CN113932940B - 测温方法、装置、测温传感器和计算机可读存储介质 - Google Patents
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Abstract
测温方法、装置、测温传感器和计算机可读存储介质。本申请公开了一种测温方法、装置和测温传感器。本申请的测温传感器包括：泵浦光源，测温材料，光谱采集器，处理器，以及被安排成存储计算机可执行指令的存储器。本申请的测温方法包括：利用测温材料的PL光谱获得满足玻尔兹曼分布规律的多个发射峰，多个发射峰来源于斯塔克劈裂子能级跃迁辐射；定标两两发射峰之间的荧光强度比对不同温度的响应，获得多个温度响应函数；确定各个温度响应函数的使用温度范围和测温参数；根据在测温材料的整个温区内测温参数最优的整合原则，对各个温度响应函数的使用温度范围进行整合，得到整合后的与测温参数关联的测温判据；在进行温度检测时，确定关键测温参数，利用关键测温参数关联的测温判据进行温度检测。
Description
技术领域
本申请涉及荧光强度比测温技术领域，具体涉及一种测温方法、装置、测温传感器和计算机可读存储介质。
背景技术
温度的准确测量在工业生产、电子行业、科学研究、航空航天和国防建设等多个领域中占据着至关重要的地位。随着纳米科技的迅猛发展，微电子技术、纳米光子学、生物医学等领域对温度的测量提出了更高标准的要求。传统的接触式温度计由于其尺寸的限制难以实现微型化，因此开发具有高探测灵敏度和空间分辨率、非侵入性、快速响应等优点的新型非接触式温度传感器具有极其重要的意义。
作为一种极具潜力的远程测温方案，强度比测温技术利用两个发射峰的强度比实现温度探测。本申请的发明人在研究和实践荧光强度比测温过程时发现，现有的相关技术一般基于单判据进行温度传感，单判据只能提供单一的测温参数导致其关键参数缺乏优化可能。少数的多判据工作并没有将多个判据进行有效整合，事实上没有实现多判据可带来的拓展测温温区以及优化关键测温参数等优点。
发明内容
本申请的目的旨在至少能解决上述的技术缺陷之一，特提出以下技术方案，实现在较宽温区下自优化关键测温参的测温方法。
本申请实施例采用下述技术方案：
本申请实施例的第一个方面，提供一种测温方法，包括：
利用测温材料的PL光谱获得满足玻尔兹曼分布规律的多个发射峰，所述多个发射峰来源于斯塔克劈裂子能级跃迁辐射；
定标两两所述发射峰之间的荧光强度比对不同温度的响应，获得多个温度响应函数；
确定各个温度响应函数的使用温度范围和测温参数；
根据在测温材料的整个温区内测温参数最优的整合原则，对各个温度响应函数的使用温度范围进行整合，得到整合后的与测温参数关联的测温判据；
在进行温度检测时，确定关键测温参数，利用关键测温参数关联的测温判据进行温度检测。
可选地，所述测温材料为稀土晶体材料，所述测温材料的至少一个4f能级的斯塔克劈裂子能级向基态辐射跃迁产生3个以上的所述发射峰，且所产生的发射峰没有谱带交叠。
可选地，所述测温材料的两两发射峰之间的荧光强度比对不同温度的响应是单调的。
可选地，定标所述测温材料的两两发射峰之间的荧光强度比对不同温度的响应，获得多个温度响应函数，包括：
利用满足第一条件的发射峰和满足第二条件的发射峰之间的荧光强度比对不同温度的响应进行定标；
其中，满足第一条件的发射峰用于构建荧光强度比中的分母，满足第二条件的发射峰用于构建荧光强度比中的分子；
满足第一条件的发射峰来源于激发态子能级最低态向基态子能级最低态的辐射跃迁，满足第二条件的发射峰是指与满足第一条件的发射峰对应的子能级符合玻尔兹曼分布律。
可选地，通过下述步骤获取满足第一条件的发射峰：
在4K下的PL光谱中，将4f能级的所有子能级跃迁中荧光强度最大的发射峰确当为满足第一条件的发射峰。
可选地，通过下述步骤获取满足第二条件的发射峰：
分别使用不同的发射峰和满足第一条件的发射峰构建荧光强度比；
通过拟合温度数据得到所构建的荧光强度比对温度的响应函数，所述响应函数的斜率反映构建荧光强度比的两个发射峰之间的能级能量差；
若所述响应函数的斜率与相应能级能量差一致，则构建该荧光强度比中的分子所对应的发射峰即为满足第二条件的发射峰。
