CN209605989U - 力致发光传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种力致发光传感器，该力致发光传感器包括：承载板；外壳，所述外壳罩设于所述承载板，并与所述承载板围合形成容腔；力致发光材料层，所述力致发光材料层设于所述承载板的面向所述容腔的表面；激发光源，所述激发光源设于所述容腔内，且邻近所述力致发光材料层设置，所述激发光源用于激发所述力致发光材料层。本实用新型技术方案旨在提高力致发光传感器的稳定性。

Description

力致发光传感器

技术领域

本实用新型涉及监测技术领域，特别涉及一种力致发光传感器。

背景技术

力致发光一般是指固体材料受到机械力而引起的发光现象，因此力致发光材料在压力传感器、断裂传感器、冲击力传感器、结构监测传感器等方面具有广泛的应用前景。但是，由于力致发光材料的发光强度随测量时间的延长呈指数衰减，经过长时间衰减后，力致发光材料所产生的发光强度很弱，很难被仪器监测到，因此在实际使用中，很难对被测物体进行长时间的监测。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提供一种力致发光传感器，旨在提高力致发光传感器的稳定性。

为实现上述目的，本实用新型提出的力致发光传感器包括：

承载板；

外壳，所述外壳罩设于所述承载板，并与所述承载板围合形成容腔；

力致发光材料层，所述力致发光材料层设于所述承载板的面向所述容腔的表面；

激发光源，所述激发光源设于所述容腔内，且邻近所述力致发光材料层设置，所述激发光源用于激发所述力致发光材料层。

进一步地，所述激发光源设于所述外壳的侧壁内表面，所述激发光源与所述承载板的间距大于所述力致发光材料层的厚度。

进一步地，所述激发光源设有多个，多个所述激发光源沿所述容腔的周向间隔设置。

进一步地，所述激发光源的发光波长为300nm-400nm范围内的紫外光。

进一步地，所述承载板的厚度小于等于2mm；

且\或，所述承载板为树脂板或金属板。

进一步地，所述力致发光传感器还包括设于所述容腔内的分隔板，所述分隔板位于所述力致发光材料层的背离所述承载板的一侧，并将所述容腔分隔成采第一腔室和第二腔室，所述力致发光材料层与所述激发光源设于所述第一腔室内。

进一步地，所述第一腔室的腔壁为遮光腔壁。

进一步地，所述力致发光传感器还包括信号采集装置，所述信号采集装置设于所述第一腔室内，用于采集所述力致发光材料层发出的光信号。

进一步地，所述力致发光传感器还包括信号传输装置，所述信号传输装置设于所述第二腔室内，所述信号传输装置与所述信号采集装置电性连接，用于使所述力致发光传感器与外部设备进行数据通讯。

进一步地，所述力致发光传感器还包括控制器，所述控制器设于所述第二腔室内，并分别与所述激发光源、所述信号采集装置及信号传输装置电性连接。

本实用新型技术方案通过将力致发光传感器固定在被监测物体表面，使承载板与被测物体接触，即可对监测到物体表面的部分微小损伤进行有效监测。用激发光源发出的光激发力致发光材料层，使得力致发光材料层的荧光衰减和能量的补充达到了动态平衡，提高力致发光材料的蓄能稳定性，进而提高力致发光传感器的稳定性，使力致发光传感器能够稳定的对被测物体进行长时间的监测。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型力致发光传感器一实施例的结构示意图；

图2为该力致发光传感器的控制方法一实施例的工作流程图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				100	力致发光传感器	30	力致发光材料层
10	承载板	40	激发光源
				20	外壳	50	分隔板
21	第一腔室	60	信号采集装置
				22	第二腔室	70	控制器
23	散热孔	80	信号传输装置
				24	外延边

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电性连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

