一种荧光测温装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术是一种荧火测温装置，它由光学纤维、荧光体、激励装置、闪耀光栅、光电检测装置和信号处理装置构成。这种测温装置适于在高强磁场下或对金属有强烈腐蚀作用的环境中测温。测温范围为－１００℃—＋４００℃。（*该技术在1997年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本技术是关于测温装置，更具体地说，是关于荧光测温装置。美国第4075493号专利描述了利用对温度敏感的荧光材料制作的测温装置。该装置由光学纤维、荧光体、激励装置、分光装置、光电检测装置和信号处理装置构成。这种测温装置不用金属导线，因而可在电磁场下进行无干扰测温，开创了一种新的测温技术。该测温装置的核心部分是分光装置，它采用若干个干涉滤光片。滤光片成本高、寿命短、效率低，而且每一组滤光片只适用于某一种荧光粉，这是该测温装置的不足之处。本技术的目的是提供一种效率高、成本低、适用性广、寿命长的荧光测温装置。本技术的要点是，分光装置采用闪耀光栅，以一级闪耀光栅为最佳；光栅的闪耀波长选自4500埃－7000埃，以5000埃为最佳，光栅的线率选自600－1500条／毫米，以1400条／毫米为最佳；光栅的正前方(即法线方向)设置有光学纤维，使其接收激励装置发出的一级闪耀光。光电检测装置在荧光光栅光谱范围内可任意转动，并可固定于任意选定的位置上，其转轴为光栅光谱发射中心，并且垂直于各光路所在平面。所述光电检测装置可以有若干组，例如两组，它们有共同的转动轴。上述的闪耀光栅的最佳设置位置是，使其法线与激励光的入射光的夹角为θ＝Sin (λ)/(d) 。下面结合附图对本技术作进一步的描述。图1是本技术的原理框图。图2是本技术的光栅装置示意图。在图1中，〔1〕为待测温的环境，〔2〕是待测的物体，〔3〕是荧光粉，涂在待测物体〔2〕上，荧光粉〔3〕具有发光特性，当受激励时，至少可在两个不同波长上发出电磁辐射，其波段可用光学方法分离，且其相对强度是荧光体温度的确定函数。〔6〕为激励装置，可发出电磁辐射〔4〕，使荧光粉〔3〕发出可见电磁辐射〔5〕。激励装置〔6〕可以与光学系统〔10〕分立(a)，也可以与光学系统〔10〕结合在一起(b)。辐射〔5〕由光学系统〔10〕接收，经〔15〕送至分光装置〔20〕，分光装置〔20〕采用闪耀光栅，它分出各个波长，经光电检测装置〔30〕检测，产生两个电信号〔31〕和〔32〕，送至信号处理装置〔40〕进行求比，最后送至显示装置〔50〕，即可示出荧光粉〔3〕的温度。在图2中，荧光粉〔3〕涂于光纤〔8〕的端部，可外加保护套〔7〕，构成测温探头，保护套〔7〕可用玻璃毛细管。测温时探头放入被测的环境或物体中，让其感受待测的温度。光纤〔8〕两端面要平，且垂直于纤轴，光纤可选用直径为400微米的石英光纤。光纤应设置在光栅中心的法线上，使其接收激励光〔14〕的一级闪耀光〔4〕。激励装置〔6〕发射出的光通过聚光镜〔11〕和滤光片〔12〕形成平行激励光〔14〕，以入射角θ＝Sin－1(λ)/(d) (λ为激励光波长，d为光栅常数)入射到闪耀光栅〔23〕上，在光栅的法线方向得到激励光〔14〕的一级闪耀光〔4〕，经平凸透镜〔9〕耦合入光纤〔8〕，并经过它进行传导，激励荧光粉〔3〕发出荧光〔5〕。经光纤〔8〕传送回来的荧光〔5〕为可见光，即4000埃－7000荧。其若干个波长上的光强度含有温度信息。荧光〔5〕经平凸透镜〔9〕入射到光栅〔23〕上进行分光，荧光〔5〕的一级光栅光谱范围为θ4000 －7000 。根据光栅方程式得4000 ＝Sin－14000/(d)7000 ＝Sin－17000/(d)在该光谱范围内有两组光电检测装置〔33〕和〔34〕。光电检测装置〔33〕和〔34〕分别含有光电转换器〔26〕、〔27〕和聚光镜〔24〕、〔25〕。