可选地，确定各个温度响应函数的使用温度范围，包括：
根据测量信号信噪比确定各个温度响应函数的温度下限。
可选地，利用关键测温参数关联的测温判据进行温度检测，包括：
将所述多个温度响应函数中能级间隔最小的温度响应函数作为初始判据；
通过所述初始判据获得测温目标的温度值；
根据关键测温参数启用所述温度值下的测温判据对测温目标进行温度检测。
本申请实施例的第二个方面，提供一种测温装置，用于实现测温优化方法。
本申请实施例的第三个方面，提供一种测温传感器，包括：泵浦光源，测温材料，光谱采集器，处理器，以及被安排成存储计算机可执行指令的存储器，所述可执行指令在被执行时使所述处理器执行测温方法；
其中测温材料为稀土晶体材料，所述测温材料的至少一个4f能级的斯塔克劈裂子能级向基态辐射跃迁产生3个以上的所述发射峰，且所产生的发射峰没有谱带交叠。
可选地，测温传感器还包括显示屏。
本申请实施例的第四个方面，提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储一个或多个程序，所述一个或多个程序当被包括多个应用程序的测温传感器执行时，使得所述测温传感器执行测温方法。
本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：
本申请实施例以获得满足玻尔兹曼分布规律的多个发射峰为基础，构建多个温度响应函数，并确定各个温度响应函数的使用温度范围和测温参数，以在测温材料的整个温区内使测温参数最优的整合原则，对所构建的多个温度响应函数的使用温度范围进行整合，得到适用较宽测温温区的多个温度判据，由于这多个温度判据分别关联不同的测温参数，因此为测温过程中关键测温参数的优化提供了可能，也就是说在进行温度检测时，本申请实施例可以利用各种关键测温参数所关联的测温判据进行温度检测，显著地地拓宽了测温方法的适用场景。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本申请实施例中一种测温方法流程图；
图2为本申请实施例中980nm激光二极管泵浦的ECS NW的变温光致发光谱；
图3为本申请实施例中变温光致发光谱下4K和室温RT下的谱线对比示意图；
图4为本申请实施例中ECS NW在10K温度下的4I13/2能级的单个发射峰的曲线示意图；
图5为本申请实施例中ECS NW在70K和160K温度下各发射峰的位置示意图；
图6为本申请实施例中ECS NW对应的6个温度响应函数示意图；
图7为本申请实施例中ECS NW对应的6个温度响应函数关于灵敏度的示意图；
图8为本申请实施例中一种测温装置的结构示意图；
图9为本申请实施例中一种测温传感器的结构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本申请的示例性实施例。提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本申请，并且能够将本申请的范围完整的传达给本领域的技术人员。虽然附图中显示了本申请的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本申请而不应被这里阐述的实施例所限制。
本申请实施例提供了一种测温优化方法。如图1所示，提供了本申请实施例中一种测温优化方法流程图，该测温优化方法至少包括如下步骤S110至步骤S150：
步骤S110，利用测温材料的光致发光(Photoluminescence，简记为PL)光谱获得满足玻尔兹曼分布规律的多个发射峰，该多个发射峰来源于斯塔克劈裂子能级跃迁辐射。
由于现有技术中的测温传感器所使用的测温材料质量差，导致其缺乏高分辨率、高分离度的发射峰。与现有技术不同的是，本申请实施例中的测温材料为稀土晶体材料，该测温材料的至少一个4f能级的斯塔克劈裂子能级向基态辐射跃迁产生3个以上的发射峰，且所产生的发射峰没有谱带交叠。
以Er3(SiO4)2Cl纳米线(本申请实施例简记为ECS NW，其中NW为纳米线nano wire的英文缩写)为例，ECS NW是稀土家族中一种相对较新的材料，具有极高的材料质量和高Er浓度，如图2-4所示，在4K温度下的PL光谱中，发射峰的线宽可以窄至0.25nm，也就是说高质量晶体的晶体场辐射跃迁所产生的PL谱线的线宽较窄，可以轻松的分离出多个发射峰，本申请实施例以这多个发射峰为基础，构建多个温度响应函数。
