【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于荧光温度探测，具体涉及一种比率计型智能荧光测温装置及其测温方法。
技术介绍
1、在众多温度测量技术中，荧光温度传感技术以其非接触、响应快、精度高等优点，迅速成为很有潜力的温度测量技术。荧光强度比(fir)法是利用稀土离子发光的光学温度传感器中应用较为广泛的方法，它主要是依靠稀土离子对温度响应的两个不同的发射带之间的荧光强度比与温度存在单调的线性关系，由此确定温度。
2、目前，传统的荧光测温技术中的测温探头大多采用光纤来传输光信号，造成测温装置体积较大，制造成本较高等缺点，因而不便于在实际应用场景中分析。近年来，手机作为一种集成了摄影、智能识别和购物等功能的可移动化设备，具有操作简单和便于携带等优点，为实际应用中的温度探测提供了新的发展机遇，利用手机中的数码相机作为接收光信号的探测器的研究已经有所报道，但手机的拍摄会受各种环境因素影响而产生偏差。另外对于稀土掺杂的发光材料来说，fir型温度传感器依赖于两个紧密联系的热电偶能级(tcels)的荧光强度比值与温度之间的关系，因此该方法对探测器检测精度和光谱分辨率要求较高，显然无法使用手机完全替代光谱仪。
技术实现思路
1、为解决上述问题，本专利技术提供了一种比率计型智能荧光测温装置及其测温方法，该方法将荧光光谱仪与智能手机结合起来，使荧光光谱仪检测到的光谱图数据传输至智能手机上，利用智能手机的数据处理功能，建立荧光强度比值与温度之间的线性关系，最后以温度的形式输出，从而可以快速有效地实现对实际应用场景中温度变化的
2、本专利技术采用以下技术方案：
3、一种比率计型智能荧光测温装置，包括荧光温度探测系统和温度信号采集与处理系统；所述荧光温度探测系统包括激励光源和温度传感探头；所述温度传感探头包括光传输腔体、反光片和荧光测温材料；所述激励光源位于光传输腔体一端，荧光测温材料位于光传输腔体另一端内侧；所述反光片倾斜设置于光传输腔体内；所述反光片上设置有通光孔，反光片侧边的光传输腔体上设置有出光孔，激励光源发出的泵浦光进入光传输腔体并穿过通光孔作用在荧光测温材料上，荧光测温材料散射出的荧光经反光片反射从出光孔逸出；所述温度信号采集与处理系统包括依次电连接的荧光光谱仪、电脑和智能手机；所述荧光光谱仪采集出光孔逸出的荧光信号并将其转化成光谱数据图传送给电脑，电脑显示光谱数据图后将图像传送给智能手机；所述智能手机对图像中的光谱数据进行分析得到荧光强度比值，通过已知荧光测温材料的荧光强度比值与温度之间的函数关系进行匹配测出环境的温度信息。
4、进一步的，所述激励光源发出的泵浦光为波长为980nm或者300至370nm的稳态连续激光或者脉冲激光。
5、进一步的，所述激励光源发出的泵浦光直接泵浦进入光传输腔体或通过光纤传导进入光传输腔体；所述出光孔与荧光光谱仪间设置有光纤，光纤一端位于出光孔，光纤另一端与荧光光谱仪连接；所述荧光光谱仪通过usb线与电脑连接；所述电脑通过蓝牙或者usb线与智能手机连接。
6、进一步的，所述光传输腔体的材质为陶瓷、玻璃或金属。
7、进一步的，所述光传输腔体的长度为5至50cm，内径为3至15mm，外径为5至20mm；所述光传输腔体的内壁涂覆有用于减少荧光测温材料发出的荧光在腔体内部衰减的高反射膜；所述出光孔的直径为2至5mm。
8、进一步的，所述高反射膜为光滑的不锈钢箔或锡箔；所述高反射膜的厚度为0.02至0.5mm。
9、进一步的，所述荧光测温材料为掺杂稀土离子的荧光单晶材料或多晶材料；所述荧光测温材料在980nm泵浦光激发下发射出可见光，荧光测温材料为er3+和yb3+共同掺杂、ho3+和yb3+共同掺杂或tm3+和yb3+共同掺杂的钨酸钙、钨酸锶、钨酸钠钇、钨酸钠钆、钼酸钠钆、硼钼酸镧、硼钨酸镧、硅酸钡镥、硅酸钾钇、氟化钆钠、氟化钇钠中的一种；荧光单晶材料或多晶材料的荧光光谱中，er3+离子的2h11/2与4s3/2两个热耦合能级所发射的荧光强度比值、ho3+离子的5f4与5s2两个热耦合能级所发射的荧光强度比值、tm3+离子的3f2,3与3h4两个热耦合能级所发射的荧光强度比值作为温度依赖的光谱参数，用以检测环境温度。
