JP2004028629A - Temperature sensor and temperature measuring instrument using it - Google Patents

Temperature sensor and temperature measuring instrument using it Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a temperature sensor suitable for temperature measurement in an electric field and a magnetic field and facilitating preparation and calibration of a temperature characteristic curve, and to provide a temperature measuring instrument using it. <P>SOLUTION: The temperature sensor contains chloride as a matrix and consists of chloride phosphor containing erbium ions or thulium ions as an activator. The temperature measuring instrument comprises a means for exciting the temperature sensor; a means for detecting a phosphor spectrum generated by excitation of the temperature sensor; a means for calculating a temperature from the detected spectrum; and a means for indicating a calculated temperature. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、温度センサおよびそれを用いた温度測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から温度の測定には、熱電対温度計、抵抗温度計または水銀温度計等が用いられている。熱電対温度計は熱起電力値から温度を算出し、抵抗温度計は電気抵抗値から温度を算出する。しかし、熱電対温度計および抵抗温度計においては、測定対象物あるいはその外部からの無関係な電磁誘導ノイズが発生しやすく、また高電圧下では漏電するおそれがあるため、電界下または磁界下での温度測定には不適であるという問題があった。また、水銀温度計は、水銀の熱膨張を利用することにより温度を算出する。しかし、水銀温度計においては、その形状および熱容量の大きさに問題があるため測定対象物が限られるという問題があった。
【0003】
これらの温度計を用いることのできない領域における温度測定には、放射温度計、蛍光体または半導体を用いた温度センサが用いられている。放射温度計は、測定対象物の放出する熱放射のエネルギを利用して温度を算出する。しかし、放射温度計は測定対象物表面の温度しか測定することができず、また低温域において測定物固有のスペクトルまたは反射スペクトルが存在する場合には正確な温度測定をすることができないという問題があった。
【0004】
また、特開平5−133819号公報には、ポリピリジン金属錯体またはその誘導体を含む蛍光体を用いた温度センサが開示されている。この蛍光体を用いた温度センサは、蛍光強度と温度との関係を調べることにより作成された温度特性曲線により温度を算出する。しかし、この蛍光体を用いた温度センサにおいては、蛍光強度と温度との関係が必ずしも比例関係等の明確な数式に従うものではないため、蛍光強度と温度との関係を細かい間隔で多数点調べて正確な温度特性曲線を作成しなければならないという問題があった。また、この蛍光体を用いた温度センサにおいては、温度センサの劣化等の経時変化に対応するために温度特性曲線の校正を頻繁に行なう必要があるが、その校正のたびに蛍光強度と温度との関係を細かい間隔で多数点調べて温度特性曲線の校正をしなければならないという問題もあった。
【0005】
さらに、特開昭58−39917号公報には、半導体を光ファイバの先端に取り付けた温度センサが開示されている。この半導体を用いた温度センサは、温度により光の透過率が変わることを利用して温度を算出する。しかし、この半導体を用いた温度センサにおいては、温度と光の透過率との関係を示す温度特性曲線を作成する際に標準透過率を示す標準体が必要となるという問題があった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上記事情に鑑みて本発明は、電界下および磁界下での温度計測に適し、かつ温度特性曲線の作成および校正が容易な温度センサおよびそれを用いた温度測定装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明者らが鋭意検討した結果、塩化物からなるマトリックスにドープされたエルビウムイオンまたはツリウムイオンの蛍光スペクトルが、特定の波長の前後において蛍光強度と温度との関係が逆転する性質を有することを見い出し、この性質を利用して温度を算出する温度センサを想到し、本発明を完成するに至った。
【0008】
すなわち、本発明は、マトリックスとして塩化物を含み、付活剤としてエルビウムイオン(Er3+)またはツリウムイオン(Tm3+)を含む塩化物蛍光体からなる温度センサであることを特徴とする。
【0009】
ここで、本発明の温度センサにおいては、上記マトリックスとして含まれる塩化物が、下記一般式(1)で表わされる希土類塩化物であり得る。
LnCl…(1)
[式(1)において、Lnはスカンジウム(Sc)、イットリウム(Y)、ランタン(La)、ガドリニウム(Gd)およびイッテルビウム(Yb)の群より選ばれるいずれか一種の希土類元素を示す。]
また、本発明の温度センサにおいては、上記マトリックスとして含まれる塩化物が、下記一般式(2)で表わされる希土類複合塩化物であり得る。
AxByClz…(2)
[式(2)において、Aはアルカリ金属またはアルカリ土類金属を示し、Bは付活剤として含まれるエルビウムイオン(Er3+)またはツリウムイオン(Tm3+)と異なる種類の希土類元素を示す。また、x、yおよびzは、それぞれ0.1≦x≦10、0.1≦y≦10および0.4≦z≦60の範囲内にある実数を示す。]
また、本発明の温度センサにおいては、上記一般式(2)において、Aがバリウム(Ba)、カリウム(K)およびストロンチウム(Sr)の群より選ばれるいずれか一種のアルカリ金属またはアルカリ土類金属を示し、Bがスカンジウム(Sc)、イットリウム(Y)、ランタン(La)、ガドリニウム(Gd)およびイッテルビウム(Yb)の群より選ばれるいずれか一種の希土類元素を示すことが好ましい。
【0010】
また、本発明の温度センサにおいては、上記塩化物が、ガラス状態の塩化物を含み得る。ここで、ガラス状態の塩化物は、亜鉛(Zn)、カドミウム(Cd)、銅(Cu)、銀(Ag)、リチウム(Li)、ガドリニウム(Gd)、鉛(Pb)およびマンガン(Mn)からなる群から選択された少なくとも一種の元素の塩化物を含むことが好ましい。
【0011】
また、本発明は、上記温度センサを励起させる手段と、温度センサの励起によって生じた蛍光スペクトルを検出する手段と、検出されたスペクトルから温度を演算する手段と、演算された温度を表示する手段とを備えた温度測定装置であることを特徴とする。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【0013】
(マトリックス)
本発明に用いられる塩化物蛍光体には、マトリックスとして塩化物が含まれている。なお、マトリックスとは構造母体のことを意味する。
【0014】
(希土類塩化物)
希土類塩化物とは一般式(1)LnClで表わされる塩化物のことである。本発明にこの希土類塩化物を用いた場合には、本発明に用いられる塩化物蛍光体の蛍光効率および蛍光強度が向上することから、本発明の温度センサの信頼性をより向上させることができる。ここで、一般式(1)LnClにおいて、LnはSc、Y、La、GdおよびYbの群より選ばれるいずれか一種の希土類元素を示す。
