專利名稱:一種熒光測溫裝置的制作方法
本實用新型是關于測溫裝置，更具體地說，是關于熒光測溫裝置。
美國第4075493號專利描述了利用對溫度敏感的熒光材料制作的測溫裝置。該裝置由光學纖維、熒光體、激勵裝置、分光裝置、光電檢測裝置和信號處理裝置構成。這種測溫裝置不用金屬導線，因而可在電磁場下進行無干擾測溫，開創(chuàng)了一種新的測溫技術。
該測溫裝置的核心部分是分光裝置，它采用若干個干涉濾光片。濾光片成本高、壽命短、效率低，而且每一組濾光片只適用于某一種熒光粉，這是該測溫裝置的不足之處。
本實用新型的目的是提供一種效率高、成本低、適用性廣、壽命長的熒光測溫裝置。
本實用新型的要點是，分光裝置采用閃耀光柵，以一級閃耀光柵為最佳；光柵的閃耀波長選自4500埃－7000埃，以5000埃為最佳，光柵的線率選自600－1500條／毫米，以1400條／毫米為最佳；光柵的正前方(即法線方向)設置有光學纖維，使其接收激勵裝置發(fā)出的一級閃耀光。光電檢測裝置在熒光光柵光譜范圍內可任意轉動，并可固定于任意選定的位置上，其轉軸為光柵光譜發(fā)射中心，并且垂直于各光路所在平面。所述光電檢測裝置可以有若干組，例如兩組，它們有共同的轉動軸。上述的閃耀光柵的最佳設置位置是，使其法線與激勵光的入射光的夾角為θ＝Sin (λ)/(d) 。
下面結合附圖對本實用新型作進一步的描述。
圖1是本實用新型的原理框圖。
圖2是本實用新型的光柵裝置示意圖。
在圖1中，〔1〕為待測溫的環(huán)境，〔2〕是待測的物體，〔3〕是熒光粉，涂在待測物體〔2〕上，熒光粉〔3〕具有發(fā)光特性，當受激勵時，至少可在兩個不同波長上發(fā)出電磁輻射，其波段可用光學方法分離，且其相對強度是熒光體溫度的確定函數?！?〕為激勵裝置，可發(fā)出電磁輻射〔4〕，使熒光粉〔3〕發(fā)出可見電磁輻射〔5〕。激勵裝置〔6〕可以與光學系統(tǒng)〔10〕分立(a)，也可以與光學系統(tǒng)〔10〕結合在一起(b)。
輻射〔5〕由光學系統(tǒng)〔10〕接收，經〔15〕送至分光裝置〔20〕，分光裝置〔20〕采用閃耀光柵，它分出各個波長，經光電檢測裝置〔30〕檢測，產生兩個電信號〔31〕和〔32〕，送至信號處理裝置〔40〕進行求比，最后送至顯示裝置〔50〕，即可示出熒光粉〔3〕的溫度。
在圖2中，熒光粉〔3〕涂于光纖〔8〕的端部，可外加保護套〔7〕，構成測溫探頭，保護套〔7〕可用玻璃毛細管。測溫時探頭放入被測的環(huán)境或物體中，讓其感受待測的溫度。
光纖〔8〕兩端面要平，且垂直于纖軸，光纖可選用直徑為400微米的石英光纖。光纖應設置在光柵中心的法線上，使其接收激勵光〔14〕的一級閃耀光〔4〕。
激勵裝置〔6〕發(fā)射出的光通過聚光鏡〔11〕和濾光片〔12〕形成平行激勵光〔14〕，以入射角θ＝Sin－1(λ)/(d) (λ為激勵光波長，d為光柵常數)入射到閃耀光柵〔23〕上，在光柵的法線方向得到激勵光〔14〕的一級閃耀光〔4〕，經平凸透鏡〔9〕耦合入光纖〔8〕，并經過它進行傳導，激勵熒光粉〔3〕發(fā)出熒光〔5〕。經光纖〔8〕傳送回來的熒光〔5〕為可見光，即4000埃－7000熒。其若干個波長上的光強度含有溫度信息。熒光〔5〕經平凸透鏡〔9〕入射到光柵〔23〕上進行分光，熒光〔5〕的一級光柵光譜范圍為θ4000
－7000
。根據光柵方程式得4000
＝Sin－14000/(d)7000
＝Sin－17000/(d)在該光譜范圍內有兩組光電檢測裝置〔33〕和〔34〕。光電檢測裝置〔33〕和〔34〕分別含有光電轉換器〔26〕、〔27〕和聚光鏡〔24〕、〔25〕。光電檢測裝置〔33〕和〔34〕分別由兩臂〔35〕、〔36〕支承，兩臂具有共同軸〔37〕，軸〔37〕位于光柵光譜發(fā)射中心，并垂直于各光路所在平面。光電檢測裝置〔33〕和〔34〕固定于〔28〕、〔29〕兩個方位上。這兩個方位上的熒光強度是溫度的確定函數，視熒光粉溫敏波長而定。光電檢測裝置〔33〕和〔34〕分別接收方位〔28〕、〔29〕所對應的兩個波長上的熒光強度信號，從而獲得溫度信息〔31〕和〔32〕。然后送入信號處理裝置〔40〕(見圖1)，例如計算機，進行處理，即可由顯示裝置〔50〕(圖1)示出被測物體的溫度值。