10、进一步的，所述荧光测温材料为掺杂稀土离子的荧光单晶材料或多晶材料；所述荧光测温材料在紫外激光激发下发射出可见光，荧光测温材料为eu3+和tb3+共同掺杂的钨酸钙、钨酸锶、钨酸钠钇、钨酸钠钆、钼酸钠钆、硼钼酸镧、硼钨酸镧、硅酸钡镥、硅酸钾钇、磷酸钠铋中的一种；荧光单晶材料或多晶材料的荧光光谱中，eu3+离子与tb3+离子的荧光强度比值作为温度依赖的光谱参数，用以检测环境温度。
11、一种比率计型智能荧光测温装置的测温方法，具体包括以下步骤：
12、s1、打开激励光源，激励光源发出的泵浦光进入光传输腔体并穿过通光孔作用在荧光测温材料上，并散射出荧光；
13、s2、部分荧光在光传输腔体内散射后，经反光片反射从出光孔逸出；
14、s3、荧光光谱仪采集出光孔逸出的荧光信号并将其转化成光谱数据图传送给电脑；
15、s4、电脑显示光谱数据图后将图像传送给智能手机，利用智能手机的app模块对采集到的图像中的光谱数据进行分析得到荧光强度比值，通过已知荧光测温材料的荧光强度比值与温度之间的函数关系进行匹配测出环境的温度信息，进而确定待测环境的温度并通过智能手机输出测温结果。
16、采用上述技术方案后，本专利技术与
技术介绍
相比，具有如下优点：
17、1、本专利技术将荧光光谱仪与智能手机结合起来，使荧光光谱仪检测到的光谱图数据传输至智能手机上，利用智能手机的数据处理功能，建立荧光强度比值与温度之间的线性关系，最后以温度的形式输出，从而可以快速有效地实现对实际应用场景中温度变化的探测，该低成本、结构简单、便于携带、精度高且适用范围广的比率计型智能荧光测温装置具有广泛的应用价值。
18、2、本专利技术激励光源与光传输腔体、出光孔与荧光光谱仪间可以依靠光纤传输，也可以不依靠光纤传输，可有效简化价格高昂的光纤传输，不但成本低，而且结构简单，使用效果好。
19、3、本专利技术将荧光检测技术与智能手机的数据处理相结合，高分辨率的荧光光谱仪对探针材料的发光情况进行采集得到光谱图，将其传输至智能手机，利用智能手机的数据处理得到fir值，通过已知探针材料的fir值与温度之间的线性关系，进而确定待测环境的温度，使得检测结果精度更高、更加可靠，实现了快速有效地对现场环境温度变化进行实时监测。
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1.一种比率计型智能荧光测温装置，其特征在于：包括荧光温度探测系统(1)和温度信号采集与处理系统(2)；所述荧光温度探测系统(1)包括激励光源(10)和温度传感探头(11)；所述温度传感探头(11)包括光传输腔体(110)、反光片(111)和荧光测温材料(112)；所述激励光源(10)位于光传输腔体(110)一端，荧光测温材料(112)位于光传输腔体(110)另一端内侧；所述反光片(111)倾斜设置于光传输腔体(110)内；所述反光片(111)上设置有通光孔(1110)，反光片(111)侧边的光传输腔体(110)上设置有出光孔(1100)，激励光源(10)发出的泵浦光进入光传输腔体(110)并穿过通光孔(1110)作用在荧光测温材料(112)上，荧光测温材料(112)散射出的荧光经反光片(111)反射从出光孔(1100)逸出；所述温度信号采集与处理系统(2)包括依次电连接的荧光光谱仪(20)、电脑(21)和智能手机(22)；所述荧光光谱仪(20)采集出光孔(1100)逸出的荧光信号并将其转化成光谱数据图传送给电脑(21)，电脑(21)显示光谱数据图后将图像传送给智能手机(22)；
2.如权利要求1所述的一种比率计型智能荧光测温装置，其特征在于：所述激励光源(10)发出的泵浦光为波长为980nm或者300至370nm的稳态连续激光或者脉冲激光。
3.如权利要求1所述的一种比率计型智能荧光测温装置，其特征在于：所述激励光源(10)发出的泵浦光直接泵浦进入光传输腔体(110)或通过光纤(12)传导进入光传输腔体(110)；所述出光孔(1100)与荧光光谱仪(20)间设置有光纤(12)，光纤(12)一端位于出光孔(1100)，光纤(12)另一端与荧光光谱仪(20)连接；所述荧光光谱仪(20)通过USB线与电脑(21)连接；所述电脑(21)通过蓝牙或者USB线与智能手机(22)连接。
4.如权利要求1所述的一种比率计型智能荧光测温装置，其特征在于：所述光传输腔体(110)的材质为陶瓷、玻璃或金属。