【0015】
(希土類複合塩化物)
希土類複合塩化物とは一般式(2)AxByClzで表わされる塩化物のことである。上記一般式(2)AxByClzで表わされる希土類複合塩化物は、AxClzで表わされるアルカリ金属またはアルカリ土類金属の塩化物とByClzで表わされる希土類元素の塩化物とから構成される。なお、zおよびzはz+z=zを満たす実数を示す。また、上記一般式(2)AxByClzにおいて、Bは付活剤としてマトリックス中にドープされるEr3+またはTm3+と異なる種類の希土類元素を示す。したがって、BはErまたはTm以外の希土類元素を示すだけでなく、たとえば付活剤としてTm3+がマトリックス中にドープされていなければBはTmを示すこともある。
【0016】
また、上記一般式(2)AxByClzにおいて、xはAで示されるアルカリ金属またはアルカリ土類金属のマトリックス中における組成比を表わし、xは0.1≦x≦10、好ましくは0.5≦x≦7、さらに好ましくは1≦x≦4の範囲内にある実数を示す。また、yはBで示される希土類元素のイオンのマトリックス中における組成比を示し、yは0.1≦y≦10、好ましくは0.3≦y≦5、さらに好ましくは0.5≦y≦3の範囲内にある実数を示す。zはマトリックス中における塩化物イオンの組成比を示し、zは0.4≦z≦60、好ましくは1.9≦z≦29、さらに好ましくは3.5≦z≦17の範囲内にある実数を示す。
【0017】
また、上記一般式(2)AxByClzにおいて、AがBa、KおよびSrの群より選ばれるいずれか一種のアルカリ金属またはアルカリ土類金属を示し、BがSc、Y、La、GdおよびYbの群より選ばれるいずれか一種の希土類元素を示すことが好ましい。この場合には、本発明の温度センサの信頼性がさらに向上する。
【0018】
(ガラス状態の塩化物)
ガラス状態の塩化物とは、塩化物の融液を冷却することにより、過冷却状態で結晶化しないように固化させた塩化物のことで、このような状態を取りやすい塩化物としては、Zn、Cd、Cu、Ag、Li、Gd、PbおよびMnからなる群から選択された少なくとも一種の元素の塩化物を含むことが好ましい。この塩化物の含有量は特に限定されないが、通常30〜70mol%であり、40〜60mol%であることが好ましい。なお、本明細書において、mol%とは、上記塩化物蛍光体の全組成を100mol%としたときのモル分率のことをいう。
【0019】
また、上記ガラス状態の塩化物には、K、Na、RbおよびCsからなる群から選択された少なくとも一種の元素の塩化物を含めることもできる。この塩化物の含有量は特に限定されないが、通常0〜70mol%であり、30〜60mol%であることが好ましい。
【0020】
さらに、上記ガラス状態の塩化物には、Ba、CaおよびSrからなる群から選択された少なくとも一種の元素の塩化物を含めることもできる。この塩化物の含有量は特に限定されないが、通常0〜40mol%であり、5〜20mol%であることが好ましい。
【0021】
(付活剤)
上記マトリックスにドープされる付活剤としては、Er3+またはTm3+が用いられる。これらのイオンは塩化物からなるマトリックス中において非常に発光しやすく、また本発明の温度センサは、これらのイオンの蛍光スペクトルのある特定の波長の前後において、蛍光強度と温度との関係が逆転する性質を利用して温度を算出するものだからである。塩化物蛍光体中の付活剤の含有量は特に限定されないが、マトリックスに上記ガラス状態の塩化物を含む場合には、上記塩化物蛍光体100mol%中、0.1〜5mol%であることが好ましく、0.2〜2mol%であることがより好ましい。また、付活剤としては、Er3+を用いることが好ましい。
【0022】
(塩化物蛍光体)
マトリックスとして希土類塩化物を含む塩化物蛍光体としては、たとえばScCl:Er3+、YCl:Er3+、LaCl:Er3+、GdCl:Er3+、YbCl:Er3+、ScCl:Tm3+、YCl:Tm3+、LaCl:Tm3+、GdCl:Tm3+またはYbCl:Tm3+等の式で表わされる塩化物蛍光体がある。
【0023】
また、マトリックスとして希土類複合塩化物を含む塩化物蛍光体としては、たとえばKYCl:Er3+、BaCl12:Er3+、SrCl12:Er3+、KGdCl:Er3+、BaGdCl12:Er3+、SrGdCl12:Er3+、BaScCl12:Er3+、KYbCl:Er3+、BaYbCl12:Er3+、SrYbCl12:Er3+、KYCl:Tm3+、BaCl12:Tm3+、SrCl12:Tm3+、KGdCl:Tm3+、BaGdCl12:Tm3+、SrGdCl12:Tm3+、BaScCl12:Tm3+、KYbCl:Tm3+、BaYbCl12:Tm3+またはSrYbCl12:Tm3+等の式で表わされる塩化物蛍光体がある。
【0024】
また、マトリックスとしてガラス状態の塩化物を含む塩化物蛍光体としては、たとえばCdCl−KCl−BaCl:Er3+、ZnCl−KCl−BaCl:Er3+、CdCl−KCl−BaCl:Tm3+、ZnCl−KCl−BaCl:Tm3+等の式で表わされる塩化物蛍光体がある。
【0025】
なお、上記塩化物蛍光体の構造は、結晶構造、非晶質構造またはこれらの双方が混在する構造のいずれかであり得る。
【0026】
(製造方法)
本発明に用いられる塩化物蛍光体は、たとえば以下のようにして調製することができる。まず、マトリックスとしての塩化物の無水塩と付活剤としてのErClまたはTmClの無水塩とを混合する。次に、上記混合物を高純度の乾燥不活性ガス雰囲気下において焼成または溶融混合することで均一に溶解した後、室温まで冷却し、粉砕、分級等することにより調製される。
【0027】
ここで、上記混合物には添加剤を添加することができる。なかでも添加剤としては乾燥NHClを添加することが好ましい。この場合には、付活剤となる希土類元素イオンであるEr3+またはTm3+がマトリックス中へ溶け込みやすくなり、また他の添加剤と比べて不純物となるオキシ塩化物の副生成がなくなる。また、マトリックスとして混合される塩化物の無水塩と添加される乾燥NHClとのモル比は5:1〜1:10であることが好ましく、2:1〜1:7であることがより好ましいが、マトリックスにガラス状態の塩化物を含める場合には、上記無水塩と乾燥NHClとのモル比は、8:1〜1:2であることが好ましく、5:1〜1:1であることがさらに好ましい。その他、従来から公知の増感剤等も加えることができる。
【0028】
また、マトリックスが希土類塩化物または希土類複合塩化物である場合には、混合される上記塩化物の無水塩と付活剤の無水塩とのモル比は特に限定されないが、1500:1〜10:1であることが好ましく、1000:1〜30:1であることがより好ましく、500:1〜40:1であることがさらに好ましい。この場合には、付活剤が励起エネルギを捕捉する確率と濃度消光とのバランスが優れているため、塩化物蛍光体の蛍光強度を向上させることができることから本発明の温度センサの信頼性をより向上させることができる。
【0029】
また、マトリックスが希土類塩化物または希土類複合塩化物である場合には、上記焼成は600〜900℃で行なわれることが好ましく、700〜900℃で行なわれることがより好ましい。
【0030】
また、マトリックスがガラス状態の塩化物を含む場合には、上記溶融混合における加熱温度および加熱時間は原料等に応じて適宜設定することができる。上記溶融混合は、通常、400〜700℃、より好ましくは700〜900℃で、5〜100分間、好ましくは10〜50分間行なわれる。また、溶融混合後には、必要に応じて急冷することもできる。このときの冷却速度は、5〜100℃/秒であることが好ましい。
【0031】
マトリックスとして酸化物を用いた場合には約1100〜1600℃の高温での焼成が必要となるが、上記のようにマトリックスとして塩化物を用いた場合には焼成に要するエネルギを低減させることができる。なお、高純度の乾燥不活性ガスとしては、たとえば純度99.99%以上のアルゴンまたは窒素等がある。
【0032】
また、上記無水塩は、たとえば希土類元素、アルカリ金属またはアルカリ土類金属、その他金属等の酸化物または炭酸塩を塩酸に溶解させ、常圧下において加熱し、水分を蒸発させて得た水和物を減圧乾燥させ、乾燥塩化水素ガス雰囲気中に加熱して脱水すること等により得ることができる。
【0033】
(温度算出原理)
