光纖溫度傳感器的特點(diǎn)和應用

光纖溫度傳感器測溫系統以其具有抗電磁干擾、防燃、防爆、本征安全，尺寸小、對被測溫度場(chǎng)影響小等優(yōu)點(diǎn)，在軍工裝備、電力工業(yè)、機械工業(yè)、汽車(chē)工業(yè)、鋼鐵工業(yè)、石油化工、食品飼料等領(lǐng)域有著(zhù)巨大的應用潛力。目前的光纖溫度傳感器種類(lèi)很多，主要有光纖光柵溫度傳感器、光纖FabryPerot干涉式溫度傳感器、光纖熒光溫度傳感器、分布式光纖溫度傳感器等。以上這些光纖溫度傳感器因其良好的傳感性能取得了較廣泛的應用光纖溫度傳感器，其中福州華光天銳的熒光光纖溫度傳感器具有結構簡(jiǎn)單，靈敏度高，靈敏度與測量范圍可定制等優(yōu)點(diǎn)。

溫度傳感器的分類(lèi)

溫度這一物理量與科學(xué)研究、生產(chǎn)生活以及各項生理過(guò)程密切相關(guān)。目前用于溫度測量的手段和儀器有很多，根據測量原理的不同，測量溫度的傳感器(測溫儀)主要可分為以下三類(lèi)：
(1)傳統的封裝液體型溫度傳感器，其原理是液體熱脹冷縮的性質(zhì)；
(2)利用塞貝克效應的熱電偶型溫度傳感器；
(3)光學(xué)溫度傳感器。

而液體型溫度傳感器、熱電偶測溫傳感器存在一些缺點(diǎn)，如在一些苛刻或腐蝕性的環(huán)境中很難應用。在真空或是無(wú)氧等苛刻環(huán)境中，一方面是因為人為難以在這些環(huán)境中操作，另一方面是因為傳統的溫度傳感器難以和在這些苛刻環(huán)境中的被測樣品發(fā)生充分的接觸和熱量交換，因此難以得到應用。而在強酸或強堿的腐蝕性環(huán)境中，由于常用的熱電偶溫度傳感器會(huì )在相關(guān)環(huán)境中被腐蝕，導致?lián)p壞，使其讀數不夠準確。
此外，這類(lèi)接觸式的溫度計需要樣品和傳感器之間具有較高的熱交換速率，從而能夠快速達到平衡，但在一些微小樣品測試中特別是當被測樣品的體積小于熱電偶的探頭時(shí)，溫度測量結果的準確性就會(huì )受到影響。

由于光可以在多種介質(zhì)中自由傳播，因此利用光學(xué)信號的熒光溫度傳感器具有傳統溫度傳感器所不具備的特點(diǎn)，包括響應快速，空間分辨率高等，這使其在對活細胞及活體的生物分析、空氣動(dòng)力學(xué)研究、光電功能體系研究及食品貨物的包裝涂層的溫度監測等領(lǐng)域得到了越來(lái)越廣泛的應用，尤其是當體系的空間分辨率位于毫米甚至微米級別時(shí)，例如微流體或細胞等，此時(shí)傳統溫度傳感器將很難進(jìn)行測量，而基于熒光技術(shù)的熒光溫度傳感器正是突破這一瓶頸的有效手段。

事實(shí)上 ，幾乎所有熒光分子和材料都具有溫度響應的發(fā)光性質(zhì)，這是由于Boltzmann分布和材料的能級結構是溫度的函數決定的。熒光分子周?chē)h(huán)境溫度的改變會(huì )影響熒光分子的熒光強度、熒光壽命以及熒光光譜特征峰的形狀和位置。這些性質(zhì)使得熒光材料能夠成為潛在的光學(xué)溫度傳感器的敏感材料。熒光傳感器的設計通常就是基于熒光材料明顯的溫度敏感性質(zhì)。另一方面，大部分熒光溫度傳感器利用的是紫外-可見(jiàn)光波段的光激發(fā)樣品，所采用的材料在激發(fā)后發(fā)出的光大部分位于可見(jiàn)光波長(cháng)波段，但紫外光對生物組織的損傷較大及紫外-可見(jiàn)光對于生物組織的穿透性較差，這都極大地限制了這類(lèi)傳感器在生物體系分析中的應用。因此，發(fā)展一種近紅外波段發(fā)光的熒光溫度傳感器及材料就顯得尤為重要。

光纖傳感技術(shù)測溫原理

基于稀土熒光物質(zhì)的材料特性，某些稀土熒光物質(zhì)受紫外線(xiàn)照射并激發(fā)后，在可見(jiàn)光譜中發(fā)射線(xiàn)狀光譜，即熒及其余輝( 余輝為激勵停止后的發(fā)光)。熒光余輝的衰變時(shí)間常數是溫度的單值函數，通常溫度越高，時(shí)間常數越小。只要測得時(shí)間常數的值，就可以計算出溫度。應用這種方法測溫的最大優(yōu)點(diǎn)，就是被測溫度只取決于熒光材料的時(shí)間常數，而與系統的其他變量無(wú)關(guān)，例如光源強度的變化、傳輸效率、耦合程度的變化等都不影響測量結果，較光強測溫法和波長(cháng)解調法原理上有明顯優(yōu)勢。