5.如权利要求1所述的一种比率计型智能荧光测温装置，其特征在于：所述光传输腔体(110)的长度为5至50cm，内径为3至15mm，外径为5至20mm；所述光传输腔体(110)的内壁涂覆有用于减少荧光测温材料(112)发出的荧光在腔体内部衰减的高反射膜(113)；所述出光孔(1100)的直径为2至5mm。
6.如权利要求5所述的一种比率计型智能荧光测温装置，其特征在于：所述高反射膜(113)为光滑的不锈钢箔或锡箔；所述高反射膜(113)的厚度为0.02至0.5mm。
7.如权利要求1所述的一种比率计型智能荧光测温装置，其特征在于：所述荧光测温材料(112)为掺杂稀土离子的荧光单晶材料或多晶材料；所述荧光测温材料(112)在980nm泵浦光激发下发射出可见光，荧光测温材料(112)为Er3+和Yb3+共同掺杂、Ho3+和Yb3+共同掺杂或Tm3+和Yb3+共同掺杂的钨酸钙、钨酸锶、钨酸钠钇、钨酸钠钆、钼酸钠钆、硼钼酸镧、硼钨酸镧、硅酸钡镥、硅酸钾钇、氟化钆钠、氟化钇钠中的一种；荧光单晶材料或多晶材料的荧光光谱中，Er3+离子的2H11/2与4S3/2两个热耦合能级所发射的荧光强度比值、Ho3+离子的5F4与5S2两个热耦合能级所发射的荧光强度比值、Tm3+离子的3F2,3与3H4两个热耦合能级所发射的荧光强度比值作为温度依赖的光谱参数，用以检测环境温度。
8.如权利要求1所述的一种比率计型智能荧光测温装置，其特征在于：所述荧光测温材料(112)为掺杂稀土离子的荧光单晶材料或多晶材料；所述荧光测温材料(112)在紫外激光激发下发射出可见光，荧光测温材料(112)为Eu3+和Tb3+共同掺杂的钨酸钙、钨酸锶、钨酸钠钇、钨酸钠钆、钼酸钠钆、硼钼酸镧、硼钨酸镧、硅酸钡镥、硅酸钾钇、磷酸钠铋中的一种；荧光单晶材料或多晶材料的荧光光谱中，Eu3+离子与Tb3+离子的荧光强度比值作为温度依赖的光谱参数，用以检测环境温度。
9.一种如权利要求1-8任一项所述的比率计型智能荧光测温装置的测温方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种比率计型智能荧光测温装置，其特征在于：包括荧光温度探测系统(1)和温度信号采集与处理系统(2)；所述荧光温度探测系统(1)包括激励光源(10)和温度传感探头(11)；所述温度传感探头(11)包括光传输腔体(110)、反光片(111)和荧光测温材料(112)；所述激励光源(10)位于光传输腔体(110)一端，荧光测温材料(112)位于光传输腔体(110)另一端内侧；所述反光片(111)倾斜设置于光传输腔体(110)内；所述反光片(111)上设置有通光孔(1110)，反光片(111)侧边的光传输腔体(110)上设置有出光孔(1100)，激励光源(10)发出的泵浦光进入光传输腔体(110)并穿过通光孔(1110)作用在荧光测温材料(112)上，荧光测温材料(112)散射出的荧光经反光片(111)反射从出光孔(1100)逸出；所述温度信号采集与处理系统(2)包括依次电连接的荧光光谱仪(20)、电脑(21)和智能手机(22)；所述荧光光谱仪(20)采集出光孔(1100)逸出的荧光信号并将其转化成光谱数据图传送给电脑(21)，电脑(21)显示光谱数据图后将图像传送给智能手机(22)；所述智能手机(22)对图像中的光谱数据进行分析得到荧光强度比值，通过已知荧光测温材料(112)的荧光强度比值与温度之间的函数关系进行匹配测出环境的温度信息。
2.如权利要求1所述的一种比率计型智能荧光测温装置，其特征在于：所述激励光源(10)发出的泵浦光为波长为980nm或者300至370nm的稳态连续激光或者脉冲激光。
3.如权利要求1所述的一种比率计型智能荧光测温装置，其特征在于：所述激励光源(10)发出的泵浦光直接泵浦进入光传输腔体(110)或通过光纤(12)传导进入光传输腔体(110)；所述出光孔(1100)与荧光光谱仪(20)间设置有光纤(12)，光纤(12)一端位于出光孔(1100)，光纤(12)另一端与荧光光谱仪(20)连接；所述荧光光谱仪(20)通过usb线与电脑(21)连接；所述电脑(21)通过蓝牙或者usb线与智能手机(22)连接。
4.如权利要求1所述的一种比率计型智能荧光测温装置，其特征...
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