本発明の温度センサの温度算出原理の一例を以下に説明する。たとえば、Er3+を付活剤とした塩化物蛍光体に励起波長381nmの紫外線を照射して得られた蛍光スペクトルを図1に示す。図1に示すように蛍光スペクトルの波長520〜540nmの範囲および540〜560nmの範囲において、蛍光強度の大きい鋭いピークを3つずつ観察することができる。図2(a)および図2(b)にこれらのピークの拡大図を示す。
【0034】
図2(a)に示すように、波長520〜540nmの範囲における上記塩化物蛍光体の蛍光スペクトルにおいては、温度の上昇に伴って蛍光強度が大きくなっている。一方、図2(b)に示すように波長540〜560nmの範囲における蛍光スペクトルにおいては、温度の上昇に伴って蛍光強度が小さくなっている。したがって、波長520〜540nmの範囲における3つのピークのうち最大のピークを有する波長527nmにおける最大の蛍光強度Iは温度の上昇に伴って大きくなり、波長540〜560nmの範囲における3つのピークのうち最大のピークを有する波長550nmにおける最大の蛍光強度Iは温度の上昇に伴って小さくなる。よって、これらの蛍光強度比R(=I/I)は温度の上昇に伴って小さくなる。
【0035】
また、蛍光強度IおよびIはその蛍光を発する励起準位にあるEr3+の濃度が高くなるにつれて大きくなる。したがって、上記蛍光強度比Rはこれらの蛍光を発する励起準位にあるEr3+の濃度比に比例することとなるため、下記式(3)が成立する。
R=I/I=CN/N…(3)
なお、上記式(3)において、Nは図3に示す波長527nmおける最大の蛍光強度Iを発する励起準位11/2にあるEr3+の濃度、Nは波長550nmにおける最大の蛍光強度Iを発する励起準位3/2にあるEr3+の濃度を示す。また、Cは比例定数である。
【0036】
それぞれの励起準位にあるEr3+の濃度NおよびNは、測定温度領域においてボルツマン分布に従うこととなる。したがって、Er3+の濃度比N/Nは下記式(4)のように表わされる。
/N=exp(−△E/KT)…(4)
なお、式(4)において△Eは、図3に示す波長527nmにおけるEr3+の励起準位11/2のエネルギレベルと波長550nmにおけるEr3+の励起準位3/2のエネルギレベルとのエネルギ差を示す。また、Kはボルツマン定数、Tは絶対温度を示す。
【0037】
上記式(4)を上記式(3)に代入することにより、下記式(5)を得ることができる。
R=Cexp(−△E/KT)…(5)
上記式(5)において左辺と右辺の対数をとることにより、下記式(6)を得ることができる。
lnR=lnC−△E/KT…(6)
また、上記式(6)を変形すると、下記式(7)を得ることができる。
lnR=(−△E/K)×(1/T)+lnC…(7)
この上記式(7)はlnRを縦軸とし、1/Tを横軸とした傾きが−△E/Kの直線を表わしていると見ることができる。したがって、たとえば図4に示すように、温度Tにおける蛍光強度比Rの値を求めることによって、座標(1/T,lnR)から傾きが−△E/Kの直線を引くことにより、本発明の温度センサの温度特性曲線が容易に得られることとなる。よって、本発明の温度センサの温度特性曲線は1点の温度と蛍光強度比との関係を調べることにより容易に導き出すことができるため、従来のように多数点における蛍光強度と温度との関係を調べる必要がない。
【0038】
また、本発明の温度センサにおいては、温度と蛍光強度比との関係を2点調べて温度特性曲線を作成することによって、より高精度の温度測定が可能となる。
【0039】
なお、上記においては最大の蛍光強度IとIとの蛍光強度比Rを求めることによって温度を算出したが、波長520〜540nmの範囲内における蛍光スペクトルによって囲まれる面積Sと波長540〜560nmの範囲内における蛍光スペクトルによって囲まれる面積Sの比S(=S/S)を求めることによっても上記と同様に温度を算出することができる。
【0040】
また、上記においては塩化物蛍光体を紫外線を用いて励起させたが、赤外線または電子線で励起させることもできる。また、上記においては励起波長381nmの紫外線を用いたが、励起波長が381〜382nmの範囲にある紫外線であればいずれも用いることもできる。
【0041】
また、付活剤としてTm3+を用いる場合においても上記Er3+の場合と同様に温度を算出することができる。Tm3+を用いる場合には蛍光強度と温度との関係が蛍光スペクトルの波長670〜690nmの範囲と690〜710nmの範囲で逆転することを利用して温度を算出する。ここで、図5に示すようにTm3+を用いる場合には、波長670〜690nmの範囲内における最大の蛍光強度Iは波長680nmにおける蛍光強度であり、波長690〜710nmの範囲における最大の蛍光強度Iは波長704nmにおける蛍光強度である。また、△Eは図5に示すように波長680nmにおけるTm3+の励起準位のエネルギレベルと波長704nmにおけるTm3+の励起準位のエネルギレベルとのエネルギ差を示す。また、Tm3+を用いる場合には、励起波長が358〜360nm、456〜458nmまたは679〜681nmの範囲にある紫外線等を用いることができる。その他はEr3+の場合と同様である。
【0042】
(温度測定装置)
本発明の温度測定装置は、上記温度センサを励起させる手段と、温度センサの励起によって生じた蛍光スペクトルを検出する手段と、検出されたスペクトルから温度を演算する手段と、演算された温度を表示する手段とを備えている。
【0043】
ここで、温度センサを励起させる手段としては、たとえば温度センサに紫外線、赤外線または電子線を照射する方法等がある。温度センサに紫外線を照射する方法としては、たとえば、水素放電管、キセノン放電管、水銀ランプ、ルビーレーザ、エキシマーレーザまたは色素レーザ等の光源を用いる方法、または可視紫外用分光器または紫外線用フィルタ等を用いて紫外線を取り出す方法等がある。
【0044】
また、温度センサに赤外線を照射する方法としては、たとえば、グローバー灯、ネルンスト灯、二酸化炭素レーザ、クリプトンレーザまたは半導体レーザ等の光源を用いる方法等がある。また、温度センサに電子線を照射する方法としては、たとえば従来から公知の電子銃を用いる方法等がある。
【0045】
また、温度センサの励起によって生じた蛍光スペクトルを検出する手段も、特に限定されず従来から公知の方法が用いられ得る。たとえば分光光度計またはフォトダイオード等を用いる方法等がある。
【0046】
また、検出されたスペクトルから温度を演算する手段も特に限定されず、従来から公知の方法が用いられ得る。たとえば、上記検出された蛍光スペクトルの情報をマイクロコンピュータ等に入力し、温度特性曲線が記録されている読み出し専用メモリとマイクロコンピュータとが連動して温度を算出する方法等がある。また、演算された温度を表示する手段も、特に限定されず、従来から公知のたとえばLED表示または液晶表示等が用いられ得る。
【0047】
ここで、本発明の温度測定装置においては、温度センサと外気との接触を避けるため、温度センサの周囲に保護コーティングすることが好ましい。この場合には温度センサの耐湿性が向上するため、本発明の温度測定装置の耐久性が向上する。保護コーティングとしては、たとえばガラスまたはポリイミド、アラミド等からなるプラスチックフィルムや樹脂等を温度センサの周囲に設置する方法等がある。
【0048】
また、本発明の温度測定装置においては、温度センサを励起させる手段と温度センサとの間、温度センサと蛍光スペクトルを検出する手段との間またはこれらの双方の間にたとえば光ファイバ等の伝達手段を備えていることが好ましい。この場合には、蛍光スペクトルに対する外部環境からの影響が少ないことから温度測定の精度が向上する。
【0049】
図6に本発明の温度測定装置の一例の模式的な概念図について示す。図6において、紫外線レーザ1から照射された励起光は、光ファイバ2Aを通って測定対象物3に接している温度センサ4に照射され、温度センサ4が発光する。ここで、温度センサ4はEr3+を付活剤とした塩化物蛍光体であり、ガラス6によって保護コーティングされている。この発生光の一部は絶縁体ミラー5によって反射され、上記発生光および反射光は光ファイバ2Bを通って分光光度計7によってその蛍光スペクトルが検出される。この検出された光出力はA/D変換器(図示せず)によりディジタル信号に変換され、その情報がコンピュータ8に入力される。
【0050】
