[發(fā)明專利]一種基于上轉(zhuǎn)換熒光粉的溫度傳感方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210288592.2
• 申請日: 2012-08-14
• 公開（公告）號: CN102798485A
• 公開（公告）日: 2012-11-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 董小鵬;林靜敏
• 申請（專利權(quán)）人: 廈門大學(xué)
• 主分類號: G01K11/32
• 分類號: G01K11/32
• 代理公司: 廈門市首創(chuàng)君合專利事務(wù)所有限公司 35204
• 代理人: 連耀忠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種光纖傳感測量方法，更具體地說，涉及一種基于上轉(zhuǎn)換熒光粉的溫度傳感方法。

背景技術(shù)

光纖溫度傳感器以其精度高、傳感范圍寬、不受電磁干擾等優(yōu)點，已廣泛應(yīng)用于智能電網(wǎng)、生物醫(yī)療、石油化工、工業(yè)微波、電源管理和軍事國防等領(lǐng)域。特別地，利用純光學(xué)原理進行參數(shù)測量的熒光光纖溫度傳感器具有傳統(tǒng)傳感技術(shù)所無法比擬的優(yōu)勢而受到越來越多研究人員的關(guān)注。雖然市場上一些熒光光纖溫度傳感器已經(jīng)實現(xiàn)小批量生產(chǎn)，但隨著應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴展，性能優(yōu)越的熒光材料不斷涌現(xiàn)，傳感器的設(shè)計面臨著新的機遇與挑戰(zhàn)。

熒光強度比光纖溫度傳感器最大的優(yōu)點在于傳感信息取決于強度比的變化，不受光源波動、光纖傳輸損耗、連接損耗等因素的影響。目前，關(guān)于采用熒光強度比進行溫度測量的研究，大部分集中在稀土摻雜光纖上，對于熒光粉等其他一些稀土發(fā)光材料的報道較少。例如Kusama等人（[1]Kusama,H.,O.J.Sovers,T.Y?oshioka.Line?shif?method?for?phosphor?temperature?measurements.Japanese?Journal?ofApplied?Physics,1996,15(12):2345）研究了采用Y₂O₂S:Eu³⁺熒光體的兩個不同激發(fā)態(tài)躍遷得到的光強比進行光纖溫度傳感測量；西北工業(yè)大學(xué)物理系（[2]柏海鷹,王濟民.基于新型稀土發(fā)光材料的熒光光纖溫度傳感器系統(tǒng)[J].傳感技術(shù)學(xué)報,2004,(4):660-662）設(shè)計了一套基于稀土熒光材料的熒光光纖測溫系統(tǒng)。系統(tǒng)以稀土材料Y₂O₂S:Eu+Fe₂O₃作為敏感材料，測溫范圍為25~85℃。這兩種測溫方案都因材料自身較低的熱猝滅溫度限制了溫度傳感器的測溫范圍，而且存在工藝復(fù)雜、成本高等缺點。同時，這兩類熒光材料的峰值發(fā)射波長僅有兩個，在不同峰值波長的熒光計算其強度比時靈活性受到局限，存在靈敏度較低等缺陷。

對于上轉(zhuǎn)換熒光粉材料性能穩(wěn)定、易合成，可以大大降低傳感器的制作成本。因此研究既能利用光纖傳感的優(yōu)點，又不會引入復(fù)雜的系統(tǒng)設(shè)計，使用普通光源、熒光材料、探測器等的低成本、高性能的新型光纖熒光溫度傳感器具有重大的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種在同一波長光源泵浦下測量不同波長的熒光強度比、實驗設(shè)備小巧簡便、制作成本低、靈敏度高、測溫范圍寬、成本低、溫度穩(wěn)定性好的基于上轉(zhuǎn)換熒光粉的溫度傳感方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種基于上轉(zhuǎn)換熒光粉的溫度傳感方法，包括光源、光纖、上轉(zhuǎn)換熒光粉、光譜儀、透光管；所述的上轉(zhuǎn)換熒光粉摻雜在透光膠中，呈熒光粉末棒的結(jié)構(gòu)；所述的透光管為半封閉透光管；所述的光纖為Y型多模光纖；

步驟如下：

1）、所述的熒光粉末棒一端與Y型多模光纖的公共端相粘接，固定在半封閉的透光管中，另一端作為溫度傳感頭，設(shè)置于透光管的封閉端處；Y型多模光纖的分叉端的一端與光源相連，分叉端的另一端與光譜儀相連；

2）、透光管的封閉端作為溫度傳感頭，置于待測物體；

3）、光源的光線出射后，進入Y型多模光纖的分叉端的一端，激勵熒光粉末棒，激發(fā)的熒光從Y型多模光纖的分叉端的另一端導(dǎo)出，由光譜儀檢測并將相應(yīng)的光譜傳輸?shù)接嬎銠C上，根據(jù)熒光強度比和溫度的對應(yīng)關(guān)系進行定標(biāo)，從而輸出實測的溫度值。

作為優(yōu)選，光源與Y型多模光纖的分叉端的一端之間設(shè)有耦合透鏡。

作為優(yōu)選，所述的上轉(zhuǎn)換熒光粉為NaYF₄:Yb³⁺/Er³⁺上轉(zhuǎn)換熒光粉。

作為優(yōu)選，所述的光源為980nm泵浦激光器。

作為優(yōu)選，所述的透光管為石英管。

作為優(yōu)選，所述的光譜儀其探測器的響應(yīng)波長范圍在200~1100nm。

一種摻雜上轉(zhuǎn)換熒光粉的熒光粉末棒的制備方法，步驟如下：

A）、取等比例的NaYF₄:Yb³⁺/Er³⁺熒光粉、粉末狀修補劑、膠狀修補劑；

B）、將NaYF₄:Yb³⁺/Er³⁺熒光粉、粉末狀修補劑置于研缽中充分研磨；

C）、再加入膠狀修補劑進行二次研磨，調(diào)成半固體糊狀；