CN101701855A - 一种荧光温度传感器探针及其制作方法 - Google Patents

Abstract

一种荧光温度传感器探针，其特征在于：激发光光波导的一顶端粘有荧光混合物形成传感器探针，传感器探针连接反射层。本发明的优点是：传感器探针体型微小、灵敏度高、信号稳定、可靠性良好、制造简便。

Description

一种荧光温度传感器探针及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种荧光温度传感器探针，尤其涉及一种荧光温度传感器探针及其制作方法。

背景技术

某些荧光材料的发光特性与温度有显著的函数关系，测量计算材料荧光的强度、比强度、寿命等特性的变化可以得到相应的温度。荧光温度传感器往往还具有光波导组件，传播来自光源的激发光和来自荧光材料的荧光信号。深圳大学专利号为200810065176的光子晶体光纤荧光温度传感器及测量系统，通过激发光和信号光的传播可以通过同一个光路，也可以不同。专利200810177040在利用同一个光波导传播激发光和信号光的温度传感器中，储置于一个罩子凹部的荧光材料被粘合在光波导端面，温度探针用保护套封闭(专利文献2)。保护套与储放荧光材料的罩子连接在一起。之前的荧光温度传感器使用同一个光波导传播激发光和信号光时，存在信号强度较低，因而影响测量精度；热敏区的附加质量较大，探针对快速变化的温度的响应存在迟滞；保护套的热导扰动改变测温点的温度，使传感器不能测量微区环境温度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种荧光温度传感器探针及其制作方法，该传感器探针形体微小，信号稳定，灵敏度提高，探针本身对被测环境的扰动小。

本发明是这样来实现的，它包括激发光光波导，其特征在于：激发光光波导的一顶端粘有荧光混合物形成传感器探针，传感器探针连接反射层。

本发明所述的荧光混合物为荧光材料和液态粘合剂的混合物。

本发明所述的荧光材料为红宝石及其它过渡金属掺杂的化合物、稀土氧化物、有机荧光材料、络合荧光物质或复合荧光材料；所述的液态粘合剂为环氧树脂、丙烯酸酯、硅树脂以及透明塑料的前驱体或熔融光学塑料、硅酸盐、硼酸盐及其混合物。

本发明所述的反射层的材料为金属、合金、有机物、化合物、氧化物或以上材料的混合物。

其制作方法为：首先将荧光材料添加到液态粘合剂中，混合搅拌均匀后成为粘流态的荧光混合物前驱体，然后将端面平整洁净的激发光光波导垂直浸入荧光混合物前驱体，缓慢垂直提起，静置片刻，在激发光光波导的端面粘附有半球形的液滴，将粘附有液滴的激发光光波导置于粘合剂固化需要的环境中使液滴固化，最后在传感器探针的顶端包裹反射层。

本发明的优点是：传感器探针体型微小、灵敏度高、信号稳定、可靠性良好、制造简便。

附图说明

图1为本发明为温度传感器的测量系统构成框图。

在图中，1、激发光光波导 2、荧光混合物 3、反射层 4、光源 5、光谱测量系统 6、信号荧光导出光波导

具体实施方式

如图1所示，温度传感器由温度敏感的温度传感器探针、光源4、光谱测量系统5和传播光路组成。温度传感器是利用热敏材料随温度变化的荧光特性来测量温度，系统光路中还可以添加隔离器、偏振元件等光学元件。常用光源4有汞灯、惰性气体灯，例如氙灯、氘灯、半导体激光器、卤钨灯，根据荧光材料的发光特性和激发光光波导1的吸收特性，选择合适波长的激发光源4，并选用合适波段的滤色片，典型的传播光路采用Y形光波导，激发光经激发光光波导1分支注入传感器探针，激发荧光材料使其发光，透过荧光混合物2的激发光被反射层3反射，荧光材料的荧光出射的一部分也被反射层3反射，在激发光光波导1数值孔径内的与激发光反向的信号荧光进入激发光光波导，经由信号荧光导出光波导6导出，光谱测量系统5接收信号荧光，测量荧光的各项温度敏感特性，例如荧光寿命、不同荧光峰的强度等，由计算机拟合计算对应的温度。整套系统可以由计算机、单片机或可编程逻辑控制器控制协调运行。