このコンピュータ8内においては、以下の処理が行なわれる。まず、波長520〜540nmの範囲における最大の蛍光強度I’と波長540〜560nmの範囲における最大の蛍光強度I’の比R’の値が計算され、次にこのR’の対数であるlnR’の値が計算される。次に、このlnR’の値とあらかじめ読み出し専用メモリ9に記録されている温度特性曲線式lnR=(−△E/K)×(1/T)+lnCとから温度T’の値を算出し、この算出された温度T’の情報をディジタル信号に変換して出力する。この出力された温度T’の情報が液晶表示10に表示される。
【0051】
このような本発明の温度測定装置は、上記のような物体の表面温度だけでなく、物体内部の温度までも測定することができる。また、本発明の温度センサおよび温度測定装置は、電界下および磁界下だけでなく真空中における温度測定も可能であり、半導体およびLCDの製造プロセスに好適に用いることができる。
【0052】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【0053】
【発明の効果】
上述したように本発明によれば、電界下および磁界下でも高精度に温度を測定することができ、かつ温度特性曲線の作成および温度校正を容易に行なうことができる温度センサおよびそれを用いた温度測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の温度センサの蛍光スペクトル図である。
【図2】本発明の温度センサの蛍光スペクトルの拡大図である。
【図3】本発明の温度センサに用いられるエルビウムイオンのエネルギ準位図である。
【図4】本発明の温度センサの蛍光強度と温度との関係を示したグラフである。
【図5】本発明の温度センサに用いられるツリウムイオンのエネルギ準位図である。
【図6】本発明の温度測定装置の一例の模式的な概念図である。
【符号の説明】
1 紫外線レーザ、2A,2B 光ファイバ、3 測定対象物、4 温度センサ、5 絶縁体ミラー、6 ガラス、7 分光光度計、8 コンピュータ、9 読み出し専用メモリ、10 液晶表示。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a temperature sensor and a temperature measuring device using the same.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a thermocouple thermometer, a resistance thermometer, a mercury thermometer, or the like has been used for temperature measurement. The thermocouple thermometer calculates the temperature from the thermoelectromotive force value, and the resistance thermometer calculates the temperature from the electric resistance value. However, in thermocouple thermometers and resistance thermometers, irrelevant electromagnetic induction noise from the object to be measured or the outside is liable to occur, and there is a possibility of leakage at high voltage. There was a problem that it was unsuitable for temperature measurement. The mercury thermometer calculates the temperature by utilizing the thermal expansion of mercury. However, the mercury thermometer has a problem in that the object to be measured is limited because of its shape and the magnitude of heat capacity.
[0003]
For temperature measurement in a region where these thermometers cannot be used, a radiation thermometer, a temperature sensor using a phosphor or a semiconductor is used. The radiation thermometer calculates the temperature using the energy of the heat radiation emitted from the object to be measured. However, the radiation thermometer can only measure the temperature of the surface of the object to be measured, and it cannot measure the temperature accurately when there is a spectrum or reflection spectrum specific to the object in the low temperature range. there were.
[0004]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-133819 discloses a temperature sensor using a phosphor containing a polypyridine metal complex or a derivative thereof. The temperature sensor using the phosphor calculates the temperature based on a temperature characteristic curve created by examining the relationship between the fluorescence intensity and the temperature. However, in the temperature sensor using this phosphor, the relationship between the fluorescence intensity and the temperature does not necessarily follow a clear mathematical formula such as a proportional relationship, so the relationship between the fluorescence intensity and the temperature is examined at many small intervals. There was a problem that an accurate temperature characteristic curve had to be created. Further, in a temperature sensor using this phosphor, it is necessary to frequently calibrate a temperature characteristic curve in order to cope with a temporal change such as deterioration of the temperature sensor. There is also a problem that the temperature characteristic curve must be calibrated by examining the relationship at a large number of points at fine intervals.