步骤S120，定标两两发射峰之间的荧光强度比对不同温度的响应，获得多个温度响应函数。
其中，测温材料的两两发射峰之间的荧光强度比对不同温度的响应是单调的，即各个温度响应函数是单调函数，以保证温度检测结果的可靠性。
在得到多个发射峰之后，需要对测温材料进行定标处理。考虑到在光致发光测温领域，基于荧光强度比的测温传感器是实用性较强的一类传感器，因此本申请实施例中对多个发射峰中的任两个发射峰之间的荧光强度比对不同温度的响应进行定标，得到多个温度响应函数。即本实施例中的温度响应函数表示荧光强度比对不同温度的响应。
可以理解的是，在实际应用中，还可以参考光致发光测温领域中其他测温原理，例如参考荧光衰减时间测温原理构建温度响应函数，本领域技术人员可以根据实际需要灵活选择测温原理构建温度响应函数。
步骤S130，确定各个温度响应函数的使用温度范围和测温参数。
在得到多个温度响应函数之后，本申请实施例还设置各个温度响应函数自身的使用温度范围，以及确定各个测温参数。其中，各个温度响应函数的使用温度范围包括各个温度响应函数的温度下限和温度上限，测温参数包括但不限于灵敏度、准确度、温度分辨率、时间分辨率、敏感温度范围等测温指标。
步骤S140，根据在测温材料的整个温区内测温参数最优的整合原则，对各个温度响应函数的使用温度范围进行整合，得到整合后的与测温参数关联的测温判据。
本实施例通过上述步骤获得多个温度响应函数和多个测温参数，各个温度响应函数的使用温度范围存在着重叠温区，本实施例以测温参数最优的原则对具有重叠温区的多个温度响应函数整合。
步骤S150，在进行温度检测时，确定关键测温参数，利用关键测温参数关联的测温判据进行温度检测。
本实施例中的关键测温参数是指用户所重视的测温参数，可以通过键入操作确定关键测温参数，键入操作例如包括对测温传感器的物理按键的操作，或者对测温传感器的显示屏上显示的虚拟按键的选择等等。
本实施例以获得满足玻尔兹曼分布规律的多个发射峰为基础，构建多个温度响应函数，并确定各个温度响应函数的使用温度范围和测温参数，以在测温材料的整个温区内使测温参数最优的整合原则，对所构建的多个温度响应函数的使用温度范围进行整合，得到适用较宽测温温区的多个温度判据，由于这多个温度判据分别关联不同的测温参数，因此为测温过程中关键测温参数的优化提供了可能，也就是说在进行温度检测时，本实施例可以利用各种关键测温参数所关联的测温判据进行温度检测，显著地地拓宽了测温方法的适用场景。
在本申请的实施例中，为了获得多个发射峰，需要对测温材料进行选择，本实施例中所使用的可构建测温传感器的测温材料的至少一个4f能级的斯塔克劈裂子能级向基态辐射跃迁产生3个以上的发射峰，且所产生的发射峰没有谱带交叠。也就是说，在测温材料的某个或某些温度下的PL光谱中，PL谱线应具有较高的分辨率和较好的分离度，以便于本领域技术人员基于PL光谱获得多个发射峰。
以ECS制备的温度敏感材料为例，利用980nm激光二极管作为泵浦光源，该测温传感器在4K温度下受该泵浦光源激发后发出PL光谱，参考图2和图3，在4K温度下的PL光谱中，各个发射峰具有较高的分辨率和较好的分离度，本领域技术人员可以采用常规的谱分析或谱测量方法从该PL光谱中得到各个发射峰的波长或能量。
在得到测温材料的各个发射峰的波长或能量之后，对该测温材料进行定标处理。在定标过程中，若温度响应函数是温度的线性函数，则可以在测温材料的整个温区内选取少量定标温度点进行测温材料的定标；若温度响应函数是温度的非线性单调函数，则需要需在测温材料的整个温区内选取大量的定标温度点进行测温材料的定标。
本申请实施例以温度响应函数是温度的线性函数为例，来详细说明定标过程：
利用满足第一条件的发射峰和满足第二条件的发射峰之间的荧光强度比对不同温度的响应进行定标；其中，满足第一条件的发射峰用于构建荧光强度比中的分母，满足第二条件的发射峰用于构建荧光强度比中的分子。
这里满足第一条件的发射峰来源于激发态子能级最低态向基态子能级最低态的辐射跃迁，满足第二条件的发射峰是指与满足第一条件的发射峰对应的子能级符合玻尔兹曼分布律。