下面給出本實用新型的一個實施例熒光粉〔3〕選用La2O2S(0.1％Eu)，光纖〔8〕選用直徑為400微米的石英光纖，光柵〔23〕選用閃耀波長為5000埃、線率為1200條／毫米、面積18mm×18mm的一級閃耀光柵。激勵光選用3650埃，激勵光濾光片〔12〕選用中心波長為3650埃，半峰寬70埃的干涉濾光片。
把光纖〔8〕置于光柵〔23〕的法線方向，激勵光〔14〕以入射角θ入射光柵〔23〕，即θ＝Sin－1(λ)/(d) ＝Sin－13650/8333 ＝25.98°(光柵常數d＝ (107埃)/1200 ＝8333埃)
光柵的一級閃耀光〔4〕以法線方向入射平凸透鏡〔9〕，耦合入光纖〔8〕，激勵光〔4〕經光纖〔8〕激勵附著于光纖〔8〕另一端的熒光粉〔3〕，使其發(fā)出4000埃－7000埃的熒光〔5〕。熒光〔5〕通過光纖〔8〕，經平凸透鏡〔9〕返回光柵〔23〕。其光譜分布于θ4000埃－θ7000埃。
θ4000埃＝Sin－14000/(d) ＝Sin－14000/8333 ＝28.69°θ7000埃＝Sin－17000/(d) ＝Sin－17000/8333 ＝57.14°熒光粉〔3〕發(fā)出5371埃和4680埃的熒光，其比值為溫度的確定函數。將比值隨溫度的確定函數存于計算機內，以備信號處理。
4680埃的熒光經光柵投向方位〔28〕，其出射角為θ4680
＝Sin－14680/(d) ＝Sin－14680/8333 ＝34.17°5371埃的熒光經光柵投向方位〔29〕，其出射角為θ5371
＝Sin－15371/(d) ＝Sin－15371/8333 ＝40.13°將同軸轉動的兩臂〔35〕和〔36〕所支承的光電檢測裝置〔33〕、〔34〕分別置于方位〔28〕、〔29〕上，檢測上述兩個方位上對應的波長4680埃和5371埃的熒光強度，得到強度信號〔31〕和〔32〕，然后送計算機求比，對照已入存的函數，即可讀出溫度值。
本實用新型的測溫裝置適于在高強磁場下或對金屬有強烈腐蝕作用的環(huán)境中測溫，測溫范圍為－100℃－＋400℃。
權利要求
1.一種熒光測溫裝置，由光學纖維、熒光體、激勵裝置、分光裝置、光電檢測裝置和信號處理裝置構成，其特征是，所述的分光裝置采用閃耀光柵，光柵的閃耀波長選自4500埃-7000埃，線率選自600-1500條/毫米，所述的光柵正前方(即法線方向)設置有光學纖維，使光纖接收激勵裝置通過光柵發(fā)出的一級閃耀光，所述的光電檢測裝置在光柵光譜范圍內可任意轉動，并可固定于任意選定的方位上，其轉軸為光柵光譜發(fā)射中心，且垂直于各光路所在平面。
2.如權利要求
1所述的熒光測溫裝置，其特征是，所述的光電檢測裝置有若干組，并有共同轉動軸。
3.如權利要求
1所述的熒光測溫裝置，其特征是，所述的閃耀光柵的設置位置是使其法線與激勵光的入射光的夾角為θ＝Sin－1(λ)/(d) 。
專利摘要
本實用新型是一種熒光測溫裝置，它由光學纖維、熒光體、激勵裝置、閃耀光柵、光電檢測裝置和信號處理裝置構成。這種測溫裝置適于在高強磁場下或對金屬有強烈腐蝕作用的環(huán)境中測溫。測溫范圍為-100℃—+400℃。
文檔編號G01K11/00GK87207763SQ87207763
公開日1988年1月6日 申請日期1987年5月12日
發(fā)明者喻支重, 張立儒 申請人:天津大學導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan