專利名稱：一種熒光材料變溫特性的測量裝置及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種測量裝置，特別涉及一種熒光材料溫度特性的測量裝置及方法。
背景技術：
熒光材料是一種在建筑、道路、裝飾、化學、生物、醫(yī)學等領域得到廣泛應用的材料。熒光材料對溫度非常敏感，在不同溫度下，材料的熒光強度和波長都會發(fā)生變化。熒光材料的溫度特性是一種重要的光學性能指標。它的這一特性不僅影響材料的應用范圍，同時材料熒光的溫度效應也是現(xiàn)代熒光溫度傳感器的基礎。對材料的熒光-溫度行為進行研究，具有重要的意義。目前市場上一般銷售的通用型光柵光譜儀一般都能實現(xiàn)較高的波長分辨率(0.01nm)，但均不帶熒光測量功能，更沒有變溫裝置。這給通常條件下熒光材料的溫度特性測量帶來了一定的困難。目前熒光譜儀結構相對復雜、價格高昂，難以普及應用，并且這種熒光光譜儀一般還不能進行變溫測量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術之不足而提供一種結構簡單的熒光材料溫度特性測量裝置。
本發(fā)明的另一目的是提供一種熒光特性的測量方法。
為實現(xiàn)上述目的，本熒光材料變溫特性測量裝置包括溫控裝置、樣品臺和透鏡、紫外光源、光譜儀、光具座、滑軌，所述溫控裝置與樣品臺相連，透鏡置于樣品臺與光譜儀之間，樣品臺、透鏡置于滑軌上面的光具座上，透鏡將紫外光激發(fā)的熒光會聚成平行光后對準光譜儀的狹縫，紫外光源設于樣品臺前方的一側。
上述的樣品臺表面上設有石英蓋板以實現(xiàn)在對樣品保溫的同時保證入射的紫外激發(fā)光與出射的受激熒光的高透過率。
本熒光材料變溫特性的測量方法，包括以下步驟1)將熒光材料置于溫控臺上；2)用紫外光源照射溫控臺上的熒光材料；3)用透鏡將熒光光束會聚成平行光后投射到光譜儀的狹縫上，由光柵光譜儀記錄熒光波長；4)對熒光波長進行分析，輸出測量結果。
本發(fā)明的優(yōu)點運用組合的變溫熒光測量系統(tǒng)實現(xiàn)了反射式熒光樣品的溫度特性測量。該方法具有直觀和簡便的特點，而且系統(tǒng)結構簡單，造價低廉?？伸`活采用不同波長的光源激勵熒光材料，實現(xiàn)各種不同波長光源激勵下熒光樣品的溫度特性測量。該方法可進一步拓寬普通光柵光譜儀的應用范圍，為熒光材料溫度特性的檢測研究提供一種方便的手段，豐富光譜實驗教學內(nèi)容。下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步的說明。


圖1為本發(fā)明的結構示意圖。
圖2為SF-50TUV13激發(fā)黃綠色熒光材料變溫熒光譜線。
圖3為SF-50TUV44激發(fā)紫色熒光材料變溫熒光譜線。
圖4 SF-50TUV13激發(fā)黃綠色熒光材料溫度、熒光強度-溫度關系曲線。
圖5 SF-50TUV44激發(fā)紫色熒光材料的熒光波長-溫度、熒光強度-溫度關系曲線。
具體實施例方式
本發(fā)明的組成如圖1所示。包括溫控裝置1、樣品臺2、紫外光源6、透鏡7、光譜儀8、計算機9、光具座10，溫控裝置1與樣品臺2、紫外光源6相連，溫控裝置1可為樣品臺2提供精密的溫度，樣品臺2周圍用隔熱材料3包覆以保溫，為保溫和透光，在樣品材料5表面設置一薄石英板4，透鏡7置于樣品臺1與光譜儀8之間，樣品臺1、透鏡7置于光具座10上，光具座10置于滑軌11上，透鏡7將紫外光激發(fā)的熒光會聚成平行光后對準光譜儀8的狹縫，紫外光源6設于樣品臺1前方的一側，計算機9接光譜儀的輸出。
