CN101216355B - 光子晶体光纤荧光温度传感器及测量系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种光子晶体光纤荧光温度传感器测量系统，其包括光源，光子晶体光纤荧光温度传感器以及光谱仪，所述的光源发出的光耦合到该光子晶体光纤荧光温度传感器中，该光谱仪测量该光子晶体光纤荧光温度传感器中发出的荧光光谱，通过光子晶体光纤荧光温度传感器的荧光特性测量温度。本发明的光子晶体光纤荧光温度传感器测量系统在光子晶体光纤荧光温度传感器中填充荧光物质，大大提高了光子晶体光纤荧光温度传感器的灵敏度。
Description
技术领域
本发明涉及一种温度传感器，特别是利用光子晶体光纤和荧光物质的温度特性构成的光子晶体光纤荧光温度传感器及测量系统。
背景技术
温度是工业生产及生活中最常用的参数，对温度的测量的传统传感器很多，如有传统热电偶，热敏电阻，双金属温度传感器等等。近年来，随着光纤技术的飞速发展，光纤温度传感器具有动态范围大、灵敏度高、 抗电磁干扰等优点，越来越受到人们的重视。光纤荧光温度传感器属于光纤温度传感器的一个重要分支。
荧光光纤温度传感器是利用荧光材料的荧光强度随温度而变化，或荧光强度的衰变速度随温度而变化的特性(荧光衰变时间T是温度的函数。)前者称荧光强度型，后者称荧光余辉型。例如，掺铕的硫氧化钆长余辉磷光粉发光，当紫外光激励时，其发射光谱在可见光范围内，光谱的谱线强度随着外界的温度的变化而变化，只要测出某条发射光光谱谱线的强度的变化就可以相应的定出荧光粉所处温度的变化，而此温度就是待测温度。利用此原理可以制成强度型荧光光纤温度传感器。
荧光光纤温度传感器通常有两种制作方法。一种方法是在光纤头部粘接荧光材料，由光纤的另一端输入激发光脉冲，经光纤传输至荧光物质端激活荧光物质。荧光材料发出荧光，荧光材料的余辉由原光纤导出。因为荧光物质在受激发时，向空间各方向发出荧光，但只有立体角满足光纤数值孔径的那部分荧光，才能通过光纤表面的全反射由光纤导出。该方法缺点是荧光的激发和导出耦合效率低；另外一种方法是在光纤中进行掺杂荧光材料，使其形成荧光光纤，输入光纤的激发光脉冲经光纤传输途中激活荧光物质，荧光材料的余辉由原光纤导出。为保证尽可能大的信噪比，应特意加长端部掺杂光纤长度，使超过镀覆长度2～3mm，才能有效地消除表面镀覆对荧光强度的影响。该方法缺点是掺杂困难，掺杂材料受限，掺杂浓度低，掺杂成本高，灵敏度低。
发明内容
本发明为了克服上述现有技术的不足，提供一种基于荧光效应来测量温度的光子晶体光纤荧光温度传感器。
本发明为了克服上述现有技术的不足，提供一种基于荧光效应来测量温度的光子晶体光纤荧光温度传感器测量系统。
本发明为了克服上述现有技术的不足，提供另一种基于荧光效应来测量温度的光子晶体光纤荧光温度传感器测量系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种光子晶体光纤荧光温度传感器，其包括纤芯以及在纤芯周围沿着轴向排列微小气孔，所述的光子晶体光纤中的微小气孔内填充有荧光材料物质。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：所述的微小气孔排列结构以及其内部填充的物质随测试要求设置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：所述的荧光材料物质是有机荧光材料或者无机荧光材料。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种光子晶体光纤荧光温度传感器测量系统，其包括光源，光子晶体光纤荧光温度传感器以及光谱仪，所述的光源发出的光耦合到该光子晶体光纤荧光温度传感器中，该光谱仪测量该光子晶体光纤荧光温度传感器中发出的光的荧光光谱，通过光子晶体光纤荧光温度传感器的荧光特性测量温度。
本发明解决进一步技术问题的方案是：光源的选择可根据荧光材料的敏感光谱范围来确定，可以选用激光器、高压汞灯或高压氙灯等。
本发明解决进一步技术问题的方案是：所述的光子晶体光纤温度传感器包括纤芯以及在纤芯周围沿着轴向排列微小气孔。
本发明解决进一步技术问题的方案是：所述的微小气孔内填充有荧光材料物质。
本发明解决进一步技术问题的方案是：所述的荧光材料物质是有机荧光材料或者无机荧光材料。
本发明解决进一步技术问题的方案是：提供一种光子晶体光纤荧光温度传感器测量系统，该光子晶体光纤荧光温度传感器测量系统包括光源，光子晶体光纤荧光温度传感器，宽通带滤波器，光探测器，驱动器以及可编程逻辑器件，其中所述的光子晶体光纤荧光温度传感器包括纤芯以及在纤芯周围沿着轴向规则排列微小气孔，所述的微小气孔内填充有荧光材料物质。
本发明解决进一步技术问题的方案是：工作时，可编程逻辑器件控制驱动器来驱动光源发出脉冲光，光脉冲导入光子晶体光纤荧光温度传感器，激发荧光物质出荧光，该光子晶体光纤荧光温度传感器的输出光经宽通带滤波器滤波后，荧光信号由光探测器测量。