[0005]
Furthermore, Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-39917 discloses a temperature sensor in which a semiconductor is attached to the tip of an optical fiber. The temperature sensor using this semiconductor calculates the temperature by utilizing the fact that the light transmittance changes depending on the temperature. However, in the temperature sensor using this semiconductor, there is a problem that a standard body having a standard transmittance is required when a temperature characteristic curve showing a relationship between temperature and light transmittance is created.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a temperature sensor suitable for temperature measurement under an electric field and a magnetic field, and which can easily create and calibrate a temperature characteristic curve, and a temperature measurement device using the same. .
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present inventors have conducted intensive studies.As a result, the fluorescence spectrum of erbium ions or thulium ions doped in a matrix made of chloride shows a relationship between fluorescence intensity and temperature before and after a specific wavelength. The inventors have found that the temperature sensor has a reversing property, conceived a temperature sensor that calculates the temperature using this property, and completed the present invention.
[0008]
That is, the present invention includes chloride as a matrix and erbium ion (Er) as an activator. 3+ ) Or thulium ion (Tm 3+ ) Is characterized in that it is a temperature sensor made of a chloride phosphor.
[0009]
Here, in the temperature sensor of the present invention, the chloride contained as the matrix may be a rare earth chloride represented by the following general formula (1).
LnCl 3 … (1)
[In the formula (1), Ln represents any one rare earth element selected from the group consisting of scandium (Sc), yttrium (Y), lanthanum (La), gadolinium (Gd), and ytterbium (Yb). ]
Further, in the temperature sensor of the present invention, the chloride contained as the matrix may be a rare earth composite chloride represented by the following general formula (2).
AxByClz ... (2)
[In the formula (2), A represents an alkali metal or an alkaline earth metal, and B represents erbium ion (Er) contained as an activator. 3+ ) Or thulium ion (Tm 3+ ) Indicates a different kind of rare earth element. Also, x, y and z indicate real numbers in the ranges of 0.1 ≦ x ≦ 10, 0.1 ≦ y ≦ 10 and 0.4 ≦ z ≦ 60, respectively. ]
Further, in the temperature sensor of the present invention, in the above general formula (2), A is any one kind of alkali metal or alkaline earth metal selected from the group consisting of barium (Ba), potassium (K) and strontium (Sr). And B is preferably any one rare earth element selected from the group consisting of scandium (Sc), yttrium (Y), lanthanum (La), gadolinium (Gd) and ytterbium (Yb).
[0010]
In the temperature sensor according to the present invention, the chloride may include a chloride in a glassy state. Here, the chloride in the glass state is made of zinc (Zn), cadmium (Cd), copper (Cu), silver (Ag), lithium (Li), gadolinium (Gd), lead (Pb), and manganese (Mn). It is preferable to include a chloride of at least one element selected from the group consisting of:
[0011]
Also, the present invention provides a means for exciting the temperature sensor, a means for detecting a fluorescence spectrum generated by the excitation of the temperature sensor, a means for calculating a temperature from the detected spectrum, and a means for displaying the calculated temperature. And a temperature measuring device comprising:
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
[0013]
(matrix)
The chloride phosphor used in the present invention contains chloride as a matrix. The matrix means a structural base.
[0014]
(Rare earth chloride)
The rare earth chloride is represented by the general formula (1) LnCl 3 Is the chloride represented by When this rare earth chloride is used in the present invention, since the fluorescence efficiency and the fluorescence intensity of the chloride phosphor used in the present invention are improved, the reliability of the temperature sensor of the present invention can be further improved. . Here, the general formula (1) LnCl 3 In the formula, Ln represents any one rare earth element selected from the group consisting of Sc, Y, La, Gd and Yb.
[0015]
(Rare earth compound chloride)
The rare earth complex chloride is a chloride represented by the general formula (2) AxByClz. The rare earth complex chloride represented by the general formula (2) AxByClz is AxClz 1 Alkali metal or alkaline earth metal chloride represented by 2 And chlorides of rare earth elements represented by Note that z 1 And z 2 Is z 1 + Z 2 = Indicates a real number satisfying z. In the general formula (2) AxByClz, B is Er doped into the matrix as an activator. 3+ Or Tm 3+ And rare earth elements of different types. Accordingly, B not only represents a rare earth element other than Er or Tm, but also, for example, Tm as an activator. 3+ May show Tm if is not doped into the matrix.
[0016]
In the general formula (2) AxByClz, x represents a composition ratio of the alkali metal or alkaline earth metal represented by A in the matrix, and x is 0.1 ≦ x ≦ 10, preferably 0.5 ≦ x. ≦ 7, more preferably a real number in the range of 1 ≦ x ≦ 4. Y represents the composition ratio of the rare earth element ion represented by B in the matrix, and y is 0.1 ≦ y ≦ 10, preferably 0.3 ≦ y ≦ 5, and more preferably 0.5 ≦ y ≦ Indicates a real number in the range of 3. z represents the composition ratio of chloride ions in the matrix, and z is a real number in the range of 0.4 ≦ z ≦ 60, preferably 1.9 ≦ z ≦ 29, more preferably 3.5 ≦ z ≦ 17. Is shown.
[0017]
In the general formula (2) AxByClz, A represents any one of alkali metals or alkaline earth metals selected from the group consisting of Ba, K and Sr, and B represents the group consisting of Sc, Y, La, Gd and Yb. It is preferable to show any one rare earth element selected from the group consisting of: In this case, the reliability of the temperature sensor of the present invention is further improved.
[0018]
(Glass chloride)
Chloride in a glassy state is a chloride which is solidified by cooling a melt of the chloride so as not to be crystallized in a supercooled state. , Cd, Cu, Ag, Li, Gd, Pb, and Mn. The content of the chloride is not particularly limited, but is usually 30 to 70 mol%, and preferably 40 to 60 mol%. In addition, in this specification, mol% means the molar fraction when the total composition of the chloride phosphor is 100 mol%.
[0019]
Further, the chloride in the glassy state may include a chloride of at least one element selected from the group consisting of K, Na, Rb and Cs. The content of the chloride is not particularly limited, but is usually 0 to 70 mol%, preferably 30 to 60 mol%.
[0020]
Further, the chloride in the glassy state may include a chloride of at least one element selected from the group consisting of Ba, Ca and Sr. The content of the chloride is not particularly limited, but is usually 0 to 40 mol%, preferably 5 to 20 mol%.
