基于荧光寿命的光纤温度传感研究

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温度传感广泛应用于生物、力学、建筑、材料等各个领域。与其他类型的温度传感器相比,光纤传感器具有独特的优点,包括良好的电绝缘性、抗电磁干扰能力和高度的灵活性等,其中寿命型荧光光纤温度传感器基于荧光材料本身光学特性,不受激发光强和外界环境的干扰,稳定性更高。本文提出了一种基于微/纳米颗粒荧光寿命的微/纳米光纤温度传感器,主要研究内容和成果如下:  研究了30-210℃下温度对荧光材料(Mg6As2O11∶Mn4+)荧光强度、分支比和寿命的影响。与基于强度的微传感器相比,基于寿命的微传感器在精度、稳定性和响应速度方面具有更好的表现。通过计算不同随机噪声下各种拟合方法的偏差,我们提出了一种基于快速傅立叶变换(FFT)的荧光寿命拟合方法,在30-210℃的温度范围内,该温度传感器的精度可达2℃。实验进一步研究了我们基于寿命的微型传感器的稳定性和可重复性,证明它是一种温度选择性传感器,能够有效的消除周围环境和背景噪声的干扰。实验和仿真结果表明,微纳光纤传感器的响应速度比传统的传感器快50-100倍,说明微纳光纤温度传感器对于骤变的温度场有更好的适应性。  基于该微纳传感器建立了寿命拟合算法模型以及温度标定方法。完成了传感器的精确度、重复性、稳定性的传感器性能测试实验,结果表明达到了传感器设计要求。
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