[发明专利]一种利用荧光单峰宽度温度响应特性的测温方法

说明书

本发明公开了一种利用荧光单峰宽度温度响应特性的测温方法，包括：步骤一、对荧光材料进行冷却或者加热；在设定的若干温度点进行保温，保温期间记录各温度点的温度值；步骤二、在各温度点，采用拉曼光谱仪收集荧光材料的荧光单峰，拟合分析该荧光单峰，获得与每个温度点对应的荧光单峰的半高宽值；步骤三、根据各温度点的温度值和步骤二获得的各温度点对应的荧光单峰的半高宽值，建立半高宽温度标准曲线；步骤四、将荧光材料置于待测温度场中，收集其荧光单峰，拟合分析该荧光单峰，获得荧光单峰的半高宽值；步骤五、计算待测温度场的测量值，测量完成。本发明解决了荧光强度比测温技术需同时满足高灵敏度、高精度和较小测量误差的问题。

技术领域

本发明属于荧光温度传感技术，具体涉及一种利用荧光单峰宽度温度响应特性的测温方法。

背景技术

荧光温度传感技术是一种基于荧光特性温度响应机制的测量方法，具有非接触、稳定、精确等特点，在中低温范围内有较高的灵敏度等，在点温度测量技术中占有主导地位，基于荧光技术和光纤传感技术相结合的荧光测温技术是最为活跃的研究与开发领域之一，在科学研究及工业生产等领域有重要应用价值。荧光材料两个相邻的激发态能级的相对密度符合玻尔兹曼分布，对应荧光强度比是温度的单调函数。基于荧光材料这种荧光特性温度响应机制的测温方法即荧光强度比法。在实际应用时发现，荧光峰强度比测温方法存在一定的不足。为了提高测温灵敏度，会选择能级差较大的材料，热偶和能级对上能级辐射的荧光强度弱，测量误差增大，反之灵敏度就会下降。为了在高灵敏度与测温准确性之间取得折中平衡，也会选取两个荧光峰之间峰谷强度与某一荧光峰强度的比值测温，低温时峰谷强度值较小，受本底和噪声影响大，高温时峰谷强度值与荧光峰强度较近，测量误差增大。不论是传统的峰峰比值测温，还是改进的谷峰比值测温，均对荧光谱强度数据精度有较高要求，准确扣除本底和噪声影响非常关键，对数据处理和分析要求高。

发明内容

基于现有荧光强度比测温技术存在的不足，本发明提出一种利用荧光单峰宽度温度响应特性的测温方法，该方法解决了荧光强度比测温技术需同时满足高灵敏度、高精度和较小测量误差的问题。

本发明具体技术方案如下：

一种利用荧光单峰宽度温度响应特性的测温方法，该方法按以下步骤进行：

步骤一、对荧光材料进行冷却或者加热；在设定的若干温度点进行保温，保温期间记录各温度点的温度值；

步骤二、在与步骤一对应的各温度点，采用拉曼光谱仪收集荧光材料的荧光单峰，拟合分析该荧光单峰，获得与每个温度点对应的荧光单峰的半高宽值；

步骤三、根据各温度点的温度值和步骤二获得的各温度点对应的荧光单峰的半高宽值，建立半高宽温度标准曲线；

步骤四、将荧光材料置于待测温度场，获取荧光材料在待测温度场中的荧光单峰的半高宽值；

步骤五、根据步骤四获得的荧光单峰的半高宽值，及步骤三建立的半高宽温度标准曲线，计算得到待测温度场的温度测量值，测量完成。

优选的，所述的荧光材料为SrB₄O₇:Sm²⁺，Sm²⁺掺杂质量百分比为2%~5%。

优选的，所述的荧光单峰为0-0荧光峰，室温下峰位为685.4nm。

优选的，所述的步骤一，各温度点之间间隔一定温度，且在各温度点保温一定时长。

优选的，所述的一定温度为25K~50 K，一定时长不小于10min。

优选的，步骤二中，所述的拉曼光谱仪的激发激光为514nm蓝光，拉曼光谱仪收集荧光信号范围为682nm~688nm，荧光信号采集时间为0.01s~1s。

优选的，所述的荧光单峰半高宽和温度之间为单调函数关系。