[0021]
(Activator)
The activator doped in the matrix includes Er 3+ Or Tm 3+ Is used. These ions are very easy to emit light in a matrix composed of chloride, and the temperature sensor of the present invention reverses the relationship between fluorescence intensity and temperature before and after a certain wavelength of the fluorescence spectrum of these ions. This is because the temperature is calculated using the property. Although the content of the activator in the chloride phosphor is not particularly limited, when the matrix contains the chloride in the glassy state, the content is 0.1 to 5 mol% in 100 mol% of the chloride phosphor. Is more preferable, and it is more preferable that it is 0.2 to 2 mol%. The activator is Er. 3+ It is preferable to use
[0022]
(Chloride phosphor)
As a chloride phosphor containing a rare earth chloride as a matrix, for example, ScCl 2 3 : Er 3+ , YCl 3 : Er 3+ , LaCl 3 : Er 3+ , GdCl 3 : Er 3+ , YbCl 3 : Er 3+ , ScCl 3 : Tm 3+ , YCl 3 : Tm 3+ , LaCl 3 : Tm 3+ , GdCl 3 : Tm 3+ Or YbCl 3 : Tm 3+ And the like.
[0023]
Examples of the chloride phosphor containing a rare-earth complex chloride as a matrix include, for example, K 2 YCl 5 : Er 3+ , Ba 3 Y 2 Cl 12 : Er 3+ , Sr 3 Y 2 Cl 12 : Er 3+ , K 2 GdCl 5 : Er 3+ , Ba 3 Gd 2 Cl 12 : Er 3+ , Sr 3 Gd 2 Cl 12 : Er 3+ , Ba 3 Sc 2 Cl 12 : Er 3+ , K 2 YbCl 5 : Er 3+ , Ba 3 Yb 2 Cl 12 : Er 3+ , Sr 3 Yb 2 Cl 12 : Er 3+ , K 2 YCl 5 : Tm 3+ , Ba 3 Y 2 Cl 12 : Tm 3+ , Sr 3 Y 2 Cl 12 : Tm 3+ , K 2 GdCl 5 : Tm 3+ , Ba 3 Gd 2 Cl 12 : Tm 3+ , Sr 3 Gd 2 Cl 12 : Tm 3+ , Ba 3 Sc 2 Cl 12 : Tm 3+ , K 2 YbCl 5 : Tm 3+ , Ba 3 Yb 2 Cl 12 : Tm 3+ Or Sr 3 Yb 2 Cl 12 : Tm 3+ And the like.
[0024]
Examples of the chloride phosphor containing chloride in a glassy state as a matrix include, for example, CdCl. 2 -KCl-BaCl 2 : Er 3+ , ZnCl 2 -KCl-BaCl 2 : Er 3+ , CdCl 2 -KCl-BaCl 2 : Tm 3+ , ZnCl 2 -KCl-BaCl 2 : Tm 3+ And the like.
[0025]
The structure of the chloride phosphor may be a crystal structure, an amorphous structure, or a structure in which both are mixed.
[0026]
(Production method)
The chloride phosphor used in the present invention can be prepared, for example, as follows. First, an anhydrous chloride salt as a matrix and ErCl as an activator 3 Or TmCl 3 And the anhydrous salt of Next, the above mixture is uniformly dissolved by baking or melt-mixing in a high-purity dry inert gas atmosphere, and then cooled to room temperature, followed by pulverization, classification and the like.
[0027]
Here, an additive can be added to the mixture. Among them, dry NH is used as an additive. 4 Preferably, Cl is added. In this case, Er which is a rare earth element ion serving as an activator 3+ Or Tm 3+ Are easily dissolved into the matrix, and by-products of oxychloride, which is an impurity, are eliminated as compared with other additives. Also, dry NH 4 added with anhydrous chloride salt mixed as matrix 4 The molar ratio with Cl is preferably 5: 1 to 1:10, and more preferably 2: 1 to 1: 7. When the matrix contains chloride in a glassy state, the above anhydrous salt is used. And dry NH 4 The molar ratio with Cl is preferably from 8: 1 to 1: 2, and more preferably from 5: 1 to 1: 1. In addition, conventionally known sensitizers and the like can be added.
[0028]
When the matrix is a rare earth chloride or a rare earth complex chloride, the molar ratio of the anhydrous salt of the chloride and the anhydrous salt of the activator to be mixed is not particularly limited, but 1500: 1 to 10: 1, preferably from 1000: 1 to 30: 1, and more preferably from 500: 1 to 40: 1. In this case, since the probability that the activator captures the excitation energy and the concentration quenching are well-balanced, the fluorescence intensity of the chloride phosphor can be improved, so that the reliability of the temperature sensor of the present invention is improved. It can be further improved.
[0029]
When the matrix is a rare earth chloride or a rare earth complex chloride, the calcination is preferably performed at 600 to 900 ° C, more preferably at 700 to 900 ° C.
[0030]
When the matrix contains a chloride in a glassy state, the heating temperature and the heating time in the melt mixing can be appropriately set according to the raw materials and the like. The above-mentioned melt mixing is usually performed at 400 to 700 ° C, more preferably 700 to 900 ° C, for 5 to 100 minutes, preferably 10 to 50 minutes. After the melt-mixing, rapid cooling can be performed if necessary. The cooling rate at this time is preferably 5 to 100 ° C./sec.
[0031]
When an oxide is used as the matrix, firing at a high temperature of about 1100 to 1600 ° C. is required. However, when chloride is used as the matrix as described above, the energy required for firing can be reduced. . The high purity dry inert gas includes, for example, argon or nitrogen having a purity of 99.99% or more.
[0032]
In addition, the anhydrous salt is, for example, a hydrate obtained by dissolving an oxide or carbonate of a rare earth element, an alkali metal or an alkaline earth metal, or another metal in hydrochloric acid, heating the mixture under normal pressure, and evaporating water. Can be obtained by drying under reduced pressure and heating in a dry hydrogen chloride gas atmosphere for dehydration.
[0033]
(Temperature calculation principle)
An example of the temperature calculation principle of the temperature sensor of the present invention will be described below. For example, Er 3+ FIG. 1 shows a fluorescence spectrum obtained by irradiating an ultraviolet ray having an excitation wavelength of 381 nm to a chloride phosphor using as an activator. As shown in FIG. 1, in the wavelength range of 520 to 540 nm and 540 to 560 nm of the fluorescence spectrum, three sharp peaks with large fluorescence intensity can be observed. FIGS. 2A and 2B are enlarged views of these peaks.
[0034]
As shown in FIG. 2A, in the fluorescence spectrum of the chloride phosphor in the wavelength range of 520 to 540 nm, the fluorescence intensity increases as the temperature increases. On the other hand, as shown in FIG. 2B, in the fluorescence spectrum in the wavelength range of 540 to 560 nm, the fluorescence intensity decreases as the temperature increases. Therefore, the maximum fluorescence intensity I at a wavelength of 527 nm having the maximum peak among the three peaks in the wavelength range of 520 to 540 nm. 1 Increases with increasing temperature, and has the maximum fluorescence intensity I at a wavelength of 550 nm having the maximum peak among three peaks in the wavelength range of 540 to 560 nm. 2 Decreases with increasing temperature. Therefore, these fluorescence intensity ratios R (= I 2 / I 1 ) Decreases with increasing temperature.
