單光譜檢測溫度場的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及熒光測溫領(lǐng)域，具體涉及一種單光譜檢測溫度場的方法。本發(fā)明的核心部份是使用本征發(fā)光特征不相同的多個溫度敏感熒光材料構(gòu)成多個點溫度傳感器，激發(fā)光照射到各個溫度探測點上，各點不同的熒光材料發(fā)出的熒光經(jīng)會聚或合束后進入光譜儀，疊加記錄在同一個發(fā)射光譜上，該光譜攜帶了各個探測點的溫度信息，從光譜上選取各熒光材料互不干擾的溫敏熒光特征，基于各熒光特征的溫敏函數(shù)解析出各熒光材料所處探測點的實時溫度。該實時溫度場信息可以用于監(jiān)控?zé)崃鬟^程、分析被測表面的溫度均勻性。
【專利說明】
單光譜檢測溫度場的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及熒光測溫領(lǐng)域，具體涉及一種通過單次熒光光譜測量得到溫度分布信息的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]熒光測溫技術(shù)具有免疫電磁干擾、非接觸、可以遠(yuǎn)程測量等典型優(yōu)點。常見的熒光測溫技術(shù)有焚光強度比(fluorescence intensity rat1 , FIR)法和焚光壽命(fluorescence lifetime, FL)法兩種，前者使用熱親合雙能級向同一個下能級的躍迀發(fā)光強度比作為傳感信號；后者基于溫度猝滅熒光的物理機制。FIR法可以擴展到寬帶光譜的情形，在譜帶上選定兩個波長或波段，它們對應(yīng)的熒光強度之比也有相應(yīng)的溫度傳感函數(shù)(基于寬帶熒光光譜的強度比測溫方法，申請?zhí)?201510570466.X)。此外，譜帶或譜線的位置及半高全寬也可以作為溫度傳感信號:譜峰半高全寬一般有規(guī)律地?zé)嵴箤?；峰值波長或譜帶重心隨溫度頻移(一種寬帶熒光光譜測溫方法，申請?zhí)?201510570556.9)。
[0003]本發(fā)明中的溫度分布測量所使用的傳感技術(shù)可以是基于但不限于上述的任意方法的組合，但組合使用的隸屬不同熒光材料的不同傳感信號應(yīng)可分辨、不互相干擾。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的在于提供一種單光譜檢測溫度場的方法，該方法只需要一臺光譜儀就可以在單次測量中同時得到不同探測位置的實時溫度分布信息。在節(jié)省測量設(shè)備成本的同時，可以檢測溫度場的快速變化。測量結(jié)果可以用于監(jiān)控?zé)崃鬟^程、溫度均勻性。
[0005]本發(fā)明技術(shù)方案如下:一種單光譜檢測溫度場的方法，其特征在于:使用溫度敏感本征發(fā)光特征不相同的多個點狀溫度敏感熒光材料布設(shè)在被測區(qū)域內(nèi)，構(gòu)成多個熒光式點溫度傳感器，激發(fā)光照射到各個溫度探測點上，各點不同的熒光材料發(fā)出的熒光經(jīng)會聚或合束后進入光譜儀，疊加記錄在同一個發(fā)射光譜上，該光譜攜帶了各個探測點的溫度信息，從光譜上選取各熒光材料互不干擾的溫敏熒光特征，基于各熒光特征的溫敏函數(shù)解析出各熒光材料所處探測點的實時溫度。
[0006]本發(fā)明所述的各探測點的熒光同時記錄在同一個熒光發(fā)射光譜上，各熒光特征互不干擾。
[0007]本發(fā)明所述本征發(fā)光特征包括但不限于譜帶重心波長、譜峰波長、熒光強度比、譜峰半高全寬，任一熒光材料發(fā)光的總光強不屬于所述本征特征。
[0008]本發(fā)明所述的探測點的溫度信息由相應(yīng)的熒光材料的溫度傳感函數(shù)實時獲得，各熒光材料的溫度傳感函數(shù)已事先標(biāo)定。
[0009]本發(fā)明所述的溫度敏感熒光材料呈點狀與所述的各探測點熱接觸，所述的熒光材料包括但不限于稀土離子摻雜發(fā)光材料、過渡金屬摻雜發(fā)光材料、半導(dǎo)體復(fù)合發(fā)光材料、有機發(fā)光材料;溫度分布的空間分辨率取決于所使用的熒光材料點的大小和各點的間隔距離。
[0010]本發(fā)明的實質(zhì)是各溫度敏感熒光材料各自的發(fā)光特征在單次測量的同一光譜中可以區(qū)分，不同熒光材料的發(fā)光特征對應(yīng)不同待測位置的溫度。
