CN108444613A - 一种荧光法温度测量系统及其测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种荧光法温度测量系统及其测量方法，属于温度测量技术领域，包括相互连接的光路部分和电路部分，电路部分包括控制处理单元及分别与控制处理单元电连接的驱动电路、解调电路和信息交换电路，控制处理单元还与电源电路连接，光路部分包括耦合单元、分别与耦合单元连接的激光器、传输光缆和受光器、与传输光缆连接的准直镜头及与准直镜头连接的荧光靶片，激光器与驱动电路连接，受光器与解调电路连接，准直镜头通过包括空气在内的透明介质与荧光靶片相对。本发明将感温荧光靶片与主系统分离开来，通过系统发出的激发光照射荧光靶片并采集荧光靶片发射的荧光进行温度测量，能有效解决被测场所不允许布置线缆的困难。
Description
技术领域
本发明涉及一种温度测量系统及其测量方法，特别是涉及一种荧光法温度测量系统及其测量方法，属于温度测量技术领域。
背景技术
温度测量对于电力、微波、半导体、医疗等行业至关重要，随着技术的发展，温度测量手段逐渐升级，且精度逐渐提高，目前，常用的测温方法有热电阻、热电偶等电子类传感测温法和红外测温传感法等测温方法，热电阻、热电偶等方法采用电子学原理进行测量，数据传输亦为金属导线，这类测温设备具有测量精度高的特点，但对于电力设施和微波设施的温度测量，不具备抗干扰的能力，尤其是微波行业的温度测量，根本不容许有金属类物品置于其中；而红外测温法虽为非接触式的可视测温法，但这种测温方法测量的是物体表面辐射的热量，测得的结果是热源大面积的平均温度，无法反应被测物的具体位置的温度，且测温精度较低。
还有一类光纤温度测量系统采用光纤本身或光纤光栅对待测物进行温度测量，此类测量设备属于接触式测量，一个致命的缺憾是需要在待测的位置布缆，这就限制了其使用范围，对于这种不允许布置任何线缆的地方，这些采用线缆方式的测温系统就显得无能为力了。
发明内容
本发明的主要目的是为了提供一种荧光法温度测量系统及其测量方法，用于解决现有技术中存在的需要布置线缆和测温精度低的问题，提高感温速度。
本发明的目的可以通过采用如下技术方案达到：
一种荧光法温度测量系统，包括相互连接的光路部分和电路部分，所述电路部分包括控制处理单元及分别与所述控制处理单元电连接的驱动电路、解调电路和信息交换电路，所述控制处理单元还与电源电路连接；所述光路部分包括耦合单元、分别与所述耦合单元连接的激光器、传输光缆和受光器、与所述传输光缆连接的准直镜头及与所述准直镜头连接的荧光靶片；所述激光器与所述驱动电路连接，所述受光器与所述解调电路连接；所述准直镜头通过包括空气在内的透明介质与所述荧光靶片相对。
优选的，所述控制处理单元能够根据所述解调电路信号的强度调节所述激光器的发光强度和补偿所述受光器的暗电流，所述控制处理单元控制所述驱动电路的开合，所述激光器发出的蓝紫光束经所述耦合单元的前向功能耦合进所述传输光缆，经所述传输光缆的传输进入所述准直镜头。
优选的，所述准直镜头将蓝紫光准直输出并照射到所述荧光靶片上，所述荧光靶片受到蓝紫光的激发而发出红色或绿色的单色荧光，单色荧光经所述准直镜头通过所述耦合单元的后向功能耦合到所述受光器。
优选的，所述受光器将荧光信号转换为电信号，电信号经所述解调电路解调出所述控制处理单元能够识别的模拟或数字信号，经过所述控制处理单元的计算及数据处理，将所述荧光靶片感知的温度计算出来。
优选的，所述激光器为波长范围在300-450nm范围内的单色半导体激光器。
优选的，所述耦合单元为具有前向透过蓝紫光、反向透过红绿光的光学器件，至少包含分光片与透镜的组合、分光棱镜和环形器。
优选的，所述传输光缆的芯径为不大于250μm的多模光缆。
优选的，所述荧光靶片为仅余晖时间与温度相关的荧光物质制作而成，所述荧光物质为具有中长余晖的荧光物质。