在本申请的实施例中，通过下述方法获取满足第一条件的发射峰：在4K下的PL光谱中，将4f能级的所有子能级跃迁中荧光强度最大的发射峰确当为满足第一条件的发射峰。
在得到满足第一条件的发射峰之后，通过下述方法获取满足第二条件的发射峰：
分别使用不同的发射峰和满足第一条件的发射峰构建荧光强度比，即分别使用每个子峰分别与主峰构建荧光强度比。这里为便于描述，将满足第一条件的发射峰简记为主峰，将所得到的多个发射峰中除主峰以外的其他发射峰简记为子峰，若有M个子峰，此时应构建M个荧光强度比。
通过拟合温度数据得到所构建的荧光强度比对温度的响应函数，该响应函数的斜率反映构建荧光强度比的两个发射峰之间的能级能量差。本步骤可以获取测温材料在不同定标温度下的PL光谱来得到在各定标温度下的温度数据，将这些温度数据进行数据拟合，得到响应函数。该响应函数在ln(R)-1/kT的对数坐标下为直线，该直线的斜率反映了子峰与主峰之间的能级能量差。其中R为子峰与主峰之间的荧光强度比。
若该响应函数的斜率与相应能级能量差一致，则说明这两个发射峰符合玻尔兹曼分布律，此时构建该荧光强度比R中的分子所对应的发射峰即为满足第二条件的发射峰。
由此，通过上述实施例可以构建线性的温度响应函数。本申请实施例为进一步说明线性温度响应函数的构建过程，以使用Er(铒)的4I13/2能级向基态4I15/2能级的跃迁来构建多个发射峰的荧光强度比。应当理解的是稀土晶体材料应不限于Er，所选用的能级也不限于上述能级，例如实际应用还可以使用铒的4F9/2能级，或铥的xxx能级。
第一，确定主峰。
本实施例中的主峰是指满足上述第一条件的发射峰，主峰对应于最低激发态的发射跃迁，例如从4I13/2态到4I15/2态，在4K温度下，主峰即为该温度下的最强峰，参考图2或3中的最高峰，本实施例为便于描述，以主峰对应的能量值E0来表示主峰。
第二，确定各个子峰。
从4KPL光谱中，可以选择出一系列强发射峰，同样的，以子峰(对应的能量值表示各个子峰E1，E2，E3…,其中E0<E1<E3<...，这些子峰的积分强度表示为Im(m＝0,1,2...)。
在根据4K下PL光谱中确定主峰及子峰的波长或能量之后，即可基于从其他定标温度下的PL光谱获得各个发射峰的荧光强度，例如基于图5所示的变温PL光谱中，可以得到在70K和160K下E1，E2，E3…E6的荧光强度。
第三，构建拟合函数。
本实施例以荧光强度比测温原理为例，采用其他测温原理的温度响应函数的构建思路与采用荧光强度比测温原理类似，为使说明书简介，本申请实施例在此不再一一列举采用其他测温原理的温度响应函数的构建过程。
荧光强度比测温原理是利用源自发光中心的一对热耦合能级向低能级跃迁产生的荧光强度进行温度测量，其表达式为
其中I2和I1分别两个热耦合能级辐射的荧光强度，C为由材料决定的常数，ΔE为能级间距，K为玻尔兹曼常数，T为绝对温度。
经过发明人的研究，发现使用各个子峰与主峰之间的荧光强度比所构建的温度拟合函数是线性的。基于此本实施例是利用各个子峰与主峰之间的荧光强度比响应函数，其中各个子峰与主峰之间的荧光强度比为Rm＝Im/I0(m＝1,2...)。
在构建响应函数的过程中，本申请实施例在各个定标温度下，至少保持30分钟以确保达到热平衡，并且每个定标温度的PL光谱样本不少于预定数量，例如不少于20个，以确保拟合直线的准确度和可靠性。
需要说明的是，基于荧光强度比测温原理
将该公式取对数，可以得到
可见，在对数标度下，Rm与
具有线性关系。由此，在线性拟合时，本申请实施例在对数标度下的坐标系中构建响应函数。示例性的，在该对数标定下的坐标系中，纵坐标可以表示荧光强度比R，横坐标可以表示热能倒数
顶轴表示温度T，单位为K。假设，本申请实施例获得7个发射峰，包括主峰E0，子峰E1，E2，E3…E6，那么对各个响应函数Rm＝Im/I0(m＝1,2...6)，均需要构建上述对数标定下的坐标系，由此可以得到每个响应函数的线性表达式。
