熒光壽命測溫法原理

熒光壽命測溫原理

敏感材料在受光照射后,敏感材料中的電子吸收光子從低能級躍遷到激發態高能級,從高能級返回到低能級的輻射躍遷,發出熒光,激勵光消除之后的持續熒光發射依賴于激發態的壽命。該發射通常以指數的形式衰落,指數衰落的時間常數可以用于側量激發態的壽命,該壽命稱為熒光壽命或熒光衰落時間。

熒光壽命型溫度傳感器

熒光壽命的長短決定于溫度的高低。熒光壽命型溫度傳感器, 某些稀土熒光物質受紫外線照射并激發后,在可見光譜中發射線狀光譜,即熒光及其余輝余輝為激勵停止后的發光。如果熒光的某一參數受溫度調制,且關系單調,就可用這種關系測溫。線狀光譜的強度與激勵光源強度及熒光材料的溫度有關,若光源恒定,熒光線狀光譜的強度是溫度的單值函數,且隨時間衰減,一般情況下外界溫度越低熒光越強,余輝的衰減越慢。通過濾光片濾除激勵光譜,測量熒光余輝發射光譜線的強度即可確定溫度。但這種測量方法要求激勵光強及信號通道穩定,很難實現,因此很少采用。除此之外,熒光余輝的衰變時間常數也是溫度的單值函數。
從半導體理論來講,余輝的衰減直至消失是光的淬滅過程,溫度越高,晶格振動越強,參與吸收的聲子數越多,光淬滅就越快,所以熒光材料溫度決定光淬滅的快慢,即衰變時間常數的大小。

利用熒光壽命測溫的最大優點就是溫度轉換關系單值決定于熒光壽命,不受其它外部條椒例如激勵光源強度的變化、光纖傳輸效率、禍合程度的變化等等的影響,因此它比以光強作為溫度傳感信號的測溫法利用熒光峰值強度或強度比測溫的方法,在光纖測溫原理上有明顯優勢。