基于稀土5d-4f宽带发光的荧光温度传感技术

来源 :南昌航空大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:asd_012
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温度对于光致发光材料的光谱特性通常都有着重要的影响。而利用荧光材料的这种温度敏感特性来进行温度传感也就是荧光测温,越来越受到关注。传统的荧光测温主要分为强度型、强度比型和寿命型三种。本文对传统的荧光测温方法进行了归纳比较,并发展了荧光强度比测温的技术原理,描述了基于宽带光谱谱带频移和展宽的强度比测温方法,包括自参考双波长强度比法和积分强度比法。此外,本文验证了另一种新的温度测量方法—谱带重心法。谱带重心是用来定位谱带位置的物理量,相比于传统的峰值波长定位法,谱带重心法在精度上至少要提高一个数量级。本文研究了四种宽带发光荧光材料的上述传感特征。实验过程均采用405nm激光进行激发,搭建反射式测量光路,使用分辨率为0.5nm的光谱仪记录不同温度下的稳态光谱,经过数据处理最终给出了每种传感特征(Y)随温度(X)变化的传感方程,并对其传感性能做了简要分析。具体结果如下:(1)黄色荧光粉YAG:Ce3+:主要特征为:带宽变窄,谱带红移。传感方程有:Y=17583-0.98 X(谱带重心),Y=32-0.04 X(I(564nm)/I(684nm)双波长强度比),Y=1.2-0.003 X(积分强度比)。此外本文还对该材料谱带重心和双波长强度比的迟滞特性和重复性作了简单介绍。(2)绿色荧光粉(Ba,Sr)2SiO4:Eu2+:主要特征为:带宽展宽,谱带红移。传感方程有:Y=19005-0.15 X(谱带重心),Y=72-0.32 X(I(525nm)/I(465nm)双波长强度比),Y=1.0+0.0003 X(积分强度比)。(3)红色荧光粉SrSiAlN3:Eu2+:主要特征为:带宽展宽,谱带蓝移。传感方程有:Y=16741+1.35 X(谱带重心),Y=2.5-0.004 X(I(594nm)/I(634nm)双波长强度比),Y=0.8+0.003 X(积分强度比)。(4)蓝色荧光粉Sr4Al14O25:Eu2+,Dy3+:主要特征为:带宽展宽,谱带红移。传感方程有:Y=20013-1.15 X(谱带重心),Y=25-0.07 X(I(495nm)/I(575nm)双波长强度比),Y=1.3+0.003 X(积分强度比)。最后,本文提出了单光谱分布式荧光测温以及单光谱差分式荧光温度开关的设想。由于荧光测温材料及测温特征的多样性,将不同的测温特征在单次测量的光谱中区分开来,就可以实现分布式测温。本文中以红色和蓝色两种不同荧光色的组合为例实现了两个待测点的温度通过单次测量光谱求出。如果给出不同温度点的温差信号,就可以成为差分式荧光温度开关。
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