一種下轉(zhuǎn)換熒光強(qiáng)度比測溫技術(shù)的修正方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種下轉(zhuǎn)換熒光強(qiáng)度比測溫技術(shù)的修正方法。
【背景技術(shù)】
[0002]為了滿足科學(xué)研究以及工業(yè)技術(shù)中某些特殊環(huán)境對溫度測量的需要，熒光溫度傳感技術(shù)這種基于熒光材料光譜性質(zhì)的溫度依賴關(guān)系的非接觸溫度傳感方法引起了人們的廣泛關(guān)注，具有重要的實(shí)用價(jià)值。
[0003]熒光強(qiáng)度比測溫技術(shù)(FIR)是熒光溫度傳感技術(shù)中應(yīng)用最為重要的一種，其原理是利用稀土離子的兩個(gè)相鄰的具有熱耦合關(guān)系的激發(fā)態(tài)能級向某一低能級躍迀時(shí)發(fā)射的熒光強(qiáng)度的比值來測溫，這種利用比值的測溫方法具有抗干擾、噪聲小、成本低的優(yōu)點(diǎn)。FIR技術(shù)中，兩個(gè)熒光強(qiáng)度的大小與能級上熱布局的粒子數(shù)成正比，而熱布局的粒子數(shù)滿足玻爾茲曼分布，因此熒光強(qiáng)度的比值滿足公式FIR = Aexp(- △ E/kT)。式中，F(xiàn)IR表示熒光強(qiáng)度比值、△ E為兩個(gè)熱偶和能級之差、k為玻爾茲曼常數(shù)、T為溫度。由此公式可以得出，F(xiàn)IR技術(shù)的測溫靈敏度為S= Δ E/kT2。
[0004]目前，熒光強(qiáng)度比測溫技術(shù)仍然存在一些問題使得這種技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中比較困難。為了獲得更高的測溫靈敏度，通常需要選擇能級差ΔΕ大的材料，而ΔΕ增大時(shí)，熱耦合能級對的上能級輻射的熒光強(qiáng)度很弱，熒光信號的信噪比很低，因此會引起較大的測溫誤差，此外，當(dāng)A E減小時(shí)，F(xiàn)IR公式又不完全滿足玻爾茲曼分布，此時(shí)公式中需要加入修正項(xiàng)，變?yōu)镕IR = Aexp(-AE/kT)+B，修正項(xiàng)B的引入會導(dǎo)致測溫結(jié)果不準(zhǔn)確。因此對FIR進(jìn)行修正以消除修正項(xiàng)能夠使得FIR技術(shù)在保持較高的測溫靈敏度的同時(shí)其測溫準(zhǔn)確性也得到保證。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明是要解決現(xiàn)有測溫技術(shù)測溫結(jié)果不準(zhǔn)確的問題，提供一種下轉(zhuǎn)換熒光強(qiáng)度比測溫技術(shù)的修正方法。
[0006]本發(fā)明一種下轉(zhuǎn)換熒光強(qiáng)度比測溫技術(shù)的修正方法，是按以下步驟進(jìn)行的:一、激發(fā)源發(fā)出的脈沖激發(fā)光經(jīng)過凸透鏡匯聚照射到稀土離子摻雜的感溫材料上，稀土離子摻雜的感溫材料所發(fā)射的下轉(zhuǎn)換熒光通過另一凸透鏡匯聚入射到計(jì)算機(jī)控制的光柵光譜儀中，其中計(jì)算機(jī)控制的光柵光譜儀采集的熒光光譜具有兩個(gè)熒光發(fā)射峰，分別為稀土離子兩個(gè)相鄰且存在熱耦合關(guān)系的能級到下能級輻射躍迀所產(chǎn)生的熒光發(fā)射峰，上能級A發(fā)射的熒光波長短于下能級B發(fā)射的波長;二、將計(jì)算機(jī)控制的光柵光譜儀連接存儲示波器，存儲示波器進(jìn)行不同溫度下熒光衰變曲線的測量，得到不同溫度下的下能級B熒光衰變曲線和上能級A熒光衰變曲線;計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，給出修正系數(shù)，修正后的熒光強(qiáng)度比為FIRC =FIR.(^/(Ci+Cs)，得到修正曲線;所述的上能級A為稀土離子兩個(gè)相鄰且存在熱耦合關(guān)系的能級中的上能級;下能級B為稀土離子兩個(gè)相鄰且存在熱耦合關(guān)系的能級中的下能級。
[0007]本發(fā)明中激發(fā)源發(fā)出的脈沖激發(fā)光經(jīng)過凸透鏡匯聚照射到感溫材料上，感溫材料所發(fā)射的下轉(zhuǎn)換熒光通過凸透鏡匯聚入射到光譜儀中，由光譜儀對所探測到的熒光進(jìn)行光譜分析。分別測量來源于熱耦合能級輻射躍迀的兩個(gè)下轉(zhuǎn)換熒光峰的衰變曲線。下輻射能級熒光強(qiáng)度Ιι呈單e指數(shù)規(guī)律衰減-hzCoexpbtAo)，通過對測量的熒光衰變曲線進(jìn)行e指數(shù)擬合，獲得不同溫度下的擬合壽命το。由于兩個(gè)能級存在熱耦合關(guān)系，上輻射能級熒光強(qiáng)度12隨時(shí)間t的衰變規(guī)律呈雙e指數(shù)衰減山⑴二仏耶^/“+—耶^八丄短壽命^為能級本征壽命，長壽命12與下能級的擬合壽命το—致，&、&為擬合權(quán)重系數(shù)；固定τ2=το，對熒光衰變曲線進(jìn)行雙e指數(shù)擬合，獲得擬合參量CjPC2。從而由(^/(a+GO獲得FIR的修正系數(shù)，修正后的熒光強(qiáng)度比表示為FIRC = FIR.(^/(Ci+Cs)。此修正后的熒光強(qiáng)度比隨溫度的變化規(guī)律與玻爾茲曼分布律沒有偏差。
