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光纤荧光温度传感器的研究 王玉田 王莉田 郑龙江侯培国 刘永红 (河北燕山大学仪鼍科学与工墨景秦皇岛嘶6004) 一一：奉文基于荧光物质的量度一荧光特性所提出柏囊丑撵头绪构的垒光奸荧光量度 计．采用双叠直荧光线强度之比以及光■反馈尊挂木．宴理。一啪℃花圈的量度舅量。误差 《o．5屯。奉文讨论这种传感鼍的特性以厦信号的■相处囊方击，并培出仪器性托指标的涮 }_}fl、 试结果。 关■■：LD激威源 蒡 《萝t型撵头慷相 一置一 锤， p l 引言 ( 光纤探头荧光式温度传感器用天然荧光物质受激荧光发射的光强来实现温度测量。它是一 种新型的光学量度测量方法。由于采用垒光纤般小探头，使其具有完全的电绝缘性，不受红外辐 射场和膏压电场的影响，极小的热干扰影响，抗化学庸蚀和无樗染…。这种新型沮度计的徽塑舅 头适用于高压设备、电子电路、化学工艺过程、材料处理、科学实验、生物医学和易燃易■等特殊环 境中徽精密置度舅量…。在上述各种应用中，该仪嚣不同于热电偶、热敏电阻和其它常规电测传 感器，也不同于一般的红外辐射测温仪表。与前者相比它是非金属导体，具有电绝缘，不受强交变 电磁场和电嗓声干扰，无涡流和热效应等优点。与后者相比．它是光纾温度的绝对测量，而不是辐 射能量，因此其精度与表面发射率无关，并在低温或中温范圈有很好的灵敏度和测量精度“1。 荧光强度计不仅限于表面温度的定向测量，其探头可以插入固体物质中、浸入液体中或导入 设备中赡以玛达的特定区域。可测量面积小于1mo的区域。 光纤荧光沮度计的探头制作简单，可用单根光纤制成，并且由于激励光和荧光在波长上不尽 相同。程容易用滤光片分离开。如果传感材辩选择得当，荧光技术也可以在根宽的测量范围内具 有很好的时间和热循环穗定性“j。 2荧光测温机理 荧光滔沮的机理建立在光致发光这一基本物理现象上。当某些材料受到紫外、红外光激发时 会发出荧光，其荧光强度与荧光材料的温度及激发光强度有关。对于某些荧光材料，在不同被长 下的荧光发射具有不同的温度特性，而且它们的荧光强度与激发光强度成线性关系。在此条件 下，发光强度的比值大小取决于激发光强度和材料的温度o]。 荧光材料的主要特性有：激励光谱、发光光谱和荧光寿命。激励光谱是能够激发荧光的入射 光谱，它是由荧光材料的吸收光谱所确定。一般情况下，漱蔚光谱的光子能量比相应的荧光稍膏， 即囊威光的波长较短。本实验采用稀土荧光材料L02S：Eu作为荧光传感材料，其激励光谱和荧 光光谱如图1所示，在波长为365nm的紫外光激发下，发出的荧光峰值有两个，分别在540hm和 630hm附近。在案外光的激励下，处在不同激发态的活化离子钇(Y)的相对数量是温度的函鼓，这 一25B一 一一—『_■可一…一—瓣震灏F磊■一■■ 些谱线舶相对发光强度也就与温度有关。 通过测量源于不同激发态的两条谱线 1．0 (540Ⅱm和630am)的发光强度，就可以从光 0．8 强中导出被测置度。 争e 蕾 { 3测量系统结构及其特性 霉0．● 吼2 铡量秉筑绪拘如图2所示。包括三个