单光谱检测温度场的方法
【专利摘要】本发明涉及荧光测温领域，具体涉及一种单光谱检测温度场的方法。本发明的核心部份是使用本征发光特征不相同的多个温度敏感荧光材料构成多个点温度传感器，激发光照射到各个温度探测点上，各点不同的荧光材料发出的荧光经会聚或合束后进入光谱仪，叠加记录在同一个发射光谱上，该光谱携带了各个探测点的温度信息，从光谱上选取各荧光材料互不干扰的温敏荧光特征，基于各荧光特征的温敏函数解析出各荧光材料所处探测点的实时温度。该实时温度场信息可以用于监控热流过程、分析被测表面的温度均匀性。
【专利说明】
单光谱检测温度场的方法
技术领域
[0001]本发明涉及荧光测温领域，具体涉及一种通过单次荧光光谱测量得到温度分布信息的方法。
【背景技术】
[0002]荧光测温技术具有免疫电磁干扰、非接触、可以远程测量等典型优点。常见的荧光测温技术有焚光强度比(fluorescence intensity rat1 , FIR)法和焚光寿命(fluorescence lifetime, FL)法两种，前者使用热親合双能级向同一个下能级的跃迀发光强度比作为传感信号；后者基于温度猝灭荧光的物理机制。FIR法可以扩展到宽带光谱的情形，在谱带上选定两个波长或波段，它们对应的荧光强度之比也有相应的温度传感函数(基于宽带荧光光谱的强度比测温方法，申请号:201510570466.X)。此外，谱带或谱线的位置及半高全宽也可以作为温度传感信号:谱峰半高全宽一般有规律地热展宽；峰值波长或谱带重心随温度频移(一种宽带荧光光谱测温方法，申请号:201510570556.9)。
[0003]本发明中的温度分布测量所使用的传感技术可以是基于但不限于上述的任意方法的组合，但组合使用的隶属不同荧光材料的不同传感信号应可分辨、不互相干扰。
【发明内容】
[0004]本发明目的在于提供一种单光谱检测温度场的方法，该方法只需要一台光谱仪就可以在单次测量中同时得到不同探测位置的实时温度分布信息。在节省测量设备成本的同时，可以检测温度场的快速变化。测量结果可以用于监控热流过程、温度均匀性。
[0005]本发明技术方案如下:一种单光谱检测温度场的方法，其特征在于:使用温度敏感本征发光特征不相同的多个点状温度敏感荧光材料布设在被测区域内，构成多个荧光式点温度传感器，激发光照射到各个温度探测点上，各点不同的荧光材料发出的荧光经会聚或合束后进入光谱仪，叠加记录在同一个发射光谱上，该光谱携带了各个探测点的温度信息，从光谱上选取各荧光材料互不干扰的温敏荧光特征，基于各荧光特征的温敏函数解析出各荧光材料所处探测点的实时温度。
[0006]本发明所述的各探测点的荧光同时记录在同一个荧光发射光谱上，各荧光特征互不干扰。
[0007]本发明所述本征发光特征包括但不限于谱带重心波长、谱峰波长、荧光强度比、谱峰半高全宽，任一荧光材料发光的总光强不属于所述本征特征。
[0008]本发明所述的探测点的温度信息由相应的荧光材料的温度传感函数实时获得，各荧光材料的温度传感函数已事先标定。
[0009]本发明所述的温度敏感荧光材料呈点状与所述的各探测点热接触，所述的荧光材料包括但不限于稀土离子掺杂发光材料、过渡金属掺杂发光材料、半导体复合发光材料、有机发光材料;温度分布的空间分辨率取决于所使用的荧光材料点的大小和各点的间隔距离。
[0010]本发明的实质是各温度敏感荧光材料各自的发光特征在单次测量的同一光谱中可以区分，不同荧光材料的发光特征对应不同待测位置的温度。
[0011]本发明的有益效果:可以使用一台光谱仪通过单次荧光光谱测量得到温度分布信息，因此具有实时、快速、低成本的优势。可以用于温度场的实时检测和控制，例如用于监控热流过程、精密器件的温度均匀性。
【附图说明】
[0012]图1为本发明的测试系统示意图(仅使用A、B两个点温度传感作为示例)。
[0013]图2为本发明的荧光传感温度场的示例光谱。图中A、B指示分属于测试系统中A、B点的荧光。系列光谱在各点温度均上升，但A、B点温差恒定的控制条件下测得。
[0014]图3为本发明的单光谱检测温度场的结果，记录了示例点A、B温度分布的改变。A、B两个点温度传感函数标示在图上，由事先各自标定各荧光材料的温度特性获得。
【具体实施方式】
[0015]本发明技术内容部分描述了一种通过单次荧光光谱测量得到温度分布信息的方法。具体步骤如下(以不同荧光色的两种温度敏感材料传感为例):
步骤一:将温敏蓝色荧光材料A和温敏红色荧光材料B的粉末作为点温度传感器，已知它们各自的温度特性，将它们分别与探测点A、B热接触。测试系统如图1所示。点温度传感器均以荧光强度比作为温度传感信号，各自所取的荧光波长不重叠，从光谱上可以读取各荧光波长处的强度，亦即用于传感的各荧光特征互不干扰。
[0016]步骤二:激发光照射到各探测点上，激发光源可以不同也可以从同一个光源分束获得。各荧光材料发出荧光，将各点的荧光会聚或合束后输入到一台光谱仪，一次测得的单光谱上包含了各荧光材料的发光。示例光谱如图2，图中的3个光谱记录了 3组温度分布。
[0017]步骤三:光谱数据处理，分别求取不同荧光材料的荧光携带的温度信息。示例如图3，分别以荧光强度比7? = I(510nm)/I(470nm)和7? = I (610nm)/I (570nm)为温敏蓝色荧光材料A和温敏红色荧光材料B的温度传感信号，根据图中标示的已知的各荧光材料的强度比温度传感函数，可以得到荧光光谱携带的不同探测点的温度信息。图中展示了共14组温度分布数据。
[0018]还可以通过其他温度传感函数，例如A、B的发射谱带重心与温度的关系，同样能得到探测点温度分布信息。可以利用的温度传感信号不限于此处提及的荧光强度比、谱带重心这两类荧光特征。
[0019]步骤四:在需要时，将温度分布数据再作处理，例如差分运算，可以得到热平衡状态的监控信号。
【主权项】
1.一种单光谱检测温度场的方法，其特征在于:使用本征发光特征不相同的多个温度敏感荧光材料，将各荧光材料附着在不同的探测点，激发光照射到各探测点上，各探测点发出的荧光经会聚或合束后进入光谱仪，测得荧光发射光谱，光谱上隶属不同探测点的各荧光特征分别携带了各探测点的温度信息，将各荧光特征数值分别代入各荧光材料的温度传感函数即得到实时温度分布。2.根据权利要求1所述的一种单光谱检测温度场的方法，其特征在于:所述的各探测点的荧光同时记录在同一个荧光发射光谱上，各荧光特征互不干扰。3.根据权利要求1所述的一种单光谱检测温度场的方法，其特征在于:所述本征发光特征包括但不限于谱带重心波长、谱峰波长、荧光强度比、谱峰半高全宽。4.根据权利要求1所述的一种单光谱检测温度场的方法，其特征在于:所述的探测点的温度信息由相应的荧光材料的温度传感函数实时获得，各荧光材料的温度传感函数已事先标定。5.根据权利要求1所述的一种单光谱检测温度场的方法，其特征在于:所述的温度敏感荧光材料呈点状与所述的各探测点热接触，所述的荧光材料包括但不限于稀土离子掺杂发光材料、过渡金属掺杂发光材料、半导体复合发光材料、有机发光材料。
【文档编号】G01K11/20GK105890795SQ201610216602
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年4月9日
【发明人】张巍巍, 王国耀, 高益庆, 何兴道
【申请人】南昌航空大学