优选的，所述准直镜头为采用消色差透镜制作的光纤准直器。
一种荧光法温度测量系统的测量方法，包括如下步骤：
步骤1：控制处理单元控制驱动电路的开合，并通过驱动电路控制激光器；
步骤2：激光器发出的蓝紫光束经耦合单元的前向功能耦合进传输光缆，经传输光缆的传输进入准直镜头；
步骤3：准直镜头将传输光缆输出的蓝紫光准直输出并照射到荧光靶片上；
步骤4：荧光靶片受到蓝紫光的激发而发出红色或绿色的单色荧光，单色荧光经准直镜头的逆向功能耦合进传输光缆；
步骤5：传输光缆再将回传的荧光通过耦合单元的后向功能耦合到受光器；
步骤6：受光器将荧光信号转换为电信号，电信号经解调电路解调出控制处理单元能够识别的模拟或数字信号；
步骤7：经过控制处理单元的计算及数据处理，将荧光靶片感知的温度计算出来；
步骤8：通过信息交换电路把该温度测量系统解出的温度信息与外界进行交换，完成温度的测量。
本发明的有益技术效果：
1、本发明提供的荧光法温度测量系统及其测量方法，将感温荧光靶片与主系统分离开来，通过系统发出的激发光照射荧光靶片并采集荧光靶片发射的荧光进行温度测量，能有效解决被测场所不允许布置线缆的困难。
2、本发明提供的荧光法温度测量系统及其测量方法，采用荧光靶片直接接触待测物体的方式，大大提高了感温的速度。
附图说明
图1为按照本发明的荧光法温度测量系统的原理图；
图2为按照本发明的荧光法温度测量系统的一优选实施例的光路原理图；
图3为按照本发明的荧光法温度测量系统的另一优选实施例的光路原理图。
图中：1-电源电路，2-控制处理单元，3-驱动电路，4-解调电路，5-信息交换电路，6-激光器，7-耦合单元，8-传输光缆，9-准直镜头，10-荧光靶片，11-受光器。
具体实施方式
为使本领域技术人员更加清楚和明确本发明的技术方案，下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
如图1所示，本实施例提供的一种荧光法温度测量系统，包括相互连接的光路部分和电路部分，电路部分包括控制处理单元2及分别与控制处理单元2电连接的驱动电路3、解调电路4和信息交换电路5，控制处理单元2还与电源电路1连接；光路部分包括耦合单元7、分别与耦合单元7连接的激光器6、传输光缆8和受光器11、与传输光缆8连接的准直镜头9及与准直镜头9连接的荧光靶片10；激光器6与驱动电路3连接，受光器11与解调电路4连接；准直镜头9通过包括空气在内的透明介质与荧光靶片10相对。
在本实施例中，如图1所示，控制处理单元2能够根据解调电路4信号的强度调节激光器6的发光强度和补偿受光器11的暗电流，控制处理单元2控制驱动电路3的开合，激光器6发出的蓝紫光束经耦合单元7的前向功能耦合进传输光缆8，经传输光缆8的传输进入准直镜头9。
在本实施例中，如图1所示，准直镜头9将蓝紫光准直输出并照射到荧光靶片10上，荧光靶片10受到蓝紫光的激发而发出红色或绿色的单色荧光，单色荧光经准直镜头9通过耦合单元7的后向功能耦合到受光器11，受光器11将荧光信号转换为电信号，电信号经解调电路4解调出控制处理单元2能够识别的模拟或数字信号，经过控制处理单元2的计算及数据处理，将荧光靶片10感知的温度计算出来。
在本实施例中，如图1所示，激光器6为波长范围在300-450nm范围内的单色半导体激光器。
在本实施例中，如图1所示，耦合单元7为具有前向透过蓝紫光、反向透过红绿光的光学器件，至少包含分光片与透镜的组合、分光棱镜和环形器。
在本实施例中，如图1所示，传输光缆8的芯径为不大于250μm的多模光缆。
在本实施例中，如图1所示，荧光靶片10为仅余晖时间与温度相关的荧光物质制作而成，荧光物质为具有中长余晖的荧光物质。
在本实施例中，如图1所示，准直镜头9为采用消色差透镜制作的光纤准直器。