相较于现有技术，本发明的光子晶体光纤荧光温度传感器及测量系统是在光子晶体光纤中填充荧光物质，具有荧光物质浓度高和选择范围广的特点，既可以填充有机荧光物质，又可以填充无机荧光物质，填充浓度可以任意调节，便于传感器的设计，可以实现高荧光效率的光子晶体光纤温度传感器，本发明的光子晶体光纤荧光温度传感器大大提高了光纤温度传感器的灵敏度。
附图说明
图1是本发明的光子晶体光纤荧光温度传感器的光纤截面结构示意图。
图2是本发明的光子晶体光纤荧光温度传感器测量系统结构示意图。
图3是本发明的光子晶体光纤荧光温度传感器测量系统另一种结构示意图。
具体实施方式
本发明是利用光子晶体光纤，基于荧光的温度效应而设计的温度传感器。它是通过在光子晶体光纤的微孔中填充荧光物质，激发光在光子晶体光纤传输过程中，激发荧光物质产生荧光。荧光信号与温度有关，荧光经光纤传输输出，通过测量荧光强度随温度的变化或荧光强度的衰变速度随温度的变化来实现温度的测量。
请参阅图1，是本发明的光子晶体光纤荧光温度传感器的光纤截面原理示意图。
所述的光子晶体光纤荧光温度传感器包括纤芯11以及在纤芯周围沿着轴向规则排列微小气孔12。所述的微小气孔12内填充有荧光材料物质。通过这些微小气孔12对光的约束，实现光在光纤中的传导。所述的光子晶体光纤荧光温度传感器与普通光纤温度传感器在结构上的差别决定了其单模特性、色散特性和非线性特性等方面与普通光纤有着显著的差异。光子晶体光纤荧光温度传感器的另外一个重要特性是，由于可以在光子晶体光纤荧光温度传感器的微小气孔12填充荧光物质，这样可以增加传输光与气体或液体的作用长度，并且可以根据需要调整光子晶体光纤的结构参数，对微小气孔12进行自由设计。本发明是在光子晶体光纤荧光温度传感器的微小气孔12填充荧光物质，改变光子晶体光纤的温度特性，提高光纤温度传感器的灵敏度。
光子晶体光纤中微小气孔12内填充的物质是荧光材料，其既可以填充有机荧光材料，也可以填充无机荧光材料，填充浓度可以任意调节。
请参阅图2，是本发明的光子晶体光纤荧光温度传感器测量系统结构示意图。
该光子晶体荧光光纤温度传感器测量系统包括光源21，光子晶体光纤荧光温度传感器22以及光谱仪23。所述的光子晶体光纤荧光温度传感器22包括纤芯以及在纤芯周围沿着轴向规则排列微小气孔。所述的微小气孔内填充有荧光材料物质。
工作时，将填充了荧光物质的光子晶体光纤荧光温度传感器22置于温度场中，如图中的箭头所示的，光源21发出的光经脉冲调制后，耦合到光子晶体荧光光纤温度传感器22中，用光谱仪23测量荧光光谱，从而利用荧光强度比测温技术实现对温度的测量。
激励光源21的选择可根据荧光材料的敏感光谱范围来确定，光源21可以选用激光器、高压汞灯或高压氙灯。
本发明的有益效果是，与传统的掺杂型荧光光纤温度传感器相比，在光子晶体荧光光纤温度传感器中填充荧光物质，具有荧光物质浓度高和选择范围广的特点，既可以填充有机荧光材料，又可以填充无机荧光材料，填充浓度可以任意调节，便于传感器的设计，可以实现高荧光效率的光子晶体光纤温度传感器，本发明的光子晶体荧光光纤温度传感器及测量系统大大提高了光子晶体光纤温度传感器的灵敏度。
请参阅图3，是本发明的光子晶体光纤荧光温度传感器测量系统另一种结构示意图。
该光子晶体光纤荧光温度传感器测量系统包括光源31，光子晶体光纤荧光温度传感器32，宽通带滤波器33，光探测器34，驱动器35以及可编程逻辑器件36。其中所述的光子晶体光纤荧光温度传感器32包括纤芯以及在纤芯周围沿着轴向规则排列微小气孔，所述的微小气孔内填充有荧光材料物质。
该光子晶体光纤荧光温度传感器测量系统是利用荧光物质的受激发射光谱的荧光强度的衰变速度随温度而变化的特性随温度的变化而变化，测出相关谱线的寿命的变化，就能确定相应荧光物质所经受的温度变化。工作时，可编程逻辑器件(PLD)36控制驱动器35来驱动光源31发出脉冲光，光脉冲导入光子晶体光纤荧光温度传感器32，激发荧光物质出荧光。光子晶体光纤荧光温度传感器32的输出光经宽通带滤波器33滤波后，荧光信号由光探测器34测量。光探测器34接收的是荧光材料激发产生的与温度相关的荧光衰减，通过电路计算分析决定荧光寿命参数，从而测定温度。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种光子晶体光纤荧光温度传感器，其特征在于：其包括纤芯以及在纤芯周围沿着轴向排列微小气孔，所述的光子晶体光纤中的微小气孔内填充有在所述纤芯所传输的激发光激发下发出荧光且荧光信号与温度相关的荧光材料物质。
2.根据权利要求1所述的光子晶体光纤荧光温度传感器，其特征在于：所述的微小气孔排列结构以及其内部填充的物质随测试要求设置。
3.根据权利要求1所述的光子晶体光纤荧光温度传感器，其特征在于：所述的荧光材料物质是有机荧光材料或者无机荧光材料。
