CN110186587B - 一种荧光测温方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种荧光测温方法，主要阐明利用液体的荧光强度测量温度的方法。具有荧光性的液体热胀冷缩，液体贮液槽上方的液柱高度随之发生变化，在均匀的激发光照射下，液柱的总荧光强度相应于温度而变化，或者温度变化也可以反映为液柱总荧光强度与激发光强度比例的变化。本方法具有安全可靠、免疫电磁干扰、信号可以无线传输、可以目视观察判断实时温度等优点。

Description

一种荧光测温方法
技术领域
本发明涉及一种光学无线测量温度的方法，具体涉及一种荧光测温方法。
背景技术
温度测量方法包括膨胀式测温、电量式测温和光电、热色测温等类型，其中，膨胀式测温器件具有简单可靠、成本低廉的优点，其使用方式一般是肉眼直读体膨胀或线膨胀对应的指示刻度，但如果转换为电信号输出，一方面存在放电的可能，不适于在可燃气体环境中应用如矿井、油气管道；另一方面存在电磁干扰，不适于强电磁场环境如变电设备的温度测量。
本发明将膨胀式测温技术与荧光现象结合，保留膨胀式测温技术的优点的同时具有光测技术的典型优点，包括免疫电磁干扰、可以无线测量等。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用荧光承载温度信号的光学测温方法，兼具有膨胀式测温和光学测温技术的优点。本发明的荧光测温方法不同于常见的荧光寿命法利用荧光的温度猝灭机理测温，而是利用产生荧光的液体的热胀冷缩，使液体贮液槽上方的液柱高度变化，从而使稳定均匀激发条件下液柱的总荧光强度与激发光强度的比例发生变化，最终该比例值线性地依赖于温度值。这种方法不仅可以通过荧光无线监测温度，而且可目视观察液柱高度判断温度大小。本方法还可以直接实现液位的荧光式传感。
本发明技术方案如下：一种荧光测温方法，它包括基于荧光液体材料，在已知温度下记录膨胀的液柱的荧光光强，并与入射的激发光强度相比，拟合所得强度比随温度变化的规律，得到温度传感方程，将未知温度下测得强度比代入传感方程，得知被测温度；其特征在于方法步骤如下：
步骤一、将荧光液体材料注满贮液槽，随环境温度升高而膨胀的液体进入连接贮液槽的真空玻璃毛细管形成液柱；
步骤二、测量和记录毛细管中液柱的荧光光强，标定所述荧光材料的温度传感曲线；具体步骤如下；
步骤2-1.在一定温度范围内渐次设置改变溶液所处的环境温度；
步骤2-2.测量并记录步骤2-1所述各个温度下溶液的荧光强度；
步骤2-3.计算溶液的荧光强度与入射光强度的强度比；
步骤2-4.拟合得到步骤2-3所述强度比与温度的关系函数；
步骤三、将所述荧光液体材料置于未知温度环境，激发出液柱的荧光，记录它的荧光强度与入射光强度，代入由步骤2-4所得到的关系函数，得到待测温度值。
所述液柱的高低反映温度的大小，可以肉眼观察其高度以判定温度值，该方式即常规的膨胀式测温方式。
当激发光均匀地照射整个所述的毛细管，包括没有被液柱填充的空间，所述液柱被均匀的激发光激发出荧光，因为均匀激发的情形下荧光的总强度正比于被激发的荧光物质的总量，所以荧光的总强度正比于液柱高度。所使用的荧光液体材料在本方案的应用温度范围内温度猝灭效应须不显著。
所述液柱的总荧光强度与激发光强度的比值与温度之间是线性依赖关系。即使激发光强度涨落也不影响这种依赖关系。
无论液位与温度有无关系，所述的方法还可以仅用于检测液柱的高度，亦即液位，而无论液位的变化是否由温度变化引起。
本发明的有益效果：主要阐明利用液体的荧光强度测量温度的方法，具有荧光性的液体热胀冷缩，液体贮液槽上方的液柱高度随之发生变化，在均匀的激发光照射下，液柱的总荧光强度相应于温度而变化，或者温度变化也可以反映为液柱总荧光强度与激发光强度比例的变化。本方法具有安全可靠、免疫电磁干扰、信号可以无线传输、可以目视观察判断实时温度等优点。
附图说明
图1为本发明的荧光测温方法对应的一种传感***结构示例示意图；
图中：1.激发光光源；2.毛细管；3.液柱；4.贮液槽；5.光纤束；6.准直光路。
具体实施方式
下面结合说明书及具体实施例对本发明作出进一步地详细阐述，所述实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。下述实施例中所使用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法；所使用的材料、试剂等，如无特殊说明，为可从商业途径得到的试剂和材料。
本发明技术内容部分描述了一种利用荧光强度测量温度的方法。以下实例以罗丹明基荧光染料的酒精溶液为所述的荧光液体材料，测试***组成如图1，主要由激发光光源1、毛细管2、液柱3、贮液槽4、光纤束5、准直光路6。具体描述如下：贮液槽4内充满液体，贮液槽4上连接有真空玻璃毛细管2，热膨胀的液体进入毛细管2形成部分填充的液柱3。其中毛细管一侧设有激发光光源1，一字线状激发光光源1发出的激发光均匀照射毛细管2。毛细管2另一侧，用光纤束5收集透射光，透射光中包含部分激发光和液柱3发出的荧光。准直光路6以透镜组的形式将透射光会聚再转换为平行光，然后通过干涉滤光片组依次分光、滤光，分离了的荧光与激发光分别经由光电转换元件探测强度，再经比例运算后输出、显示。
在0～40℃温度范围内渐次设置改变该溶液所处的环境温度，测量和记录已知环境温度下该溶液的荧光强度A、激发光强度B。
计算罗丹明酒精溶液荧光强度与激发光强度的比值，拟合该强度比与温度的数据关系，对应的关系函数即为标定本测试***的温度传感方程。
测试***置于未知温度环境中，在同样的测试条件下测量其荧光与激发光强度比，代入之前标定的温度传感方程，即得到待测温度值。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种荧光测温方法，它包括基于荧光液体材料，在已知温度下记录膨胀的液柱的荧光光强，并与入射的激发光强度相比，拟合所得强度比随温度变化的规律，得到温度传感方程，将未知温度下测得强度比代入传感方程，得知被测温度；其特征在于方法步骤如下：
步骤一、将荧光液体材料注满贮液槽，随环境温度升高而膨胀的液体进入连接贮液槽的真空玻璃毛细管形成液柱，所述液柱的高低反映温度的大小；
步骤二、当激发光均匀地照射整个所述的毛细管，所述液柱被均匀的激发光激发出荧光，荧光的总强度正比于液柱高度，所述液柱的总荧光强度与激发光强度的比值与温度之间是线性依赖关系，测量和记录毛细管中液柱的荧光光强，标定所述荧光材料的温度传感曲线；具体步骤如下：
步骤2-1.在一定温度范围内渐次设置改变溶液所处的环境温度；
步骤2-2.测量并记录步骤2-1所述各个温度下溶液的荧光强度；
步骤2-3.计算溶液的荧光强度与入射光强度的强度比；
步骤2-4.拟合得到步骤2-3所述强度比与温度的关系函数；
步骤三、将所述荧光液体材料置于未知温度环境，激发出液柱的荧光，记录它的荧光强度与入射光强度，代入由步骤2-4所得到的关系函数，得到待测温度值。
2.根据权利要求1所述的一种荧光测温方法，其特征在于：无论液位与温度有无关系，所述的方法还可以仅用于检测液柱的高度，亦即液位。
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