[0011]本發(fā)明的有益效果:可以使用一臺光譜儀通過單次熒光光譜測量得到溫度分布信息，因此具有實時、快速、低成本的優(yōu)勢。可以用于溫度場的實時檢測和控制，例如用于監(jiān)控?zé)崃鬟^程、精密器件的溫度均勻性。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明的測試系統(tǒng)示意圖(僅使用A、B兩個點溫度傳感作為示例)。
[0013]圖2為本發(fā)明的熒光傳感溫度場的示例光譜。圖中A、B指示分屬于測試系統(tǒng)中A、B點的熒光。系列光譜在各點溫度均上升，但A、B點溫差恒定的控制條件下測得。
[0014]圖3為本發(fā)明的單光譜檢測溫度場的結(jié)果，記錄了示例點A、B溫度分布的改變。A、B兩個點溫度傳感函數(shù)標(biāo)示在圖上，由事先各自標(biāo)定各熒光材料的溫度特性獲得。
【具體實施方式】
[0015]本發(fā)明技術(shù)內(nèi)容部分描述了一種通過單次熒光光譜測量得到溫度分布信息的方法。具體步驟如下(以不同熒光色的兩種溫度敏感材料傳感為例):
步驟一:將溫敏藍色熒光材料A和溫敏紅色熒光材料B的粉末作為點溫度傳感器，已知它們各自的溫度特性，將它們分別與探測點A、B熱接觸。測試系統(tǒng)如圖1所示。點溫度傳感器均以熒光強度比作為溫度傳感信號，各自所取的熒光波長不重疊，從光譜上可以讀取各熒光波長處的強度，亦即用于傳感的各熒光特征互不干擾。
[0016]步驟二:激發(fā)光照射到各探測點上，激發(fā)光源可以不同也可以從同一個光源分束獲得。各熒光材料發(fā)出熒光，將各點的熒光會聚或合束后輸入到一臺光譜儀，一次測得的單光譜上包含了各熒光材料的發(fā)光。示例光譜如圖2，圖中的3個光譜記錄了 3組溫度分布。
[0017]步驟三:光譜數(shù)據(jù)處理，分別求取不同熒光材料的熒光攜帶的溫度信息。示例如圖3，分別以熒光強度比7? = I(510nm)/I(470nm)和7? = I (610nm)/I (570nm)為溫敏藍色熒光材料A和溫敏紅色熒光材料B的溫度傳感信號，根據(jù)圖中標(biāo)示的已知的各熒光材料的強度比溫度傳感函數(shù)，可以得到熒光光譜攜帶的不同探測點的溫度信息。圖中展示了共14組溫度分布數(shù)據(jù)。
[0018]還可以通過其他溫度傳感函數(shù)，例如A、B的發(fā)射譜帶重心與溫度的關(guān)系，同樣能得到探測點溫度分布信息?？梢岳玫臏囟葌鞲行盘柌幌抻诖颂幪峒暗臒晒鈴姸缺?、譜帶重心這兩類熒光特征。
[0019]步驟四:在需要時，將溫度分布數(shù)據(jù)再作處理，例如差分運算，可以得到熱平衡狀態(tài)的監(jiān)控信號。
【主權(quán)項】
1.一種單光譜檢測溫度場的方法，其特征在于:使用本征發(fā)光特征不相同的多個溫度敏感熒光材料，將各熒光材料附著在不同的探測點，激發(fā)光照射到各探測點上，各探測點發(fā)出的熒光經(jīng)會聚或合束后進入光譜儀，測得熒光發(fā)射光譜，光譜上隸屬不同探測點的各熒光特征分別攜帶了各探測點的溫度信息，將各熒光特征數(shù)值分別代入各熒光材料的溫度傳感函數(shù)即得到實時溫度分布。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單光譜檢測溫度場的方法，其特征在于:所述的各探測點的熒光同時記錄在同一個熒光發(fā)射光譜上，各熒光特征互不干擾。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單光譜檢測溫度場的方法，其特征在于:所述本征發(fā)光特征包括但不限于譜帶重心波長、譜峰波長、熒光強度比、譜峰半高全寬。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單光譜檢測溫度場的方法，其特征在于:所述的探測點的溫度信息由相應(yīng)的熒光材料的溫度傳感函數(shù)實時獲得，各熒光材料的溫度傳感函數(shù)已事先標(biāo)定。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單光譜檢測溫度場的方法，其特征在于:所述的溫度敏感熒光材料呈點狀與所述的各探測點熱接觸，所述的熒光材料包括但不限于稀土離子摻雜發(fā)光材料、過渡金屬摻雜發(fā)光材料、半導(dǎo)體復(fù)合發(fā)光材料、有機發(fā)光材料。
【文檔編號】G01K11/20GK105890795SQ201610216602
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月9日
【發(fā)明人】張巍巍, 王國耀, 高益慶, 何興道
【申請人】南昌航空大學(xué)