[發(fā)明專利]一種熒光溫度傳感器探針及其制作方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910186443.3
• 申請(qǐng)日: 2009-11-06
• 公開（公告）號(hào): CN101701855A
• 公開（公告）日: 2010-05-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張巍巍;何興道;高益慶
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南昌航空大學(xué)
• 主分類號(hào): G01K11/32
• 分類號(hào): G01K11/32
• 代理公司: 南昌洪達(dá)專利事務(wù)所 36111
• 代理人: 劉凌峰

技術(shù)領(lǐng)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(shù)

某些熒光材料的發(fā)光特性與溫度有顯著的函數(shù)關(guān)系，測(cè)量計(jì)算材料熒光的強(qiáng)度、比強(qiáng)度、壽命等特性的變化可以得到相應(yīng)的溫度。熒光溫度傳感器往往還具有光波導(dǎo)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(hào)。深圳大學(xué)專利號(hào)為200810065176的光子晶體光纖熒光溫度傳感器及測(cè)量系統(tǒng)，通過激發(fā)光和信號(hào)光的傳播可以通過同一個(gè)光路，也可以不同。專利200810177040在利用同一個(gè)光波導(dǎo)傳播激發(fā)光和信號(hào)光的溫度傳感器中，儲(chǔ)置于一個(gè)罩子凹部的熒光材料被粘合在光波導(dǎo)端面，溫度探針用保護(hù)套封閉(專利文獻(xiàn)2)。保護(hù)套與儲(chǔ)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(gè)光波導(dǎo)傳播激發(fā)光和信號(hào)光時(shí)，存在信號(hào)強(qiáng)度較低，因而影響測(cè)量精度；熱敏區(qū)的附加質(zhì)量較大，探針對(duì)快速變化的溫度的響應(yīng)存在遲滯；保護(hù)套的熱導(dǎo)擾動(dòng)改變測(cè)溫點(diǎn)的溫度，使傳感器不能測(cè)量微區(qū)環(huán)境溫度。

發(fā)明內(nèi)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(hào)穩(wěn)定，靈敏度提高，探針本身對(duì)被測(cè)環(huán)境的擾動(dòng)小。

本發(fā)明是這樣來實(shí)現(xiàn)的，它包括激發(fā)光光波導(dǎo)，其特征在于：激發(fā)光光波導(dǎo)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(jī)熒光材料、絡(luò)合熒光物質(zhì)或復(fù)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(qū)體或熔融光學(xué)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(jī)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(qū)體，然后將端面平整潔凈的激發(fā)光光波導(dǎo)垂直浸入熒光混合物前驅(qū)體，緩慢垂直提起，靜置片刻，在激發(fā)光光波導(dǎo)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(dǎo)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(diǎn)是：傳感器探針體型微小、靈敏度高、信號(hào)穩(wěn)定、可靠性良好、制造簡(jiǎn)便。

附圖說明

圖1為本發(fā)明為溫度傳感器的測(cè)量系統(tǒng)構(gòu)成框圖。

在圖中，1、激發(fā)光光波導(dǎo)?2、熒光混合物?3、反射層?4、光源?5、光譜測(cè)量系統(tǒng)?6、信號(hào)熒光導(dǎo)出光波導(dǎo)

具體實(shí)施方式

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(cè)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(cè)量溫度，系統(tǒng)光路中還可以添加隔離器、偏振元件等光學(xué)元件。常用光源4有汞燈、惰性氣體燈，例如氙燈、氘燈、半導(dǎo)體激光器、鹵鎢燈，根據(jù)熒光材料的發(fā)光特性和激發(fā)光光波導(dǎo)1的吸收特性，選擇合適波長(zhǎng)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(dǎo)，激發(fā)光經(jīng)激發(fā)光光波導(dǎo)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(dǎo)1數(shù)值孔徑內(nèi)的與激發(fā)光反向的信號(hào)熒光進(jìn)入激發(fā)光光波導(dǎo)，經(jīng)由信號(hào)熒光導(dǎo)出光波導(dǎo)6導(dǎo)出，光譜測(cè)量系統(tǒng)5接收信號(hào)熒光，測(cè)量熒光的各項(xiàng)溫度敏感特性，例如熒光壽命、不同熒光峰的強(qiáng)度等，由計(jì)算機(jī)擬合計(jì)算對(duì)應(yīng)的溫度。整套系統(tǒng)可以由計(jì)算機(jī)、單片機(jī)或可編程邏輯控制器控制協(xié)調(diào)運(yùn)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。可選的液態(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(qū)體或熔融光學(xué)塑料，還可以選用硅酸鹽、硼酸鹽及其混合物等無機(jī)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(dǎo)1的端面，因此測(cè)量是穩(wěn)定可重復(fù)的。由激發(fā)光光波導(dǎo)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(shù)、散射系數(shù)取決于熒光材料和固化后的粘合劑的材質(zhì)，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(shù)；反射層3反射不在激發(fā)光光波導(dǎo)1數(shù)值孔徑內(nèi)的材料熒光并有會(huì)聚效果。因此，進(jìn)入激發(fā)光光波導(dǎo)1的信號(hào)熒光強(qiáng)度較高，可以保證測(cè)量精準(zhǔn)度。反射層3的材質(zhì)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(jī)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(fù)合材料的反射層，例如鍍鋁，外層再覆蓋Teflon，也是可行的。