[發明專利]基于YSZ:Re熒光壽命測量的溫度測量系統及其測試方法與應用

有效

• 申請號: 201610910520.5
• 申請日: 2016-10-19
• 公開（公告）號: CN106568526B
• 公開（公告）日: 2019-09-27
• 發明（設計）人: 楊麗霞;趙曉峰;郭芳威;彭迪;劉應征;周新義;肖平
• 申請（專利權）人: 上海交通大學;河南普萊姆涂層科技有限公司
• 主分類號: G01K11/00
• 分類號: G01K11/00
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 趙志遠

1.基于YSZ:Re熒光壽命測量的溫度測量系統，其特征在于，該溫度測量系統包括信號發射器、與信號發射器電連接的UV-LED紫外光源、溫度測量探針以及與溫度測量探針配合使用的溫度信號處理單元，該溫度信號處理單元包括濾光鏡、光電倍增管檢測器、與光電倍增管檢測器依次電連接的電阻箱及示波器，所述的溫度測量探針的表面噴涂有YSZ:Re熒光層，并通過光纖分別與UV-LED紫外光源、濾光鏡相連；

所述的濾光鏡包括570nm的高通濾光鏡及625nm的低通濾光鏡；

在工作狀態下，所述的信號發射器控制UV-LED紫外光源發射出脈沖光源，在脈沖光源的作用下，溫度測量探針上的YSZ:Re熒光層發出熒光信號，該熒光信號通過濾光鏡被光電倍增管檢測器接收，光電倍增管檢測器將熒光信號轉換成電流信號并傳送至電阻箱，再轉換成電壓信號，并顯示在示波器上，獲得熒光衰減光譜，利用衰減方程換算成熒光壽命，再根據熒光壽命與溫度關系的標準曲線即可獲得溫度信息；

所述的溫度測量探針為表面等離子噴涂YSZ:Re熒光層的單晶氧化鋁溫度測量探針；

所述的YSZ:Re熒光層的厚度為5-50μm；

所述的等離子噴涂方法為：控制基體的溫度為200-600℃，噴槍與基體的間距為90-250mm，噴槍移動速度為300-1000mm/s，送粉速度為10-70g/min，送粉氣流為0.5-1.2L/min，噴涂電壓為100-180V，噴涂電流為200-250A，氬氣流速為40-120L/min，氫氣流速為15-45L/min；

所述的單晶氧化鋁溫度測量探針的制備方法為：首先在單晶氧化鋁上進行噴砂處理，獲得粗糙度，然后采用等離子噴涂方法，將YSZ:Re粉末噴涂在單晶氧化鋁上即可。

2.根據權利要求1所述的基于YSZ:Re熒光壽命測量的溫度測量系統，其特征在于，所述的單晶氧化鋁溫度測量探針的形狀為圓柱狀或圓片狀。

3.根據權利要求1所述的基于YSZ:Re熒光壽命測量的溫度測量系統，其特征在于，所述的YSZ:Re熒光層中YSZ:Re的化學式為ZrO₂+7wt％Y₂O₃+(0.1-2mol％)Re₂O₃，其中，Re為鑭系稀土元素。

4.根據權利要求1所述的基于YSZ:Re熒光壽命測量的溫度測量系統，其特征在于，所述的YSZ:Re粉末的粒徑為40-100μm，采用反向共沉淀法或溶膠凝膠液相法制備而成。

5.根據權利要求1所述的基于YSZ:Re熒光壽命測量的溫度測量系統，其特征在于，所述的噴砂處理的條件為：噴砂壓力為0.1-0.7MPa，噴砂顆粒為粒徑為16-120目的Al₂O₃顆粒。

6.如權利要求1所述的基于YSZ:Re熒光壽命測量的溫度測量系統的測試方法，其特征在于，該方法具體包括以下步驟：

(1)通過信號發射器控制UV-LED紫外光源發射出脈沖寬度為1-5ms，脈沖周期為10-1000ms的脈沖光源；

(2)在脈沖光源的作用下，溫度測量探針上的YSZ:Re熒光層發出熒光信號，該熒光信號通過濾光鏡被光電倍增管檢測器接收；

(3)光電倍增管檢測器將熒光信號轉換成電流信號并傳送至電阻箱，并通過電阻箱將電流信號轉換為電壓信號，將電壓信號放大，顯示在示波器上，獲得熒光衰減光譜；

(4)通過對熒光衰減光譜利用衰減方程，獲得熒光壽命；

(5)根據熒光壽命與溫度關系的標準曲線獲得溫度信息。

7.如權利要求1所述的基于YSZ:Re熒光壽命測量的溫度測量系統的應用，其特征在于，該系統用于測量航空發動機或地面燃氣輪機處于工作狀態下的溫度。