[發(fā)明專利]一種基于熒光光纖的測(cè)溫方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910098466.2
• 申請(qǐng)日: 2019-01-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111504497B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-04-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張文松;馬強(qiáng);朱香平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安和其光電科技股份有限公司
• 主分類號(hào): G01K11/32
• 分類號(hào): G01K11/32
• 代理公司: 西安智邦專利商標(biāo)代理有限公司 61211
• 代理人: 鄭麗紅

本發(fā)明涉及一種基于熒光光纖的測(cè)溫方法，解決現(xiàn)有獲得熒光壽命方式準(zhǔn)確性低的問(wèn)題。該方法包括以下步驟：步驟1、脈沖激發(fā)光源發(fā)出脈沖信號(hào)，脈沖信號(hào)透過(guò)分光鏡傳遞至聚光鏡，通過(guò)聚光鏡聚光和光纖耦合器耦合后，傳遞至光纖探頭的熒光材料；步驟2、熒光材料受到脈沖信號(hào)的激發(fā)，發(fā)出相應(yīng)的激發(fā)信號(hào)，該激發(fā)信號(hào)通過(guò)光纖耦合器耦合后傳輸至聚光鏡；步驟3、步驟2中的激發(fā)信號(hào)通過(guò)聚光鏡后被分光鏡反射至光電二極管；步驟4、光電二極管將受激發(fā)信號(hào)換成需要采集的熒光電信號(hào)，從而獲得熒光衰減后的電壓數(shù)據(jù)；步驟5、將步驟4中采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)最佳位置擬合算法，獲得熒光壽命；步驟6：通過(guò)步驟5獲得的熒光壽命標(biāo)定溫度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及溫度測(cè)量方法，具體涉及一種基于熒光光纖的測(cè)溫方法。

背景技術(shù)

熒光測(cè)溫的基本原理是熒光物質(zhì)在某一段溫度范圍內(nèi)，它們的熒光壽命與溫度表現(xiàn)出一定的相關(guān)性，因而可通過(guò)不同溫度下的熒光壽命來(lái)測(cè)量溫度。根據(jù)原子躍遷原理，當(dāng)光照射在熒光物質(zhì)上時(shí)，其內(nèi)部的電子獲得能量從而由基態(tài)到激發(fā)態(tài)，從激發(fā)態(tài)返回基態(tài)放出的輻射能使熒光物質(zhì)發(fā)出熒光，在激發(fā)光被移除后，熒光持續(xù)發(fā)射時(shí)間取決于基發(fā)態(tài)的壽命，最后的衰減曲線類似與指數(shù)衰減方式，衰減的時(shí)間常數(shù)即熒光壽命是溫度的單值函數(shù)，通過(guò)對(duì)激發(fā)后產(chǎn)生的熒光的壽命進(jìn)行檢測(cè)，從而計(jì)算出相應(yīng)的溫度。

在硬件處理平臺(tái)上需要處理多個(gè)不同的任務(wù)時(shí)，計(jì)算熒光壽命的快速性和準(zhǔn)確性是非常重要的，因?yàn)闊晒鈮勖c其要檢測(cè)的物理參數(shù)至關(guān)重要。在實(shí)際環(huán)境中，通過(guò)熒光光纖測(cè)試真實(shí)環(huán)境中的溫度時(shí)，熒光衰減曲線并不一定能夠完全的吻合理想化的指數(shù)衰減等式，這是因?yàn)闊晒馑p曲線中可能包含有噪聲等其它干擾，使得熒光信號(hào)不能很好的用于計(jì)算熒光壽命，從而影響熒光壽命的準(zhǔn)確性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有獲得熒光壽命方式準(zhǔn)確性低的問(wèn)題，提供一種基于熒光光纖的測(cè)溫方法。本發(fā)明方法通過(guò)硬件系統(tǒng)采集熒光數(shù)據(jù)信息，然后通過(guò)根據(jù)最佳位置擬合方法計(jì)算出熒光壽命進(jìn)行應(yīng)用，通過(guò)建立熒光壽命與溫度的列表為后續(xù)的測(cè)溫建立依據(jù)，等到真實(shí)環(huán)境中再計(jì)算出熒光壽命就可以通過(guò)查表來(lái)計(jì)算出溫度。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種基于熒光光纖的測(cè)溫方法，包括以下步驟：

步驟1、脈沖激發(fā)光源發(fā)出脈沖信號(hào)，脈沖信號(hào)透過(guò)分光鏡傳遞至聚光鏡，通過(guò)聚光鏡聚光和光纖耦合器耦合后，傳遞至光纖探頭的熒光材料；

步驟2、熒光材料受到脈沖信號(hào)的激發(fā)，發(fā)出相應(yīng)的激發(fā)信號(hào)，該激發(fā)信號(hào)通過(guò)光纖耦合器耦合后傳輸至聚光鏡；

步驟3、步驟2中的激發(fā)信號(hào)在通過(guò)聚光鏡后被分光鏡反射至光電二極管；

步驟4、光電二極管將受激發(fā)信號(hào)換成需要采集的熒光電信號(hào)，從而獲得熒光衰減后的電壓數(shù)據(jù)；

步驟5、將步驟4中采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)最佳位置擬合算法處理，從而獲得熒光壽命；

具體為：根據(jù)熒光衰減后的電壓數(shù)據(jù)與熒光強(qiáng)度的已知關(guān)系，從而得到熒光強(qiáng)度I與熒光壽命τ添加誤差干擾α后的測(cè)量衰減公式：

對(duì)公式(3)取對(duì)數(shù)可得：

lnI₀-ln(I-α)＝t/τ(4)

對(duì)公式(4)進(jìn)行擬合，得到熒光壽命τ；

步驟6：通過(guò)步驟5獲得的熒光壽命得到溫度。

進(jìn)一步地，步驟6中的熒光壽命在標(biāo)準(zhǔn)熒光壽命表中有相應(yīng)值，則該標(biāo)準(zhǔn)熒光壽命表中對(duì)應(yīng)的溫度值為實(shí)際測(cè)得的溫度。

進(jìn)一步地，步驟6中的熒光壽命在標(biāo)準(zhǔn)熒光壽命表中的相鄰兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)熒光壽命之間，則使用線性內(nèi)插法得出相應(yīng)的溫度值。