如图1所示，本实施例提供的一种荧光法温度测量系统的测量方法，包括如下步骤：
步骤1：控制处理单元2控制驱动电路3的开合，并通过驱动电路3控制激光器6；
步骤2：激光器6发出的蓝紫光束经耦合单元7的前向功能耦合进传输光缆8，经传输光缆8的传输进入准直镜头9；
步骤3：准直镜头9将传输光缆8输出的蓝紫光准直输出并照射到荧光靶片10上；
步骤4：荧光靶片10受到蓝紫光的激发而发出红色或绿色的单色荧光，单色荧光经准直镜头9的逆向功能耦合进传输光缆8；
步骤5：传输光缆8再将回传的荧光通过耦合单元7的后向功能耦合到受光器11；
步骤6：受光器11将荧光信号转换为电信号，电信号经解调电路4解调出控制处理单元2能够识别的模拟或数字信号；
步骤7：经过控制处理单元2的计算及数据处理，将荧光靶片10感知的温度计算出来；
步骤8：通过信息交换电路5把该温度测量系统解出的温度信息与外界进行交换，完成温度的测量。
实施例1：
如图2所示，在本实施例1中，受到驱动的激光器6a发出的蓝紫光光束经二向色分光片7a1反射后经耦合透镜7a2的会聚作用耦合入传输光缆8a，经传输光缆传输至准直镜头9a准直输出至荧光靶片10a，荧光靶片10a在蓝紫光激发下发出红色或绿色荧光，反向传输的荧光被准直镜头9a聚焦耦合入传输光缆8a，经光缆反向传输至耦合透镜7a2，经耦合透镜7a2会聚的荧光透过二向色分光片7a1聚焦在光电管11a的感光面，光电管11a将光信号转换为电信号，进一步由后续电路处理以计算出被测物体的温度。
实施例2：
如图3所示，在本实施例2中，受到驱动的尾纤激光器6b发出的蓝紫光经环形器7b前向①口入②口出传输至传输光缆8b，传输光缆8b将蓝紫光传输至准直镜头9b，准直输出的蓝紫光照射到荧光靶片10b上，荧光靶片10b在蓝紫光激发下发出红色或绿色荧光，反向传输的荧光被准直镜头9b聚焦耦合入传输光缆8b，经环形器7b的反向特性②口入③口出传输至尾纤探测器11b，尾纤探测器11b将光信号转换为电信号，进一步由后续电路处理以计算出被测物体的温度。
在本实施例中，本实施例提供的一种荧光法温度测量系统，其工作方法如下：控制处理单元2控制驱动电路3的开合，并通过驱动电路3控制激光器6，激光器6发出的蓝紫光束经耦合单元7的前向功能耦合进传输光缆8，经传输光缆8的传输进入准直镜头9，准直镜头9将传输光缆8输出的蓝紫光准直输出并照射到荧光靶片10上，荧光靶片10受到蓝紫光的激发而发出红色或绿色的单色荧光，单色荧光经准直镜头9的逆向功能耦合进传输光缆8，传输光缆8再将回传的荧光通过耦合单元7的后向功能耦合到受光器11，受光器11将荧光信号转换为电信号，电信号经解调电路4解调出控制处理单元2能够识别的模拟或数字信号，经过控制处理单元2的计算及数据处理，将荧光靶片10感知的温度计算出来，通过信息交换电路5把该温度测量系统解出的温度信息与外界进行交换，完成温度的测量。
在本实施例中，本实施例提供的荧光法温度测量系统，其工作原理如下：该系统无需在被测量的地方布置任何线缆，而仅需将制作的荧光靶片采用机械的方式或粘贴的方式固定于被测物体上，通过系统在远处安装的镜头对准荧光靶片即可实现温度的测量，即使对于采用玻璃腔密封的空间内的物体也能容易的进行温度测量，该系统能够解决这种不允许布置线缆场合的温度测量难题。
综上所述，在本实施例中，本实施例提供的荧光法温度测量系统，将感温荧光靶片与主系统分离开来，通过系统发出的激发光照射荧光靶片并采集荧光靶片发射的荧光进行温度测量，能有效解决被测场所不允许布置线缆的困难；采用荧光靶片直接接触待测物体的方式，大大提高了感温的速度。