在温度传感器探针的顶端固定的荧光混合物2由热敏荧光材料和液态粘合剂混合而成。可选的液态粘合剂有环氧树脂、丙烯酸酯、硅树脂以及各类透明塑料的前驱体或熔融光学塑料，还可以选用硅酸盐、硼酸盐及其混合物等无机粘合剂；荧光混合物2固化后稳定地固定在激发光光波导1的端面，因此测量是稳定可重复的。由激发光光波导1传播到荧光混合物2的激发光部分被荧光混合物2吸收，吸收系数、散射系数取决于荧光材料和固化后的粘合剂的材质，以及荧光材料的混合比例和颗粒度，镀覆在温度传感器探针顶端的反射层3反射穿透了荧光混合物2的激发光，可以提高激发光的吸收系数；反射层3反射不在激发光光波导1数值孔径内的材料荧光并有会聚效果。因此，进入激发光光波导1的信号荧光强度较高，可以保证测量精准度。反射层3的材质可以使用金属例如铝、金、银、钛、铬等，或合金如不锈钢，也可以采用有机物如Teflon，还可以采用化合物如TiN、氧化物等以及以上材料的混合物。复合材料的反射层，例如镀铝，外层再覆盖Teflon，也是可行的。

在温度传感器探针的顶端固定的荧光混合物2含有热敏的荧光材料，典型的荧光材料有红宝石及其它过渡金属掺杂的化合物、镧系稀土氧化物等，也可能采用有机荧光材料、络合荧光物质、复合荧光材料。以稀土氧化物Y2O2S∶Eu为例：高压汞灯光源的365nm紫外光作为激发光，发射荧光的中心波长位于540nm和630nm。测量这两个波长的荧光强度，求得相对值，就可以由相对值导出相应的被测温度。

光波导、激发光光波导1、信号荧光导出光波导6可以采用完整的Y形光纤光分束器，也可以是光纤束、液体光导、空心光导、玻璃棒等光波导元件。或者说，所有能够传播激发光和信号光、具有分光功能的光路都是可选用的。

传感器探针的制作方法为首先将荧光材料添加到液态粘合剂中，混合搅拌均匀后成为粘流态的荧光混合物前驱体，然后将端面平整洁净的激发光光波导垂直浸入荧光混合物前驱体，缓慢垂直提起，静置片刻，在激发光光波导的端面粘附有半球形的液滴，将粘附有液滴的激发光光波导置于粘合剂固化需要的环境中使液滴固化，最后在传感器探针的顶端包裹反射层。

在上述说明中，也可以采用其它材料和成形方式形成传感器探针，例如：荧光材料采用溶胶-凝胶法固定到激发光光波导1的端面，激发光光波导1浸渍在溶胶-凝胶的前驱液体中，荧光材料不再需要粘合剂就可以稳定附着并形成半球形。相应地固化工艺由低温烧结工艺取代。其它材料、工艺步骤类似上述说明。

本发明不限于上述实施方式。

Claims (5)

1.一种荧光温度传感器探针，其特征在于：激发光光波导的一顶端粘有荧光混合物形成传感器探针，传感器探针连接反射层。

2.一种权利要求1所述的一种荧光温度传感器探针的制作方法，其特征是首先将荧光材料添加到液态粘合剂中，混合搅拌均匀后成为粘流态的荧光混合物前驱体，然后将端面平整洁净的激发光光波导垂直浸入荧光混合物前驱体，缓慢垂直提起，静置片刻，在激发光光波导的端面粘附有半球形的液滴，将粘附有液滴的激发光光波导置于粘合剂固化需要的环境中使液滴固化，最后在传感器探针的顶端包裹反射层。

3.根据权利要求1或2所述的一种荧光温度传感器探针，其特征是所述的荧光混合物为荧光材料和液态粘合剂的混合物。

4.根据权利要求1或2所述的一种荧光温度传感器探针，其特征是所述的荧光材料为红宝石及其它过渡金属掺杂的化合物、稀土氧化物、有机荧光材料、络合荧光物质或复合荧光材料；所述的液态粘合剂为环氧树脂、丙烯酸酯、硅树脂以及透明塑料的前驱体或熔融光学塑料、硅酸盐、硼酸盐及其混合物。

5.根据权利要求1或2所述的一种荧光温度传感器探针，其特征是所述的反射层的材料为金属、合金、有机物、化合物、氧化物或以上材料的混合物。