针对本申请实施例中的各个响应函数，将响应函数的斜率简记为Sm，玻尔兹曼分布率的斜率为Em-E0。由于只有设定线宽范围内的Rm才能用于温度检测，即只有Em-E0＝Sm的Rm才能作为温度检测的温度响应函数。因此，本申请实施例在获得构建响应函数的过程中，还基于筛选条件Em-E0＝Sm对子峰进行筛选，利用符合筛选条件的子峰与主峰之间的荧光强度比所拟合出的函数作为温度响应函数。
由此通过上述过程可以构建出多个温度响应函数。在得到多个温度响应函数之后，还应确定各个温度响应函数的使用温度范围。由于在PL测温传感器中，更加关注低温和测量信号的信噪比。因此本申请实施例可以根据测量信号信噪比确定各个温度响应函数的温度下限，温度上限可以通过PL强度猝灭得到。
这里，测量信号信噪比(简记为SNR)可以是测温传感器的出场数值，也可以是一个可行数值。以SNR＝20dB为例，根据SNR与R的对应关系可以计算出20dB对应的Rth，再基于Rth计算出各个温度响应函数的下温度限。其中SNR与R的对应关系为：
上式中，
N为重复测量的次数，Ri为第i次测量的荧光强度比，i＝1，2…N。
当然在实际应用中，也可以根据统计实验统计出各个温度响应函数的温度下限，本领域技术人员可以灵活选择各个温度响应函数的温度下限的计算方法。
仍然以ECS NW制备的测温传感器为例，假设共获取到7个发射峰，构建出6个温度响应函数，这6个温度响应函数如图6所示，基于SNR＝20dB计算出Rth，基于Rth和6个温度响应函数的交点计算出这6个温度响应函数的温度下限T1-T6。即温度响应函数R1的温度下限为T1，温度响应函数R2的温度下限为T2，温度响应函数R3的温度下限为T3，温度响应函数R4的温度下限为T4，温度响应函数R5的温度下限为T5，温度响应函数R6的温度下限为T6。
在得到各个温度响应函数的使用温度范围之后，还获得各个测温参数。这里各个测温参数均与温度具有特定的关系，例如灵敏度随着温度升高而急剧下降，灵敏度参数
准确度
Tm表示第m次测量的温度，
表示平均温度；温度分辨率
在基于测温参数对所构建的多个温度响应函数进行整合的过程中，本实施例可以预先基于各个测温参数对这多个温度响应函数进行整合，得到每个测温参数关联的整合后的测温判据，这样在确定关键测温参数之后，不需要计算就可以匹配出关键测温参数关联的测温判断。
当然，在实际应用中，也可以不预先对温度响应函数进行整合，而是在确定关键测温参数之后，再基于关键测温参数对这多个温度响应函数进行整合，得到该关键测温参数对应的整合后的测温判据。
参考图6，温度响应函数R1自身的使用温度范围是T1-500K，温度响应函数R2自身的使用温度范围是T2-500K，温度响应函数R3自身的使用温度范围是T3-500K，温度响应函数R4自身的使用温度范围是T4-500K，温度响应函数R5自身的使用温度范围是T5-500K，温度响应函数R6自身的使用温度范围是T6-500K。从图6中可以看出，在T6以上，这6个温度响应函数均可以用于温度检测，但这6个温度响应函数在该区间内的测温参数值有所不同。
如图7所示，以灵敏度参数Sr为例，在温度范围[T6,500K)，温度响应函数R6的灵敏度参数值是大于其他5个温度响应函数的，因此温度范围[T6,500K)对应的测温判据为R6。
在温度范围[T5,T6)，温度响应函数R5的灵敏度参数值是大于其他4个温度响应函数，而温度响应函数R6在[T5,T6)内无效，因此温度范围[T5,T6)对应的测温判据为R5。
在温度范围[T4,T5)，温度响应函数R4的灵敏度参数值是大于其他3个温度响应函数，而温度响应函数R5和R6在[T4,T5)内无效，因此温度范围[T4,T5)对应的测温判据为R4。
类似的，可以确定出温度范围[T3,T4)对应的测温判据为R3，温度范围[T2,T3)对应的测温判据为R2，温度范围[T1,T2)对应的测温判据为R1。
由上可以得到灵敏度Sr关联的测温判据为
Tmax指温度上限。
可见，本申请实施例通过整合原则得到的判据是多判据形式的，因此在对测温目标进行温度检测时，本实施例是将所构建的多个温度响应函数中能级间隔最小的温度响应函数作为初始判据，即将R1作为初始判据，通过该初始判据获得测温目标的温度值，根据关键测温参数启用温度值下的测温判据对测温目标进行温度检测。若通过初始判据获得测温目标的温度值为T4，则灵敏度参数关联的测温判据R4对测温目标进行温度检测。