另外，在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

本实用新型提出一种力致发光传感器100。

请参照图1，该力致发光传感器100包括：

承载板10；

外壳20，外壳20罩设于承载板10，并与承载板10围合形成容腔；

力致发光材料层30，力致发光材料层30设于承载板10的面向容腔的表面；

激发光源40，激发光源40设于容腔内，且邻近力致发光材料层30设置，激发光源40用于激发力致发光材料层30。

在本实施例中，外壳可以呈棱柱状设置，外壳20邻近承载板10处弯曲形成有外延边24，外延边24与承载板10抵接，并且外延边24和承载板10设有安装孔(未图示)，外壳20和承载板10通过紧固件和安装孔连接于被测物表面。当然，也可以通过其他方式，例如通过胶粘的方式固定于被测物体表面。力致发光材料层30位于外壳20和承载板10围合形成容腔，可以将力致发光材料层30与外界环境隔开，以免影响监测效果。

需要说明的是，力致发光材料是一种通过陷阱捕获跃迁电子进行蓄能，通过缓慢释放被捕获电子发生余晖的材料。当其拥有特殊晶格结构后，在受力情况下，通过晶格畸变，加速电子释放速度，从而提高材料发光亮度，产生受力发光现象。具体地，将力致发光传感器100固定在被监测物体表面，使承载板10与被测物体接触，当物体表面的发生损伤，力致发光材料层30便会发光，进而可由对物体表面的部分微小损伤进行有效监测。

本实用新型技术方案通过用激发光源40发出的光对力致发光材料层30进行激发，使得力致发光材料层30的荧光衰减和能量的补充达到了动态平衡，确保力致发光材料的蓄能稳定性，进而提高力致发光传感器100监测的灵敏度和稳定性，使力致发光传感器100能够稳定的对被测物体进行长时间的监测。

具体地，激发光源40设于外壳20的侧壁内表面，激发光源40与承载板10的间距大于力致发光材料层30的厚度。

在本实施例中，激发光源40设于外壳20的侧壁内表面，以便其发出的光可以照到力致发光材料层30。具体地，激发光源40与承载板10的间距大于力致发光材料层30的厚度，即激发光源40位于力致发光材料层30的上方，使激发光源40发出的光能够更好的照到力致发光材料层30，从而提高光的利用率，避免资源的浪费。

优选地，激发光源40设有多个，多个激发光源40沿容腔的周向间隔设置。

在本实施例中，激发光源40设有多个，从而使力致发光材料层30能够更快的得到能量的补充。并且多个激发光源40间隔设于沿容腔的周向，使力致发光材料层30的表面受到激发光源40的均匀照射。

进一步地，激发光源40的发光波长为300nm-400nm范围内的紫外光。

激发光源40的作用是激发力致发光材料层30，优先考虑与力致发光材料激发光谱相匹配的光源。在本实施例中，激发光源40的发光波长为300nm-400nm的紫外光，此范围内的紫外光使力致发光材料层30中的电子进入陷阱能级，在外力的作用下陷阱能级中的电子释放，从而使力致发光材料层30发光。优选地，激发光源40的波长为365nm，此波长能够使力致发光材料层30得到更好的能量补充。具体地，激发光源40可以是LED或者荧光灯，只要能够300nm-400nm范围内的紫外光即可，在此不做限制。

具体地，承载板10的厚度小于等于2mm。

在本实施例中，承载板10的厚度小于等于2mm。可以理解的是，承载板10的厚度过大，会导致外力很难传到力致发光材料层30，从而降低力致发光传感器100的灵敏度；承载板10的厚度太小，对力致发光材料层30起不到支撑作用。

进一步地，承载板10为树脂板或金属板。

在本实施例中，承载板10可以为树脂板，例如PC或ABS等。当然，承载板10也可以是金属板，例如铁板或铝板等。具体可以根据被测物体的表面性质采用不同的承载板10，例如用于建筑物的监测时，可以采用金属板；在对仪器的某部位进行监测时，可以采用树脂板，方便进行监测。

请参照图1，力致发光传感器100还包括设于容腔内的分隔板50，分隔板50位于力致发光材料层30的背离承载板10的一侧，并将容腔分隔成采第一腔室21和第二腔室22，力致发光材料层30与激发光源40设于第一腔室21内。

