ES2558733B1 - Device and method for remote temperature measurement - Google Patents
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Abstract
Dispositivo y método para medida remota de temperatura.#La invención se refiere a un dispositivo medida remota de temperatura que comprende: Una fuente luz infrarroja donde la fuente de iluminación está dispuesta para iluminar partículas luminiscentes cuya emisión de luminiscencia depende de la temperatura; un sistema de lentes para focalizar la fuente de luz infrarroja, un sensor de color RGB dispuesto para detectar la emisión de las partículas luminiscentes y suministrar simultáneamente una primera señal en una primera banda de longitudes de onda y una segunda señal en una segunda banda de longitudes de onda; un filtro para separar de la emisión de las partículas luminiscentes la reflexión de la fuente de iluminación de luz infrarroja, y una unidad de procesado configurada para calcular un valor de una relación entre la primera y la segunda señal suministradas por el sensor de color RGB y determinar la temperatura. Además, un método para medida remota de temperatura es provisto.Device and method for remote temperature measurement # The invention relates to a remote temperature measuring device comprising: An infrared light source where the light source is arranged to illuminate luminescent particles whose luminescence emission depends on the temperature; a lens system for focusing the infrared light source, an RGB color sensor arranged to detect the emission of the luminescent particles and simultaneously supplying a first signal in a first band of wavelengths and a second signal in a second band of lengths cool; a filter to separate the reflection of the infrared light source from the emission of the luminescent particles, and a processing unit configured to calculate a value of a relationship between the first and second signals supplied by the RGB color sensor and Determine the temperature. In addition, a method for remote temperature measurement is provided.
Description
DESCRIPCIONDESCRIPTION
Dispositivo y metodo para medida remota de temperaturaDevice and method for remote temperature measurement
5 La presente invention se refiere a un metodo y dispositivo para la medida remota de la temperatura basado en la emision visible de nanofosforos excitados con radiation infrarroja.The present invention relates to a method and device for remote temperature measurement based on the visible emission of excited nanophosphors with infrared radiation.
ESTADO DE LA TECNICA ANTERIORSTATE OF THE PREVIOUS TECHNIQUE
10 Existen varias aplicaciones en las que es necesario detectar la temperatura de forma remota.10 There are several applications where it is necessary to detect the temperature remotely.
Por ejemplo, en la prevention de funcionamientos incorrectos en maquinas y dispositivos, la localization de singularidades termicas, p.ej. incrementos de temperatura bien localizados, 15 puede ser crucial para evitar danos catastroficos. La localizacion de este tipo de singularidades termicas puede ser diflcil de predecir "a priori”, ya que no dependen del diseno de maquinas y/o dispositivos sino de la temperatura de los circuitos integrados y/o la interaction de los componentes durante condiciones reales de operation y, por lo tanto, la medida de la temperatura en remoto puede jugar un papel importante.For example, in the prevention of malfunctions in machines and devices, the localization of thermal singularities, eg well-located temperature increases, 15 can be crucial to avoid catastrophic damage. The location of this type of thermal singularities can be difficult to predict "a priori", since they do not depend on the design of machines and / or devices but on the temperature of the integrated circuits and / or the interaction of the components during real conditions of operation and, therefore, remote temperature measurement can play an important role.
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Otro campo en el que la medida remota de temperatura puede ser necesaria es el campo de la biomedicina: es bien conocido que la temperatura es esencial a la hora de determinar las caracterlsticas dinamicas de elementos biomedicos. Por ejemplo, la temperatura es uno de los parametros crlticos para determinar los Indices de division celular. Por consiguiente, la 25 monitorizacion de la temperatura en remoto es esencial para discernir el origen de ciertos comportamientos observados en este tipo de sistemas. Esto es basico para la detection temprana de ciertas enfermedades p.ej. inflamaciones y/o cancer.Another field in which remote measurement of temperature may be necessary is the field of biomedicine: it is well known that temperature is essential when determining the dynamic characteristics of biomedical elements. For example, temperature is one of the critical parameters to determine the cell division indices. Therefore, remote temperature monitoring is essential to discern the origin of certain behaviors observed in these types of systems. This is basic for the early detection of certain diseases eg inflammations and / or cancer.
Para abordar estos problemas es bien conocido el uso de la termometrla por 30 fotoluminiscencia basada en el analisis del espectro de la emision de nanofosforos. Sin embargo, esta tecnica tiene una serie de limitaciones que hace que su aplicacion no sea del todo satisfactoria y fiable fuera de las condiciones de medida controladas de laboratorio: la termometrla por fotoluminiscencia basada en el analisis del espectro de la emision de nanofosforos en general requiere de instrumentation compleja p.ej. monocromadores,To address these problems it is well known to use the thermometer for photoluminescence based on the analysis of the spectrum of the emission of nanophosphors. However, this technique has a series of limitations that makes its application not entirely satisfactory and reliable outside of the laboratory controlled measurement conditions: the photoluminescence thermometer based on the analysis of the spectrum of the emission of nanophosphors in general requires of complex instrumentation eg monochromators,
fotomultiplicadores sofisticados elementos mecanicos de alineamiento; ademas, la sensibilidad ante vibraciones y la sofisticacion de la instrumentation hace diflcil transferir esta metodologla a un entorno industrial.sophisticated photomultipliers mechanical alignment elements; In addition, the sensitivity to vibrations and the sophistication of instrumentation make it difficult to transfer this methodology to an industrial environment.