本申请实施例还提供了一种测温装置，如图8所示，提供了本申请实施例中一种测温装置的结构框图，该测温装置800包括：
确定单元810用于利用测温材料的PL光谱获得满足玻尔兹曼分布规律的多个发射峰，所述多个发射峰来源于斯塔克劈裂子能级跃迁辐射；
构建单元820用于定标两两所述发射峰之间的荧光强度比对不同温度的响应，获得多个温度响应函数；以及确定各个温度响应函数的使用温度范围和测温参数；
整合单元830用于根据在测温材料的整个温区内，测温参数最优的整合原则，对各个温度响应函数的使用温度范围进行整合，得到整合后的与测温参数关联的测温判据；
检测单元840用于在进行温度检测时，确定关键测温参数，利用关键测温参数关联的测温判据进行温度检测。
在本申请的实施例中，测温材料为稀土晶体材料，所述测温材料的至少一个4f能级的斯塔克劈裂子能级向基态辐射跃迁产生3个以上的所述发射峰，且所产生的发射峰没有谱带交叠。
在本申请的实施例中，测温材料的两两发射峰之间的荧光强度比对不同温度的响应是单调的。
在本申请的实施例中，构建单元820包括定标模块；
定标模型用于利用满足第一条件的发射峰和满足第二条件的发射峰之间的荧光强度比对不同温度的响应进行定标；其中，满足第一条件的发射峰用于构建荧光强度比中的分母，满足第二条件的发射峰用于构建荧光强度比中的分子；满足第一条件的发射峰来源于激发态子能级最低态向基态子能级最低态的辐射跃迁，满足第二条件的发射峰是指与满足第一条件的发射峰对应的子能级符合玻尔兹曼分布律。
在本申请的实施例中，定标模型在4K下的PL光谱中，将4f能级的所有子能级跃迁中荧光强度最大的发射峰确当为满足第一条件的发射峰；以及定标模型分别使用不同的发射峰和满足第一条件的发射峰构建荧光强度比；通过拟合温度数据得到所构建的荧光强度比对温度的响应函数，所述响应函数的斜率反映构建荧光强度比的两个发射峰之间的能级能量差；若所述响应函数的斜率与相应能级能量差一致，则构建该荧光强度比中的分子所对应的发射峰即为满足第二条件的发射峰。
在本申请的实施例中，构建单元820还用于根据测量信号信噪比确定各个温度响应函数的温度下限。
在本申请的实施例中，检测单元840还用于将所述多个温度响应函数中能级间隔最小的温度响应函数作为初始判据；通过所述初始判据获得测温目标的温度值；根据关键测温参数启用所述温度值下的测温判据对测温目标进行温度检测。
能够理解，上述测温装置，能够实现前述实施例中提供的测温方法的各个步骤，关于测温方法的相关阐释均适用于测温装置，此处不再赘述。
本申请实施例还提供了一种测温传感器，如图9所示，提供了本申请实施例中一种测温传感器的结构框图，在硬件层面，该测温传感器包括处理器、存储器、泵浦光源，测温材料和光谱采集器，可选地还包括内部总线、网络接口。存储器可能包含内存，例如高速随机存取存储器(Random-Access Memory，RAM)，也可能还包括非易失性存储器(non-volatilememory)，例如至少1个磁盘存储器等。当然，该测温传感器还包括其他业务所需要的硬件，例如显示屏，通过显示屏接收关键测温参数。
其中，测温材料为稀土晶体材料，该测温材料的至少一个4f能级的斯塔克劈裂子能级向基态辐射跃迁产生3个以上的所述发射峰，且所产生的发射峰没有谱带交叠。光谱采集器采集测温材料在泵浦光源激发下产生的PL光谱信号，并将采集到的光谱信号发送给处理器，处理器基于接收到的光谱信号检测测温目标的温度值。
在一个实施例中，测温传感器为ECS纳米线传感器，该ECS纳米线传感器采用上文描述的测温方法进温度检测，发射光处于NIR(Near Infrared,近红外)IIB波段(指波长为1500-1800nm的波段)的生物窗口，为ECS NW测温传感器在生物医学上的应用提供基础；且ECS NW测温传感器支持较宽范围内的测温，即支持4K-500K宽温度范围的自优化测温，为诸如MX(大分子晶体学)等技术的温度传感提供了可能性；利用ECS的温度敏感特性实现了单帧内采集NIR-IIB所有发射峰，且最快光谱采集时间可达到20μs。