光电检测装置〔33〕和〔34〕分别由两臂〔35〕、〔36〕支承，两臂具有共同轴〔37〕，轴〔37〕位于光栅光谱发射中心，并垂直于各光路所在平面。光电检测装置〔33〕和〔34〕固定于〔28〕、〔29〕两个方位上。这两个方位上的荧光强度是温度的确定函数，视荧光粉温敏波长而定。光电检测装置〔33〕和〔34〕分别接收方位〔28〕、〔29〕所对应的两个波长上的荧光强度信号，从而获得温度信息〔31〕和〔32〕。然后送入信号处理装置〔40〕(见图1)，例如计算机，进行处理，即可由显示装置〔50〕(图1)示出被测物体的温度值。下面给出本技术的一个实施例荧光粉〔3〕选用La2O2S(0.1％Eu)，光纤〔8〕选用直径为400微米的石英光纤，光栅〔23〕选用闪耀波长为5000埃、线率为1200条／毫米、面积18mm×18mm的一级闪耀光栅。激励光选用3650埃，激励光滤光片〔12〕选用中心波长为3650埃，半峰宽70埃的干涉滤光片。把光纤〔8〕置于光栅〔23〕的法线方向，激励光〔14〕以入射角θ入射光栅〔23〕，即θ＝Sin－1(λ)/(d) ＝Sin－13650/8333 ＝25.98°(光栅常数d＝ (107埃)/1200 ＝8333埃)光栅的一级闪耀光〔4〕以法线方向入射平凸透镜〔9〕，耦合入光纤〔8〕，激励光〔4〕经光纤〔8〕激励附着于光纤〔8〕另一端的荧光粉〔3〕，使其发出4000埃－7000埃的荧光〔5〕。荧光〔5〕通过光纤〔8〕，经平凸透镜〔9〕返回光栅〔23〕。其光谱分布于θ4000埃－θ7000埃。θ4000埃＝Sin－14000/(d) ＝Sin－14000/8333 ＝28.69°θ7000埃＝Sin－17000/(d) ＝Sin－17000/8333 ＝57.14°荧光粉〔3〕发出5371埃和4680埃的荧光，其比值为温度的确定函数。将比值随温度的确定函数存于计算机内，以备信号处理。4680埃的荧光经光栅投向方位〔28〕，其出射角为θ4680 ＝Sin－14680/(d) ＝Sin－14680/8333 ＝34.17°5371埃的荧光经光栅投向方位〔29〕，其出射角为θ5371 ＝Sin－15371/(d) ＝Sin－15371/8333 ＝40.13°将同轴转动的两臂〔35〕和〔36〕所支承的光电检测装置〔33〕、〔34〕分别置于方位〔28〕、〔29〕上，检测上述两个方位上对应的波长4680埃和5371埃的荧光强度，得到强度信号〔31〕和〔32〕，然后送计算机求比，对照已入存的函数，即可读出温度值。本技术的测温装置适于在高强磁场下或对金属有强烈腐蚀作用的环境中测温，测温范围为－100℃－＋400℃。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种荧光测温装置，由光学纤维、荧光体、激励装置、分光装置、光电检测装置和信号处理装置构成，其特征是，所述的分光装置采用闪耀光栅，光栅的闪耀波长选自４５００埃—７０００埃，线率选自６００—１５００条／毫米，所述的光栅正前方（即法线方向）设置有光学纤维，使光纤接收激励装置通过光栅发出的一级闪耀光，所述的光电检测装置在光栅光谱范围内可任意转动，并可固定于任意选定的方位上，其转轴为光栅光谱发射中心，且垂直于各光路所在平面。

【技术特征摘要】
1.一种荧光测温装置，由光学纤维、荧光体、激励装置、分光装置、光电检测装置和信号处理装置构成，其特征是，所述的分光装置采用闪耀光栅，光栅的闪耀波长选自4500埃-7000埃，线率选自600-1500条/毫米，所述的光栅正前方(即法线方向)设置有光学纤维，使光纤接收激励装置通过光栅发出的一级闪耀光，所述的光电检测装置在光栅光...

【专利技术属性】
技术研发人员：喻支重，张立儒，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：实用新型
国别省市：12[中国|天津]