本發(fā)明的溫控裝置1采用了EH-3熱學實驗儀，它可分十檔對熱源溫度進行精密控制(溫度分辨率0.01℃，波動小于0.05℃，也可采用其它具類似功能的溫度控制裝置)。采用了一種短波長的半導體紫外發(fā)光二極管(380nm)作為材料熒光的激勵光源。當光源激勵電流為20mA時，結電壓為4.0V，出光功率為10mW。用EH-3熱學實驗儀上特設的高精度電源(1.25～8V可調(diào))串聯(lián)一200歐/1瓦的電阻后為紫外發(fā)光二極管提供激勵。采用半導體紫外發(fā)光二極管作激發(fā)光源的優(yōu)點是激勵功率小(20mA)，發(fā)光效率高，光源的單色性好(20nm半高寬)。被紫外光激發(fā)的熒光經(jīng)透鏡會聚成平行光后投射到光譜儀的狹縫上。變溫樣品臺和透鏡固定在導軌上的三維調(diào)節(jié)光具座上，光具座可方便地在導軌上移動以調(diào)節(jié)各元件間的距離和將光束對準光譜儀的狹縫。使用的WGD-8A光柵光譜儀的光柵密度為1200L/mm。在計算機的控制下通過步進電機驅動光柵作連續(xù)轉動，將不同波長的光投射到光電檢測元件上獲得待測熒光的連續(xù)譜圖。
在圖1所示的測量裝置中，激發(fā)光源采用型號為SF-50TUV13的紫外光源，選用黃綠色熒光材料。在35-70℃范圍內(nèi)選取5個溫度值37℃，44℃，51℃，58℃，65℃。測得的5條熒光光譜曲線如圖2所示。從圖2可以清楚的看到，SF-50TUV13紫外光源發(fā)出中心波長為406.50nm的紫外光，該紫外光在被測樣品上激勵出中心波長為520nm左右的熒光，熒光中心波長隨著溫度升高向長波長方向移動，熒光強度則隨著溫度的升高而減弱。另外，被測樣品在吸收紫外光后發(fā)射熒光的同時也反射部分紫外光(如圖2所示對應406.50nm處的峰值強度)。因此，在實際應用熒光物質(zhì)作為傳感材料的反射式熒光檢測時，要充分考慮到這一現(xiàn)象。換用型號為SF-50TUV44的紫外光源，被測樣品選用紫色熒光材料，在其它條件不變的情況下，測得的5條熒光光譜曲線如圖3所示。在圖3中，SF-50TUV44紫外光源發(fā)出的紫外光中心波長為385.00nm。激勵出來的熒光其中心波長并不隨溫度升高而變化，熒光強度則隨著溫度的升高而減弱。圖4、圖5繪出了兩種材料的熒光波長、強度與溫度的關系。橫軸為溫度，左邊縱軸為波長，右邊為強度。該結果可作為熒光溫度傳感器材料選擇的依據(jù)。
實施例表明，運用本發(fā)明的方法和裝置，可在普通廉價的光柵光譜儀上方便且低成本地實現(xiàn)不同材料熒光的溫度特性測量。
權利要求
1.一種熒光材料變溫特性的測量裝置，其特征在于包括溫控裝置、樣品臺和透鏡、紫外光源、光譜儀、光具座、滑軌，所述溫控裝置與樣品臺相連，透鏡置于樣品臺與光譜儀之間，樣品臺、透鏡置于滑軌上面的光具座上，透鏡將紫外激發(fā)的熒光會聚成平行光后對準光譜儀的狹縫，紫外光源設于樣品臺前方的一側。
2.根據(jù)權利要求1所述的熒光材料變溫特性的測量裝置，其特征在于所述的樣品臺表面設有石英蓋板。
3.根據(jù)權利要求1所述的熒光材料變溫特性的測量裝置，其特征在于所述樣品臺的背側周圍設有隔熱層。
4.根據(jù)權利要求1所述的熒光材料變溫特性的測量裝置，其特征在于所述的紫外光源為半導體紫外發(fā)光二極管。
5.根據(jù)權利要求1所述的熒光材料變溫特性的測量裝置，其特征在于所述溫控裝置為EH-3熱學實驗儀。
6.一種利用光譜儀測量熒光特性的方法，包括以下步驟1)將熒光材料置于溫控臺上；2)用紫外光源照射溫控臺上的熒光材料；3)用透鏡將熒光光束投射到光譜儀的狹縫上，記錄熒光波長；4)對熒光波長進行分析，輸出測量結果。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種熒光材料變溫特性的測量裝置及方法，包括溫控裝置、樣品臺和透鏡、紫外光源、光譜儀、光具座、滑軌，所述溫控裝置與樣品臺相連，透鏡置于樣品臺與光譜儀之間，樣品臺、透鏡置于滑軌上面的光具座上，透鏡將紫外激發(fā)的熒光會聚成平行光后對準光譜儀的狹縫，紫外光源設于樣品臺前方的一側。本測量裝置結構簡單，造價低廉，并且操作簡便，可靈活采用不同波長的光源激勵熒光材料，實現(xiàn)各種不同波長光源激勵下熒光樣品的溫度特性測量。
文檔編號G01N25/00GK1584553SQ20041002328
公開日2005年2月23日 申請日期2004年6月4日 優(yōu)先權日2004年6月4日
發(fā)明者謝中, 周艷明, 王祝盈, 陳小林, 王秋艷 申請人:湖南大學