熒光壽命測溫原理

敏感材料在受光照射后,敏感材料中的電子吸收光子從低能級躍遷到激發(fā)態(tài)高能級,從高能級返回到低能級的輻射躍遷,發(fā)出熒光,激勵(lì)光消除之后的持續(xù)熒光發(fā)射依賴于激發(fā)態(tài)的壽命。該發(fā)射通常以指數(shù)的形式衰落,指數(shù)衰落的時(shí)間常數(shù)可以用于側(cè)量激發(fā)態(tài)的壽命,該壽命稱為熒光壽命或熒光衰落時(shí)間。

熒光壽命型溫度傳感器

熒光壽命的長短決定于溫度的高低。熒光壽命型溫度傳感器, 某些稀土熒光物質(zhì)受紫外線照射并激發(fā)后,在可見光譜中發(fā)射線狀光譜,即熒光及其余輝余輝為激勵(lì)停止后的發(fā)光。如果熒光的某一參數(shù)受溫度調(diào)制,且關(guān)系單調(diào),就可用這種關(guān)系測溫。線狀光譜的強(qiáng)度與激勵(lì)光源強(qiáng)度及熒光材料的溫度有關(guān),若光源恒定,熒光線狀光譜的強(qiáng)度是溫度的單值函數(shù),且隨時(shí)間衰減,一般情況下外界溫度越低熒光越強(qiáng),余輝的衰減越慢。通過濾光片濾除激勵(lì)光譜,測量熒光余輝發(fā)射光譜線的強(qiáng)度即可確定溫度。但這種測量方法要求激勵(lì)光強(qiáng)及信號通道穩(wěn)定,很難實(shí)現(xiàn),因此很少采用。除此之外,熒光余輝的衰變時(shí)間常數(shù)也是溫度的單值函數(shù)。
從半導(dǎo)體理論來講,余輝的衰減直至消失是光的淬滅過程,溫度越高,晶格振動(dòng)越強(qiáng),參與吸收的聲子數(shù)越多,光淬滅就越快,所以熒光材料溫度決定光淬滅的快慢,即衰變時(shí)間常數(shù)的大小。

利用熒光壽命測溫的最大優(yōu)點(diǎn)就是溫度轉(zhuǎn)換關(guān)系單值決定于熒光壽命,不受其它外部條椒例如激勵(lì)光源強(qiáng)度的變化、光纖傳輸效率、禍合程度的變化等等的影響,因此它比以光強(qiáng)作為溫度傳感信號的測溫法利用熒光峰值強(qiáng)度或強(qiáng)度比測溫的方法,在光纖測溫原理上有明顯優(yōu)勢。