在本实施例中，容腔内设有分隔板50，分隔板50将容腔分成第一腔室21和第二腔室22，力致发光材料层30与激发光源40设于第一腔室21内，第二腔室22内可以设置散热装置，由于激发光源40发出的光会产生热量，在测量精密部件表面的时候，产生的热量会对精密部件产生影响。

具体地，第一腔室21的腔壁为遮光腔壁。

在本实施例中，第一腔室21的腔壁为不透光腔壁是为了减小外部环境中的光对力致发光传感器100的灵敏度的影响。可以采用本身就是不透光的材质，例如采用黑色树脂或者不透光金属，当然也可以采用透明材料，但需要在其表面涂覆不透光涂层。

进一步地，第二腔室22的腔壁开设有连通外界的散热孔23。

可以理解的是，由于力致发光传感器100在工作过程中产生大量的热量，温度过高不利于会影响力致发光传感器100的工作，因此为了降低容腔内的温度，第二腔室22设有连通外界的散热孔23，散热孔23均匀分布于第二腔室22的外表面，以实现第二腔室22和外界的空气流通。

请参照图1，力致发光传感器100还包括信号采集装置60，信号采集装置60设于第一腔室21内，用于采集力致发光材料层30发出的光信号。

在本实施例中，信号采集装置60为高性能硅光电倍增器，可以进行微光信号采集并进行信号放大处理。它是由工作在盖革模式的多个像素相互并联的阵列构成，每个像素由雪崩光电二极管和淬灭电阻串联而成，通过在硅材料中进行不同导电类型的掺杂来形成PN结，在PN结两端外加偏压形成定向电场，使载流子定向移动从而形成电流，进而通过检测该电流信号来实现光子探测。

本实施例采用的光电倍增器具有从近紫外到近红外的光谱响应范围、出色的光子计数能力、单光子级别灵敏度、皮秒级快速响应能力、出色的时间分辨率和较高的光子探测效率等优异特性，并兼具固体探测器对磁场不敏感，能够抵抗高强度机械冲击，且不会因为入射光饱和而老化的优点。

请继续参照图1，力致发光传感器100还包括信号传输装置80，信号传输装置80设于第二腔室22内，信号传输装置80与信号采集装置60电性连接，用于使力致发光传感器100与外部设备进行数据通讯。

在本实施例中，力致发光传感器100还包括信号传输装置80，信号传输装置80主要是将信号采集装置60采集的信号传给云服务器，并进行信号的转换和图像恢复，然后将结果反馈给移动终端。具体地，信号传输装置80可以是WIFi模块或蓝牙模块，也可以进行有线传输。

进一步地，力致发光传感器100还包括控制器70，控制器70设于第二腔室22内，并分别与激发光源40、信号采集装置60及信号传输装置80电性连接；

在本实施例中，控制器70能够控制激发光源40发光，也能控制信号采集装置60采集信号，并且能够控制信号传输装置80进行信号传输。该控制器70可以电路板，并带有单片机等微处理器，能够控制电路的开启和关闭。由于控制器70在工作过程中会产生较多的热量，因此将控制器70设于第二腔室22内，以免影响信号采集装置60的采集。

可以理解的是，控制器70还可以是将信号传输装置80集成于一起的PCB板，PCB板上带有单片机等用于控制电路的微处理器以及用于数据的传输WiFi模块或蓝牙模块等。

力致发光传感器100可以采用如下控制方法：

步骤S1，每间隔第一预设时长对信号采集装置60的工作状态进行识别；

步骤S2，当识别到信号采集装置60未进行信号采集，控制信号采集装置60关闭，并控制激发光源40启动，以对力致发光材料层30进行第二预设时长的充能；

步骤S3，当充能结束时，则控制信号采集装置60开启，控制激发光源40关闭，并返回步骤S1，继续对信号采集装置60的工作状态进行识别。

在本实施例中，在力致发光传感器100工作过程，对信号采集装置60的工作状态进行识别；当识别到信号采集装置60未进行信号采集时，关闭信号采集装置60，启动激发光源40，对力致发光材料层30照射第二预设时长。在启动激发光源40之前，关闭信号采集装置60，以免由于激发光源40的光信号过强而损坏信号采集装置60。