4.一种光子晶体光纤荧光温度传感器测量系统，其特征在于：其包括光源，光子晶体光纤荧光温度传感器以及光谱仪，所述的光源发出的光耦合到该光子晶体光纤荧光温度传感器中，该光谱仪测量该光子晶体光纤荧光温度传感器中发出的荧光光谱，通过光子晶体光纤荧光温度传感器的荧光特性测量温度；所述的光子晶体光纤温度传感器包括纤芯以及在纤芯周围沿着轴向排列微小气孔，所述的微小气孔内填充有在所述纤芯所传输的激发光激发下发出荧光且荧光信号与温度相关的荧光材料物质。
5.根据权利要求4所述的光子晶体光纤荧光温度传感器测量系统，其特征在于：光源的选择可根据荧光材料的敏感光谱范围来确定，可以选用激光器、高压汞灯或高压氙灯。
6.根据权利要求4所述的光子晶体光纤荧光温度传感器测量系统，其特征在于：所述的荧光材料物质是有机荧光材料或者无机荧光材料。
7.一种光子晶体光纤荧光温度传感器测量系统，其特征在于：该光子晶体光纤荧光温度传感器测量系统包括光源，光子晶体光纤荧光温度传感器，宽通带滤波器，光探测器，驱动器以及可编程逻辑器件，其中所述的光子晶体光纤荧光温度传感器包括纤芯以及在纤芯周围沿着轴向规则排列微小气孔，所述的微小气孔内填充有在所述纤芯所传输的激发光激发下发出荧光且荧光信号与温度相关的荧光材料物质。
8.根据权利要求7所述的光子晶体光纤荧光温度传感器测量系统，其特征在于：工作时，可编程逻辑器件控制驱动器来驱动光源发出脉冲光，光脉冲导入光子晶体光纤荧光温度传感器，激发荧光物质出荧光，该光子晶体光纤荧光温度传感器的输出光经宽通带滤波器滤波后，荧光信号由光探测器测量。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: SHENZHEN YUXIN ELECTRIC WIRE + CABLE CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: SHENZHEN UNIV Effective date: 20140903 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 518055 SHENZHEN, GUANGDONG PROVINCE TO: 518107 SHENZHEN, GUANGDONG PROVINCE |
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Effective date of registration: 20140903 Address after: 518107 11 building, Hengtai Industrial Park, Guangming District, Guangdong, Shenzhen Patentee after: Shenzhen Yuxin Electric Wire & Cable Co., Ltd. Address before: 518055 No. 3688 Nanhai Road, Shenzhen, Guangdong, Nanshan District Patentee before: Shenzhen University |
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| DD01 | Delivery of document by public notice | ||
| DD01 | Delivery of document by public notice |
Addressee: Shenzhen Yuxin Electric Wire & Cable Co., Ltd. Document name: Notification to Pay the Fees |
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20200214 Address after: 518000 102, building 18, Haibin community, 2336 Nanyou Road, Nanshan District, Shenzhen City, Guangdong Province Patentee after: Li Xuejin Address before: 518107 11 building, Hengtai Industrial Park, Guangming District, Guangdong, Shenzhen Patentee before: Shenzhen Yuxin Electric Wire & Cable Co., Ltd. |
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| TR01 | Transfer of patent right |