[实用新型]一种具备同时检测温度信号和力信号的荧光压电传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种具备同时检测温度和力信号的荧光压电传感器。

背景技术

传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。传感器是人类感知自然界信息的第六感官。在工业上，它是实现自动检测和自动控制的首要环节。在自动化生产过程中，人们需要借助数量巨大，品种繁多的传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。

现代信息技术的三大基础是信息采集(即传感器技术)、信息传输(通信技术)和信息处理(计算机技术)。作为三大基础之一，传感器属于信息技术的前沿尖端产品，尤其是温度传感器和力传感器都已被广泛用于工农业生产、科学研究和生活等领域。然而，由于温度和力信号是两个独立的物理量，目前所用的温度传感器和力传感是各自采用对温度敏感的材料和对力敏感的不同材料，基于不同的设计原理，进行独立设计的，它们对温度和力信号也是独立检测的。由于传感器都具备一定的体积，在环境中会占据一定的空间，这样往往能检测到空间某一位置的温度信号，而由于该位置被温度传感器占据，而不能放置力传感器，导致不能同时检测该空间位置的力信号，反之亦然。也就是说，采用两种独立的传感器，不能实现温度信号和力信号在空间上和时间上同步检测。然而，在很多物理和化学过程中，既要检测同一空间上的温度信号，又要监控其力信号。尤其是，在一些特殊情况下如：内燃机内的燃烧温度以及内部压力；核反应堆内部反应温度和压力；航天发动机尾焰温度及反推力；炮管内壁温度和管身热张力等等。如果设计一种传感器，能同时在空间上和时间上，检测温度信号和力信号，这无论在实现传感器的多功能化，智能化，小型化，还是节约成本上，无疑都具有重要的实际应用价值。那么，要实现这种多功能传感器，首先要解决的问题就是材料问题。分析发现，假如有一类材料能同时感应温度和力这两种信息，那么实现这种多功能传感器就具有了可能性。

本专利申请人所在的小组从事压电材料的光电多功能化研究过程中发现：在采用稀土元素掺杂改性的一类压电材料的同时，还获得了性能优异的光致发光特性。如论文有：①.J.Appl.Phys.2012,111:104111;②.J.Alloy Comp.,2012,511(1):159–162;③.J.Appl.Phys.2012,111,046102;④.Mater.Sci.Eng.,B,2011,176(18)1513-1516;⑤.J.Appl.Phys.2011,110,016102;⑥.Adv.Mater.,2005,17(10):1254-1258.中国发明专利(公开号:101928139A;公开号:101974331A;公开号:102154008A;公开号:102268256A;公开号:102276248A)。

以上所研究的荧光压电材料，其特点主要有两点：第一点，稀土掺杂后，压电材料本身的压电性能比未进行稀土掺杂的有所改进。第二点，掺杂稀土后，在提高压电性能的同时，还使压电材料获得了性能优异的荧光特性。理论上，这两点特性就为开发同时检测温度和力信号的传感器提供了可能性。因为：一方面，压电材料对其施加的力敏感，可以设计力的传感器，现行的压电传感器（力传感器）就是利用压电材料这一特性制备而成的。高性能的压电材料能设计出性能更优异的压电传感器，而性能优异的压电传感器具有灵敏度高、信噪比高、结构简单、工作可靠和重量轻等特点。另一方面，荧光材料的荧光寿命或者是荧光强度对所处于的环境温度敏感，可以用来设计成荧光温度传感器，这也是现行的光纤温度传感器的设计思想。这种荧光温度传感器具有高灵敏度，高可靠性，长寿命，无损、在线、实时等优点。因此，基于以上分析：结合荧光压电材料的特性，通过合理设计，制备同时检测力信号和温度信号的多功能传感器是可行的。然而，到目前为止，并没有专利和文献资料显示结合压电体的压电特性和荧光体特性来设计这一多功能化传感器。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种具备同时检测温度信号和力信号的荧光压电传感器，在降低成本的同时，还提高现行传感器的功能，实现环境温度信号和力信号在时间上和空间上的高灵敏度，高可靠性，长寿命，无损，在线和同步检测。

为了实现上述目的及其他相关目的，本实用新型采用以下技术方案：