求1或2所述的一種熒光溫度傳感器探針，其特征是所述的反射層的材 料為金屬、合金、有機物、化合物、氧化物或以上材料的混合物。
全文摘要
一種熒光溫度傳感器探針，其特征在于激發(fā)光光波導的一頂端粘有熒光混合物形成傳感器探針，傳感器探針連接反射層。本發(fā)明的優(yōu)點是傳感器探針體型微小、靈敏度高、信號穩(wěn)定、可靠性良好、制造簡便。
文檔編號G01K11/32GK101701855SQ20091018644
公開日2010年5月5日 申請日期2009年11月6日 優(yōu)先權日2009年11月6日
發(fā)明者何興道, 張巍巍, 高益慶 申請人:南昌航空大學