[0008]本發(fā)明的修正方法消除了熒光強(qiáng)度比與玻爾茲曼分布律的偏差，在保持了熒光強(qiáng)度比方法抗干擾能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好、靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，提高了其測溫的準(zhǔn)確度。
【附圖說明】
[0009]圖1為實(shí)施例1的流程示意圖；其中1為405nm發(fā)光二極管、2為透鏡、3為Eu3+:Caff04感溫材料、4為另一透鏡、5為光柵光譜儀、6為計(jì)算機(jī)；
[0010]圖2為405nm激光激發(fā)下稀土銪的熒光光譜；
[0011]圖3為405nm激光激發(fā)下稀土銪的福射躍迀能級圖；
[0012]圖4為修正前的FIR與波爾茲曼分布率偏差的示意圖，“〇”為修正前的FIR，a為波爾茲曼分布曲線；
[0013]圖5為銪離子熱耦合能級中594nm的熒光衰變曲線示意圖，“〇”為594nm的熒光衰變曲線，b為壽命擬合線；
[0014]圖6為銪離子熱耦合能級中538nm的熒光衰變曲線示意圖，“?”為538nm的熒光衰變曲線，b為壽命擬合線；
[0015]圖7為修正參數(shù)隨溫度的變化規(guī)律圖；
[0016]圖8為修正后的FIR與波爾茲曼分布率無偏差的示意圖，“〇”為修正前的FIR，a為波爾茲曼分布曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0017]【具體實(shí)施方式】一:本實(shí)施方式一種下轉(zhuǎn)換熒光強(qiáng)度比測溫技術(shù)的修正方法，是按以下步驟進(jìn)行的:一、激發(fā)源發(fā)出的脈沖激發(fā)光經(jīng)過凸透鏡匯聚照射到稀土離子摻雜的感溫材料上，稀土離子摻雜的感溫材料所發(fā)射的下轉(zhuǎn)換熒光通過另一凸透鏡匯聚入射到計(jì)算機(jī)控制的光柵光譜儀中，其中計(jì)算機(jī)控制的光柵光譜儀采集的熒光光譜具有兩個(gè)熒光發(fā)射峰，分別為稀土離子兩個(gè)相鄰且存在熱耦合關(guān)系的能級到下能級輻射躍迀所產(chǎn)生的熒光發(fā)射峰，上能級A發(fā)射的熒光波長短于下能級B發(fā)射的波長;二、將計(jì)算機(jī)控制的光柵光譜儀連接存儲示波器，存儲示波器進(jìn)行不同溫度下熒光衰變曲線的測量，得到不同溫度下的下能級B熒光衰變曲線和上能級A熒光衰變曲線;計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，給出修正系數(shù)，修正后的熒光強(qiáng)度比為FIRC = FIR.&/(&+(:2)，得到修正曲線;所述的上能級A為稀土離子兩個(gè)相鄰且存在熱耦合關(guān)系的能級中的上能級；下能級B為稀土離子兩個(gè)相鄰且存在熱耦合關(guān)系的能級中的下能級。
[0018]本實(shí)施方式中激發(fā)源發(fā)出的脈沖激發(fā)光經(jīng)過凸透鏡匯聚照射到感溫材料上，感溫材料所發(fā)射的下轉(zhuǎn)換熒光通過凸透鏡匯聚入射到光譜儀中，由光譜儀對所探測到的熒光進(jìn)行光譜分析。分別測量來源于熱耦合能級輻射躍迀的兩個(gè)下轉(zhuǎn)換熒光峰的衰變曲線。下輻射能級熒光強(qiáng)度Ιι呈單e指數(shù)規(guī)律衰減-hzCoexpd/w)，通過對測量的熒光衰變曲線進(jìn)行e指數(shù)擬合，獲得不同溫度下的擬合壽命το。由于兩個(gè)能級存在熱耦合關(guān)系，上輻射能級熒光強(qiáng)度12隨時(shí)間t的衰變規(guī)律呈雙e指數(shù)衰減:Ι2(0=(^Χρ(-ντι)+(^Χρ(-ντ2)，短壽命1:為能級本征壽命，長壽命τ2與下能級的擬合壽命το—致，&、&為擬合權(quán)重系數(shù);固定τ2=το，對熒光衰變曲線進(jìn)行雙e指數(shù)擬合，獲得擬合參量CjPC2。從而由C2/ (C1+C2)獲得FIR的修正系數(shù)，修正后的熒光強(qiáng)度比表示為FIRC = FIR.(^/(Ci+Cs)。此修正后的熒光強(qiáng)度比隨溫度的變化規(guī)律與玻爾茲曼分布律沒有偏差。
[0019]本實(shí)施方式的修正方法消除了熒光強(qiáng)度比與玻爾茲曼分布律的偏差，在保持了熒光強(qiáng)度比方法抗干擾能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好、靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，提高了其測溫的準(zhǔn)確度。
[0020]【具體實(shí)施方式】