以上所述，仅为本发明进一步的实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明所公开的范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种荧光法温度测量系统，包括相互连接的光路部分和电路部分，其特征在于，所述电路部分包括控制处理单元(2)及分别与所述控制处理单元(2)电连接的驱动电路(3)、解调电路(4)和信息交换电路(5)，所述控制处理单元(2)还与电源电路(1)连接；所述光路部分包括耦合单元(7)、分别与所述耦合单元(7)连接的激光器(6)、传输光缆(8)和受光器(11)、与所述传输光缆(8)连接的准直镜头(9)及与所述准直镜头(9)连接的荧光靶片(10)；所述激光器(6)与所述驱动电路(3)连接，所述受光器(11)与所述解调电路(4)连接；所述准直镜头(9)通过包括空气在内的透明介质与所述荧光靶片(10)相对。
2.根据权利要求1所述的一种荧光法温度测量系统，其特征在于，所述控制处理单元(2)能够根据所述解调电路(4)信号的强度调节所述激光器(6)的发光强度和补偿所述受光器(11)的暗电流，所述控制处理单元(2)控制所述驱动电路(3)的开合，所述激光器(6)发出的蓝紫光束经所述耦合单元(7)的前向功能耦合进所述传输光缆(8)，经所述传输光缆(8)的传输进入所述准直镜头(9)。
3.根据权利要求2所述的一种荧光法温度测量系统，其特征在于，所述准直镜头(9)将蓝紫光准直输出并照射到所述荧光靶片(10)上，所述荧光靶片(10)受到蓝紫光的激发而发出红色或绿色的单色荧光，单色荧光经所述准直镜头(9)通过所述耦合单元(7)的后向功能耦合到所述受光器(11)。
4.根据权利要求3所述的一种荧光法温度测量系统，其特征在于，所述受光器(11)将荧光信号转换为电信号，电信号经所述解调电路(4)解调出所述控制处理单元(2)能够识别的模拟或数字信号，经过所述控制处理单元(2)的计算及数据处理，将所述荧光靶片(10)感知的温度计算出来。
5.根据权利要求1所述的一种荧光法温度测量系统，其特征在于，所述激光器(6)为波长范围在300-450nm范围内的单色半导体激光器。
6.根据权利要求1所述的一种荧光法温度测量系统，其特征在于，所述耦合单元(7)为具有前向透过蓝紫光、反向透过红绿光的光学器件，至少包含分光片与透镜的组合、分光棱镜和环形器。
7.根据权利要求1所述的一种荧光法温度测量系统，其特征在于，所述传输光缆(8)的芯径为不大于250μm的多模光缆。
8.根据权利要求1所述的一种荧光法温度测量系统，其特征在于，所述荧光靶片(10)为仅余晖时间与温度相关的荧光物质制作而成，所述荧光物质为具有中长余晖的荧光物质。
9.根据权利要求1所述的一种荧光法温度测量系统，其特征在于，所述准直镜头(9)为采用消色差透镜制作的光纤准直器。
10.一种如权利要求1-9任意一项所述的荧光法温度测量系统的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：控制处理单元(2)控制驱动电路(3)的开合，并通过驱动电路(3)控制激光器(6)；
步骤2：激光器(6)发出的蓝紫光束经耦合单元(7)的前向功能耦合进传输光缆(8)，经传输光缆(8)的传输进入准直镜头(9)；
步骤3：准直镜头(9)将传输光缆(8)输出的蓝紫光准直输出并照射到荧光靶片(10)上；
步骤4：荧光靶片(10)受到蓝紫光的激发而发出红色或绿色的单色荧光，单色荧光经准直镜头(9)的逆向功能耦合进传输光缆(8)；
步骤5：传输光缆(8)再将回传的荧光通过耦合单元(7)的后向功能耦合到受光器(11)；
步骤6：受光器(11)将荧光信号转换为电信号，电信号经解调电路(4)解调出控制处理单元(2)能够识别的模拟或数字信号；
步骤7：经过控制处理单元(2)的计算及数据处理，将荧光靶片(10)感知的温度计算出来；
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