如图9所示，处理器、网络接口和存储器可以利用内部总线相互连接，该内部总线可以是ISA(Industry Standard Architecture，工业标准体系结构)总线、PCI(PeripheralComponent Interconnect，外设部件互连标准)总线或EISA(Extended Industry StandardArchitecture，扩展工业标准结构)总线等。所述总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图9中仅用一个双向箭头表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
存储器，用于存放程序。具体地，程序可以包括程序代码，所述程序代码包括计算机操作指令。存储器可以包括内存和非易失性存储器，并向处理器提供指令和数据。
处理器从非易失性存储器中读取对应的计算机程序到内存中然后运行，在逻辑层面上形成测温装置。处理器，执行存储器所存放的程序，并具体用于执行以下操作：
利用测温材料的PL光谱获得满足玻尔兹曼分布规律的多个发射峰，所述多个发射峰来源于斯塔克劈裂子能级跃迁辐射；
定标两两所述发射峰之间的荧光强度比对不同温度的响应，获得多个温度响应函数；
确定各个温度响应函数的使用温度范围和测温参数；
根据在测温材料的整个温区内测温参数最优的整合原则，对各个温度响应函数的使用温度范围进行整合，得到整合后的与测温参数关联的测温判据；
在进行温度检测时，确定关键测温参数，利用关键测温参数关联的测温判据进行温度检测。
上述如本申请图1所示实施例揭示的测温装置所执行的方法可以应用于处理器中，或者由处理器实现。处理器可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以利用处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(Network Processor，NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital SignalProcessor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本申请实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本申请实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。
该测温传感器还可执行图1中测温装置执行的方法，并实现测温装置在图1所示实施例的功能，本申请实施例在此不再赘述。
本申请实施例还提出了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储一个或多个程序，该一个或多个程序包括指令，该指令当被包括多个应用程序的测温传感器执行时，能够使该测温传感器执行图1所示实施例中测温装置执行的方法，并具体用于执行：
利用测温材料的PL光谱获得满足玻尔兹曼分布规律的多个发射峰，所述多个发射峰来源于斯塔克劈裂子能级跃迁辐射；
定标两两所述发射峰之间的荧光强度比对不同温度的响应，获得多个温度响应函数；
确定各个温度响应函数的使用温度范围和测温参数；
根据在测温材料的整个温区内测温参数最优的整合原则，对各个温度响应函数的使用温度范围进行整合，得到整合后的与测温参数关联的测温判据；
在进行温度检测时，确定关键测温参数，利用关键测温参数关联的测温判据进行温度检测。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得利用计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。
内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。内存是计算机可读介质的示例。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
本领域技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。
Claims (13)
1.一种测温方法，其特征在于，包括：