力致发光材料层30充能完毕之后，控制激发光源40关闭，并返回步骤S1，即充能完毕之后，继续对信号采集装置60的工作状态进行判断，不断循环上述操作。利用激发光源40发出的光对力致发光材料层30进行照射，使得力致发光材料层30的荧光衰减和能量的补充达到了动态平衡，确保力致发光材料层30的蓄能稳定性，延长力致发光材料层30的蓄能时间，进而提高力致发光传感器100的稳定性，使力致发光传感器100能够进行长时间的监测。

具体地，第二预设时长可以为3min，并且信号采集装置60和激发光源40可以交替进行工作。例如，可以每隔30min用一定功率的激发光源40对力致发光材料层30照射3min，使力致发光材料层30的荧光衰减和能量的补充达到动态平衡。

步骤S4：在“对信号采集装置60的工作状态进行识别”的步骤之后，还包括：

当识别到信号采集装置60正在进行信号采集时，回到“每间隔第一预设时长，对信号采集装置60的工作状态进行识别”的步骤。

可以理解的是，对信号采集装置60的工作状态进行识别会出现两种情况，一种是上述的信号采集装置60未进行信号采集，另一种是信号采集装置60正在进行信号采集。当识别到信号采集装置60正在进行信号采集时，返回步骤S1，即继续每间隔第一预设时长对信号采集装置60的工作状态进行识别，并根据识别结果决定下一步进行步骤S2或步骤S4，以此不断循环，延长力致发光材料层30的蓄能时间，从而使力致发光传感器100能够进行长时间的监测。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的发明构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种力致发光传感器，其特征在于，包括：

承载板；

外壳，所述外壳罩设于所述承载板，并与所述承载板围合形成容腔；

力致发光材料层，所述力致发光材料层设于所述承载板的面向所述容腔的表面；

激发光源，所述激发光源设于所述容腔内，且邻近所述力致发光材料层设置，所述激发光源用于激发所述力致发光材料层。

2.如权利要求1所述的力致发光传感器，其特征在于，所述激发光源设于所述外壳的侧壁内表面，所述激发光源与所述承载板的间距大于所述力致发光材料层的厚度。

3.如权利要求2所述的力致发光传感器，其特征在于，所述激发光源设有多个，多个所述激发光源沿所述容腔的周向间隔设置。

4.如权利要求3所述的力致发光传感器，其特征在于，所述激发光源的发光波长为300nm-400nm范围内的紫外光。

5.如权利要求1所述的力致发光传感器，其特征在于，所述承载板的厚度小于等于2mm；

且\或，所述承载板为树脂板或金属板。

6.如权利要求1至5中任一所述的力致发光传感器，其特征在于，所述力致发光传感器还包括设于所述容腔内的分隔板，所述分隔板位于所述力致发光材料层的背离所述承载板的一侧，并将所述容腔分隔成采第一腔室和第二腔室，所述力致发光材料层与所述激发光源设于所述第一腔室内。

7.如权利要求6所述的力致发光传感器，其特征在于，所述第一腔室的腔壁为遮光腔壁。

8.如权利要求6所述的力致发光传感器，其特征在于，所述力致发光传感器还包括信号采集装置，所述信号采集装置设于所述第一腔室内，用于采集所述力致发光材料层发出的光信号。

9.如权利要求8所述的力致发光传感器，其特征在于，所述力致发光传感器还包括信号传输装置，所述信号传输装置设于所述第二腔室内，所述信号传输装置与所述信号采集装置电性连接，用于使所述力致发光传感器与外部设备进行数据通讯。

10.如权利要求9所述的力致发光传感器，其特征在于，所述力致发光传感器还包括控制器，所述控制器设于所述第二腔室内，并分别与所述激发光源、所述信号采集装置及所述信号传输装置电性连接。