[0035]
Also, the fluorescence intensity I 1 And I 2 Is at the excitation level that emits the fluorescence 3+ Increases as the concentration of Therefore, the above-mentioned fluorescence intensity ratio R depends on Er at the excitation level for emitting these fluorescence. 3+ Therefore, the following equation (3) is established.
R = I 2 / I 1 = CN 2 / N 1 … (3)
In the above equation (3), N 1 Is the maximum fluorescence intensity I at a wavelength of 527 nm shown in FIG. 1 Excited level 2 H 11/2 Er 3+ Concentration, N 2 Is the maximum fluorescence intensity I at a wavelength of 550 nm 2 Excited level 4 S 3/2 Er 3+ Shows the concentration of C is a proportional constant.
[0036]
Er at each excitation level 3+ Concentration N 1 And N 2 Follows the Boltzmann distribution in the measurement temperature region. Therefore, Er 3+ Concentration ratio N 2 / N 1 Is represented by the following equation (4).
N 2 / N 1 = Exp (-△ E / KT) (4)
In Equation (4), ΔE is Er at a wavelength of 527 nm shown in FIG. 3+ Excited level of 2 H 11/2 Energy level and Er at a wavelength of 550 nm 3+ Excited level of 4 S 3/2 2 shows the energy difference from the energy level. K indicates Boltzmann's constant and T indicates absolute temperature.
[0037]
By substituting the above equation (4) into the above equation (3), the following equation (5) can be obtained.
R = Cexp (−ΔE / KT) (5)
By taking the logarithm of the left side and the right side in the above equation (5), the following equation (6) can be obtained.
lnR = lnC- △ E / KT (6)
By modifying the above equation (6), the following equation (7) can be obtained.
lnR = (− △ E / K) × (1 / T) + lnC (7)
In the above equation (7), it can be seen that the slope with lnR on the vertical axis and 1 / T on the horizontal axis represents a straight line of-△ E / K. Therefore, for example, as shown in FIG. 1 Intensity ratio R at 1 Of the coordinate (1 / T 1 , LnR 1 ), A temperature characteristic curve of the temperature sensor of the present invention can be easily obtained by drawing a straight line having a slope of-△ E / K. Therefore, the temperature characteristic curve of the temperature sensor of the present invention can be easily derived by examining the relationship between the temperature at one point and the fluorescence intensity ratio. No need to look up.
[0038]
Further, in the temperature sensor according to the present invention, by examining the relationship between the temperature and the fluorescence intensity ratio at two points and creating a temperature characteristic curve, it is possible to measure the temperature with higher accuracy.
[0039]
In the above, the maximum fluorescence intensity I 1 And I 2 The temperature was calculated by calculating the fluorescence intensity ratio R with respect to the area S. The area S surrounded by the fluorescence spectrum within the wavelength range of 520 to 540 nm was obtained. 1 And the area S surrounded by the fluorescence spectrum within the wavelength range of 540 to 560 nm. 2 Ratio S (= S 2 / S 1 ), The temperature can be calculated in the same manner as described above.
[0040]
Further, in the above description, the chloride phosphor is excited by using ultraviolet rays, but it can be excited by infrared rays or electron beams. In the above description, ultraviolet light having an excitation wavelength of 381 nm is used, but any ultraviolet light having an excitation wavelength in the range of 381 to 382 nm can be used.
[0041]
In addition, Tm as an activator 3+ Is used even when Er is used. 3+ The temperature can be calculated in the same manner as in the above case. Tm 3+ Is used, the temperature is calculated using the fact that the relationship between the fluorescence intensity and the temperature is reversed in the range of the wavelength 670 to 690 nm and the range of 690 to 710 nm of the fluorescence spectrum. Here, as shown in FIG. 3+ Is used, the maximum fluorescence intensity I within the wavelength range of 670 to 690 nm is used. 1 Represents the fluorescence intensity at a wavelength of 680 nm, and the maximum fluorescence intensity I in the wavelength range of 690 to 710 nm. 2 Is the fluorescence intensity at a wavelength of 704 nm. ΔE is the Tm at a wavelength of 680 nm as shown in FIG. 3+ Excited level of 3 F 2 Energy level and Tm at a wavelength of 704 nm 3+ Excited level of 3 F 3 2 shows the energy difference from the energy level. Also, Tm 3+ When ultraviolet light is used, ultraviolet light having an excitation wavelength in the range of 358 to 360 nm, 456 to 458 nm, or 679 to 681 nm can be used. Others are Er 3+ Is the same as
[0042]
(Temperature measuring device)
The temperature measuring device of the present invention includes a unit for exciting the temperature sensor, a unit for detecting a fluorescence spectrum generated by the excitation of the temperature sensor, a unit for calculating a temperature from the detected spectrum, and displaying the calculated temperature. Means.
[0043]
Here, as a means for exciting the temperature sensor, for example, there is a method of irradiating the temperature sensor with ultraviolet rays, infrared rays, or an electron beam. As a method of irradiating the temperature sensor with ultraviolet light, for example, a method using a light source such as a hydrogen discharge tube, a xenon discharge tube, a mercury lamp, a ruby laser, an excimer laser or a dye laser, or a visible ultraviolet spectroscope or an ultraviolet filter, etc. There is a method of extracting ultraviolet rays by using a method.
[0044]
As a method of irradiating the temperature sensor with infrared rays, for example, there is a method using a light source such as a Glover lamp, a Nernst lamp, a carbon dioxide laser, a krypton laser, or a semiconductor laser. Further, as a method of irradiating the temperature sensor with an electron beam, for example, a method using a conventionally known electron gun and the like are available.
[0045]
The means for detecting the fluorescence spectrum generated by the excitation of the temperature sensor is not particularly limited, and a conventionally known method can be used. For example, there is a method using a spectrophotometer or a photodiode.
[0046]
The means for calculating the temperature from the detected spectrum is not particularly limited, and a conventionally known method can be used. For example, there is a method in which information of the detected fluorescence spectrum is input to a microcomputer or the like, and the temperature is calculated in cooperation with the microcomputer and a read-only memory in which a temperature characteristic curve is recorded. Also, the means for displaying the calculated temperature is not particularly limited, and a conventionally known device such as an LED display or a liquid crystal display may be used.
[0047]
Here, in the temperature measuring device of the present invention, it is preferable to provide a protective coating around the temperature sensor in order to avoid contact between the temperature sensor and the outside air. In this case, since the humidity resistance of the temperature sensor is improved, the durability of the temperature measuring device of the present invention is improved. As the protective coating, for example, there is a method of installing a plastic film or resin made of glass, polyimide, aramid, or the like around the temperature sensor.
