熒光光纖測溫技術(shù)基于熒光材料的光學(xué)特性,通過(guò)測量熒光材料的熒光壽命變化來(lái)實(shí)現溫度測量。與傳統的強度型熒光測溫方法相比,壽命衰減型熒光測溫具有更高的測量精度和穩定性。

熒光壽命是指熒光材料從激發(fā)態(tài)回到基態(tài)所需的時(shí)間。在壽命衰減型熒光測溫中,通常選用稀土離子摻雜的材料作為熒光敏感元件。常用的摻雜離子有銪(Eu)、鉺(Er)、鐿(Yb)等。這些離子的熒光壽命對溫度變化非常敏感,且在較寬的溫度范圍內呈現出良好的線(xiàn)性關(guān)系。

測溫原理可以簡(jiǎn)單描述為:當熒光材料被激發(fā)光源照射時(shí),部分電子會(huì )躍遷至激發(fā)態(tài)。隨后,電子會(huì )以一定的概率和速率通過(guò)輻射躍遷或無(wú)輻射躍遷的方式釋放能量,回到基態(tài)。溫度升高時(shí),無(wú)輻射躍遷的概率增大,導致熒光壽命減小。通過(guò)測量熒光衰減曲線(xiàn),并對其進(jìn)行擬合,即可得到熒光壽命值,進(jìn)而換算出被測物體的溫度信息。

在實(shí)際應用中,熒光材料通常制備成粉末狀,并填充到光纖中形成熒光敏感探頭。激發(fā)光源(如脈沖激光器)的光通過(guò)光纖傳輸至探頭,激發(fā)熒光材料。熒光信號通過(guò)同一根或另一根光纖傳回測量?jì)x器,經(jīng)過(guò)濾波、放大等處理后,再由高速數據采集卡進(jìn)行采集和分析。

為了提高測量精度,通常采用時(shí)間分辨法對熒光衰減曲線(xiàn)進(jìn)行采集。該方法利用時(shí)間延遲門(mén)技術(shù),在不同的時(shí)間窗口內對熒光信號進(jìn)行采樣,獲得多個(gè)時(shí)間點(diǎn)上的熒光強度值,從而擬合出熒光衰減曲線(xiàn)。另一種常用的方法是頻域法,通過(guò)調制激發(fā)光源的頻率,測量熒光信號的相位延遲和幅度衰減,計算出熒光壽命。

與強度型熒光測溫相比,壽命衰減型熒光測溫具有以下優(yōu)點(diǎn):

1. 抗干擾能力強:熒光壽命不受激發(fā)光強度和熒光采集效率等因素的影響,測量結果更加穩定可靠。
2. 動(dòng)態(tài)范圍寬:熒光壽命在較寬的溫度范圍內呈現良好的線(xiàn)性關(guān)系,適用于大范圍溫度測量。
3. 可實(shí)現絕對測溫:通過(guò)標定熒光材料的溫度-壽命曲線(xiàn),可直接獲得絕對溫度值,無(wú)需參考溫度。
4. 多參數測量:利用不同摻雜離子的熒光壽命對溫度的不同響應特性,可實(shí)現同時(shí)測量溫度和應變等多個(gè)參數。

熒光光纖測溫技術(shù)已在許多領(lǐng)域得到應用,如電力設備狀態(tài)監測、石油鉆探、化工過(guò)程控制、生物醫學(xué)等。隨著(zhù)熒光材料制備工藝和測量技術(shù)的不斷發(fā)展,熒光光纖測溫的性能將進(jìn)一步提升,在更廣泛的場(chǎng)合發(fā)揮重要作用。