[發明專利]一種基于稀土離子發射熒光峰位移動量測溫的方法

有效

• 申請號: 202010056050.7
• 申請日: 2020-01-17
• 公開（公告）號: CN111060213B
• 公開（公告）日: 2021-04-27
• 發明（設計）人: 付正坤;鄭闖;孔婷;張正龍;鄭海榮
• 申請（專利權）人: 陜西師范大學
• 主分類號: G01K11/00
• 分類號: G01K11/00
• 代理公司: 西安永生專利代理有限責任公司 61201
• 代理人: 高雪霞

本發明公開了一種基于稀土離子發射熒光峰位移動量測溫的方法，該方法是通過檢測稀土離子摻雜的發光材料在不同溫度下的熒光光譜，獲得稀土離子在不同激發態下的能量值隨溫度變化的能級圖，然后根據能級圖計算稀土離子在同一激發態下各個溫度的能量值與溫度為273.15K時的能量值之差ΔE，獲得稀土離子在同一激發態下ΔE/Δσ隨絕對溫度變化的曲線，對該曲線進行擬合，選取擬合后相關系數R的平方最接近1的線性方程為標準方程，以該曲線對應的激發態為目標檢測能級，最終實現待測環境的溫度的檢測。本發明方法不受被測物自身發光影響、靈敏度高、適用溫度區間寬、受不同波長的激發光影響小。

技術領域

本發明屬于非接觸式溫度檢測技術領域，具體涉及一種基于稀土離子發射熒光峰位移動量測溫的方法。

背景技術

目前大多數利用稀土離子作為熒光溫度探針的技術都是利用稀土離子中的熱耦合能級。在稀土離子中，當兩個能級間距非常小，在這兩個能級上的粒子數布居在非常短的時間內就可以達到熱平衡狀態，且粒子數布居受溫度影響較大，這樣的一對處于熱平衡狀態的能級叫熱耦合能級。已被證實擁有熱耦合能級的稀土離子有Er³⁺、Tm³⁺、Nd³⁺、Ho³⁺、Yb³⁺、Sm³⁺、Pr³⁺、Eu³⁺、Dy³⁺、Gd³⁺中至少有一對熱耦合能級。

基于稀土離子熒光特性作為溫度探針的方法已經日益成熟，在過去的幾十年中，三價稀土離子在合適的晶體場中對溫度的響應有不同的特性，因此已經在光學測溫領域得到廣泛應用。最常見的測溫方式是基于熱耦合能級進行強度比測溫，其優勢包括響應時間短、非接觸式、具有強大的抗干擾能力和高空間分辨率等。在眾多熱偶合能級中，Er³⁺離子的²H_11/2/⁴S_3/2能級憑借其適中的能級差(800cm^-1)和高效的上轉換綠光發射而得到廣泛關注。運用熱耦合能級測溫的劣勢是可運用的熱耦合能級較少、受不同激發光的波長影響較大、靈敏度比較低、相對靈敏度不是很理想并且不可調。為了解決相對靈敏度較低的問題，Li等人提出了一種新方法，該方法利用CaWO₄:Tb³⁺材料對兩種不同波長的激發光在同一波段存在不同的響應的性質進行強度比來測溫，可在高溫處明顯提高相對靈敏度(LeipengLi；Feng Qin；Lu Li；Hong Gao；Zhiguo Zhang；J.Phys.Chem.C 123,6176-6181)。但是由于強度比測溫方法需要比較不同顏色熒光強度的變化，所以如果待測溫物體本身會發出某些波長的光，很可能會帶來極大誤差或者錯誤的結果。

發明內容

本發明的目的是為了克服上述問題，提供一種操作簡單、可以對發光物質進行非接觸溫度測量的手段，發明了一種基于稀土離子發射熒光峰位移動量測溫的方法。

針對上述目的，本發明采用的技術方案由下述步驟組成：

1、將稀土離子摻雜的發光材料放置到冷熱臺上，調節冷熱臺至不同溫度，然后利用拉曼光譜儀在激發波長下對所述發光材料進行照射，獲得不同溫度下發光材料的熒光光譜，根據該熒光光譜獲得稀土離子在不同激發態下的能量值隨溫度變化的能級圖。

2、根據步驟1的能級圖，計算稀土離子在同一激發態下各個溫度的能量值與溫度為273.15K時的能量值之差，記為ΔE，獲得稀土離子在同一激發態下ΔE/Δσ隨絕對溫度變化的曲線，其中Δσ代表拉曼光譜儀的分辨率。

3、將步驟2中ΔE/Δσ隨絕對溫度變化的曲線進行擬合，選取其中相關系數R的平方最接近1的線性方程為標準方程，如果兩個能級的相關系數R的平方數值非常接近，選擇斜率絕對值最大的曲線，以該曲線的線性方程為標準方程，以該曲線對應的激發態為目標檢測能級。