[0048]
Further, in the temperature measuring device of the present invention, a transmission means such as an optical fiber is provided between the means for exciting the temperature sensor and the temperature sensor, between the temperature sensor and the means for detecting the fluorescence spectrum, or between both. It is preferable to have In this case, since the influence of the external environment on the fluorescence spectrum is small, the accuracy of the temperature measurement is improved.
[0049]
FIG. 6 shows a schematic conceptual diagram of an example of the temperature measuring device of the present invention. In FIG. 6, the excitation light emitted from the ultraviolet laser 1 is applied to the temperature sensor 4 in contact with the measurement object 3 through the optical fiber 2A, and the temperature sensor 4 emits light. Here, the temperature sensor 4 is Er 3+ Is an activator and is protectively coated with glass 6. A part of the generated light is reflected by the insulator mirror 5, and the generated light and the reflected light pass through the optical fiber 2B and the fluorescence spectrum thereof is detected by the spectrophotometer 7. The detected optical output is converted into a digital signal by an A / D converter (not shown), and the information is input to the computer 8.
[0050]
The following processing is performed in the computer 8. First, the maximum fluorescence intensity I in the wavelength range of 520 to 540 nm 1 'And the maximum fluorescence intensity I in the wavelength range of 540 to 560 nm. 2 The value of the 'ratio R' is calculated, and then the value of lnR ', the logarithm of this R', is calculated. Next, the value of the temperature T ′ is calculated from the value of the lnR ′ and the temperature characteristic curve equation lnR = (− △ E / K) × (1 / T) + lnC recorded in the read-only memory 9 in advance. The information on the calculated temperature T 'is converted into a digital signal and output. The output information on the temperature T ′ is displayed on the liquid crystal display 10.
[0051]
Such a temperature measuring device of the present invention can measure not only the surface temperature of an object as described above but also the temperature inside the object. Further, the temperature sensor and the temperature measuring device of the present invention can measure the temperature not only under an electric field and a magnetic field but also in a vacuum, and can be suitably used in a semiconductor and LCD manufacturing process.
[0052]
The embodiments disclosed this time are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
[0053]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a temperature sensor capable of measuring a temperature with high accuracy even under an electric field and a magnetic field, and capable of easily performing temperature characteristic curve creation and temperature calibration, and using the same. A temperature measurement device can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a fluorescence spectrum diagram of the temperature sensor of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged view of a fluorescence spectrum of the temperature sensor of the present invention.
FIG. 3 is an energy level diagram of erbium ions used in the temperature sensor of the present invention.
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the fluorescence intensity and the temperature of the temperature sensor of the present invention.
FIG. 5 is an energy level diagram of thulium ions used in the temperature sensor of the present invention.
FIG. 6 is a schematic conceptual diagram of an example of a temperature measuring device according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1. Ultraviolet laser, 2A, 2B optical fiber, 3 measuring object, 4 temperature sensor, 5 insulating mirror, 6 glass, 7 spectrophotometer, 8 computer, 9 read-only memory, 10 liquid crystal display.

Claims (7)

マトリックスとして塩化物を含み、付活剤としてエルビウムイオンまたはツリウムイオンを含む塩化物蛍光体からなることを特徴とする温度センサ。A temperature sensor comprising a chloride phosphor containing a matrix as a matrix and erbium ions or thulium ions as an activator. 前記塩化物が、下記一般式(1)で表わされる希土類塩化物であることを特徴とする請求項1に記載の温度センサ。
LnCl…(1)
[式(1)において、Lnはスカンジウム、イットリウム、ランタン、ガドリニウムおよびイッテルビウムの群より選ばれるいずれか一種の希土類元素を示す。]
The temperature sensor according to claim 1, wherein the chloride is a rare earth chloride represented by the following general formula (1).
LnCl 3 ... (1)
[In the formula (1), Ln represents any one rare earth element selected from the group consisting of scandium, yttrium, lanthanum, gadolinium, and ytterbium. ]
前記塩化物が、下記一般式(2)で表わされる希土類複合塩化物であることを特徴とする請求項1に記載の温度センサ。
AxByClz…(2)
[式(2)において、Aはアルカリ金属またはアルカリ土類金属を示し、Bは付活剤として含まれるエルビウムイオンまたはツリウムイオンと異なる種類の希土類元素を示す。また、x、yおよびzは、それぞれ0.1≦x≦10、0.1≦y≦10および0.4≦z≦60の範囲内にある実数を示す。]
The temperature sensor according to claim 1, wherein the chloride is a rare earth complex chloride represented by the following general formula (2).
AxByClz ... (2)
[In the formula (2), A represents an alkali metal or an alkaline earth metal, and B represents a rare earth element different from erbium ion or thulium ion contained as an activator. Also, x, y and z indicate real numbers in the ranges of 0.1 ≦ x ≦ 10, 0.1 ≦ y ≦ 10 and 0.4 ≦ z ≦ 60, respectively. ]
前記一般式(2)において、Aがバリウム、カリウムおよびストロンチウムの群より選ばれるいずれか一種のアルカリ金属またはアルカリ土類金属を示し、Bがスカンジウム、イットリウム、ランタン、ガドリニウムおよびイッテルビウムの群より選ばれるいずれか一種の希土類元素を示すことを特徴とする請求項3に記載の温度センサ。In the general formula (2), A represents any one kind of alkali metal or alkaline earth metal selected from the group consisting of barium, potassium and strontium, and B represents the group selected from the group consisting of scandium, yttrium, lanthanum, gadolinium and ytterbium. The temperature sensor according to claim 3, wherein the temperature sensor indicates any one kind of rare earth element. 前記塩化物が、ガラス状態の塩化物を含むことを特徴とする請求項1に記載の温度センサ。The temperature sensor according to claim 1, wherein the chloride includes chloride in a glassy state. 前記ガラス状態の塩化物が、亜鉛、カドミウム、銅、銀、リチウム、ガドリニウム、鉛およびマンガンからなる群から選択された少なくとも一種の元素の塩化物を含むことを特徴とする請求項5に記載の温度センサ。6. The chloride according to claim 5, wherein the chloride in a glassy state contains a chloride of at least one element selected from the group consisting of zinc, cadmium, copper, silver, lithium, gadolinium, lead and manganese. Temperature sensor. 請求項1に記載の温度センサを励起させる手段と、温度センサの励起によって生じた蛍光スペクトルを検出する手段と、検出されたスペクトルから温度を演算する手段と、演算された温度を表示する手段とを備えた温度測定装置。A means for exciting the temperature sensor according to claim 1, a means for detecting a fluorescence spectrum generated by the excitation of the temperature sensor, a means for calculating a temperature from the detected spectrum, and a means for displaying the calculated temperature. Temperature measuring device equipped with.
JP2002181631A 2002-06-21 2002-06-21 Temperature sensor and temperature measuring device using the same Expired - Lifetime JP4147057B2 (en)

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