利用测温材料的PL光谱获得满足玻尔兹曼分布规律的多个发射峰，所述多个发射峰来源于斯塔克劈裂子能级跃迁辐射；
定标两两所述发射峰之间的荧光强度比对不同温度的响应，获得多个温度响应函数；
确定各个温度响应函数的使用温度范围和测温参数；
根据在测温材料的整个温区内测温参数最优的整合原则，对各个温度响应函数的使用温度范围进行整合，得到整合后的与测温参数关联的测温判据；
在进行温度检测时，确定关键测温参数，利用关键测温参数关联的测温判据进行温度检测。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述测温材料为稀土晶体材料，所述测温材料的至少一个4f能级的斯塔克劈裂子能级向基态辐射跃迁产生3个以上的所述发射峰，且所产生的发射峰没有谱带交叠。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述测温材料的两两发射峰之间的荧光强度比对不同温度的响应是单调的。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，定标所述测温材料的两两发射峰之间的荧光强度比对不同温度的响应，获得多个温度响应函数，包括：
利用满足第一条件的发射峰和满足第二条件的发射峰之间的荧光强度比对不同温度的响应进行定标；
其中，满足第一条件的发射峰用于构建荧光强度比中的分母，满足第二条件的发射峰用于构建荧光强度比中的分子；
满足第一条件的发射峰来源于激发态子能级最低态向基态子能级最低态的辐射跃迁，满足第二条件的发射峰是指与满足第一条件的发射峰对应的子能级符合玻尔兹曼分布律。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，通过下述步骤获取满足第一条件的发射峰：
在4K下的PL光谱中，将4f能级的所有子能级跃迁中荧光强度最大的发射峰确当为满足第一条件的发射峰。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，通过下述步骤获取满足第二条件的发射峰：
分别使用不同的发射峰和满足第一条件的发射峰构建荧光强度比；
通过拟合温度数据得到所构建的荧光强度比对温度的响应函数，所述响应函数的斜率反映构建荧光强度比的两个发射峰之间的能级能量差；
若所述响应函数的斜率与相应能级能量差一致，则构建该荧光强度比中的分子所对应的发射峰即为满足第二条件的发射峰。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定各个温度响应函数的使用温度范围，包括：
根据测量信号信噪比确定各个温度响应函数的温度下限。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用关键测温参数关联的测温判据进行温度检测，包括：
将所述多个温度响应函数中能级间隔最小的温度响应函数作为初始判据；
通过所述初始判据获得测温目标的温度值；
根据关键测温参数启用所述温度值下的测温判据对测温目标进行温度检测。
9.一种测温装置，其特征在于，所述装置用于实现权利要求1～8之任一所述测温方法。
10.一种测温传感器，其特征在于，包括：泵浦光源，测温材料，光谱采集器，处理器，以及被安排成存储计算机可执行指令的存储器，所述可执行指令在被执行时使所述处理器执行所述权利要求1至8任一所述测温方法；
其中测温材料为稀土晶体材料，所述测温材料的至少一个4f能级的斯塔克劈裂子能级向基态辐射跃迁产生3个以上的所述发射峰，且所产生的发射峰没有谱带交叠。
11.根据权利要求10所述的测温传感器，其特征在于，还包括显示屏。
12.根据权利要求10所述的测温传感器，其特征在于，所述测温传感器为ECS纳米线传感器。
13.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储一个或多个程序，所述一个或多个程序当被包括多个应用程序的测温传感器执行时，使得所述测温传感器执行所述权利要求1至8任一所述测温方法。
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