5 Para llevar a cabo la medida remota de temperatura son conocidos distintos tipos de dispositivos, por ejemplo camaras termograficas, que se caracterizan por ser dispositivos configurados para, a partir de las emisiones de infrarrojos del espectro electromagnetico de los cuerpos detectados, formar mapas de temperatura. Sin embargo, este tipo de dispositivos tiene diferentes inconvenientes que hacen que su uso no sea totalmente 10 conveniente: las camaras termograficas en general no son capaces de reproducir de una manera lo suficientemente buena, para cierto tipo de aplicaciones, las emisiones de infrarrojos del espectro electromagnetico de los cuerpos; tambien, muchos de este tipo de dispositivos, muestran una elevada dispersion en la respuesta que les hace perder exactitud; en otros casos, la sofisticacion de este tipo de camaras puede ser tambien una 15 desventaja, y otro inconveniente puede ser que este tipo de dispositivos da una imagen general de la temperatura de una zona, no de una temperatura focalizada en un solo punto y, por lo tanto, puede ser diflcil o imposible extraer de esta imagen la information concreta de un punto a escala nanometrica.5 Various types of devices are known for carrying out the remote temperature measurement, for example thermographic cameras, which are characterized by being devices configured to form temperature maps from the infrared emissions of the electromagnetic spectrum of the detected bodies. . However, these types of devices have different drawbacks that make their use not totally convenient: thermographic cameras in general are not capable of reproducing in a good way, for certain types of applications, the infrared emissions of the spectrum electromagnetic of the bodies; also, many of these devices show a high dispersion in the response that causes them to lose accuracy; in other cases, the sophistication of this type of cameras can also be a disadvantage, and another drawback may be that this type of device gives an overall picture of the temperature of an area, not of a temperature focused on a single point and, therefore, it may be difficult or impossible to extract from this image the specific information of a point on a nanometric scale.
20 Otros dispositivos son los espectrofotometros. Los espectrofotometros son equipos que se pueden utilizar para realizar un barrido del espectro de emision de un material luminiscente a partir del cual su temperatura puede ser determinada. Sin embargo, estos aparatos presentan una serie de desventajas que hacen que su uso para las aplicaciones comentadas no sea del todo adecuado: en primer lugar la determination de la temperatura 25 requiere operaciones manuales y sucesivas de selection de una parte del espectro y de integration para obtener un valor representativo de la temperatura. Por otro lado, son sensibles a vibraciones, de modo que la precision puede verse afectada y pueden ser inadecuados para su uso en diferentes entornos, p.ej. industriales; ademas requieren buenas condiciones de iluminacion, y consumen tiempos bastante largos en el escaneo del 30 espectro. Ademas, estos dispositivos no pueden ser integrados en microscopios. Finalmente, otro problema es la complejidad de diseno de este tipo de aparatos, y su elevado coste.20 Other devices are spectrophotometers. Spectrophotometers are equipment that can be used to scan the emission spectrum of a luminescent material from which its temperature can be determined. However, these devices have a number of disadvantages that make their use for the applications mentioned not entirely adequate: firstly, the determination of temperature 25 requires manual and successive operations of selecting a part of the spectrum and integrating obtain a representative temperature value. On the other hand, they are sensitive to vibrations, so that precision can be affected and may be inadequate for use in different environments, eg industrial; they also require good lighting conditions, and consume quite long times in the 30 spectrum scan. In addition, these devices cannot be integrated into microscopes. Finally, another problem is the design complexity of this type of device, and its high cost.
Otros dispositivos para la medida remota de temperatura pueden ser los pirometros, pero este tipo de dispositivos no son aplicables en condiciones de miniaturization ni en medidas con resolution nanometrica; otro importante problema puede ser la constante necesidad de refrigeration, que dificulta su implantation en entornos de alta temperatura.Other devices for remote temperature measurement may be pyrometers, but such devices are not applicable in miniaturization conditions or in measurements with nanometric resolution; Another important problem may be the constant need for refrigeration, which hinders its implantation in high temperature environments.
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La presente invention proporciona un dispositivo de medida remota de la temperatura que resuelve al menos en parte las limitaciones de los dispositivos de medida remota conocidos.The present invention provides a remote temperature measuring device that at least partially resolves the limitations of known remote measuring devices.
EXPLICACION DE LA INVENCIONEXPLANATION OF THE INVENTION
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De acuerdo con un primer aspecto, la presente invencion proporciona un dispositivo para medida remota de temperatura, que se caracteriza porque comprende: una fuente de iluminacion de luz infrarroja donde la fuente de iluminacion esta dispuesta para iluminar partlculas luminiscentes cuya emision de luminiscencia depende de la temperatura; un 15 sistema de lentes para focalizar la fuente de iluminacion de luz infrarroja; un sensor de color RGB dispuesto para detectar la emision de las partlculas luminiscentes y suministrar simultaneamente una primera senal relacionada con una intensidad de emision en una primera banda de longitudes de onda y una segunda senal relacionada con la intensidad de emision en una segunda banda de longitudes de onda; un filtro para separar de la emision 20 de las partlculas luminiscentes la reflexion de la fuente de iluminacion de luz infrarroja, antes de que la emision alcance el sensor de color RGB, y una unidad de procesado configurada para calcular un valor de una relation entre la primera y la segunda senal suministradas por el sensor de color RGB y determinar la temperatura de las partlculas en funcion del valor obtenido.According to a first aspect, the present invention provides a device for remote temperature measurement, characterized in that it comprises: a source of infrared light illumination where the source of illumination is arranged to illuminate luminescent particles whose luminescence emission depends on the temperature; a lens system to focus the source of infrared light illumination; an RGB color sensor arranged to detect the emission of the luminescent particles and simultaneously supply a first signal related to an emission intensity in a first band of wavelengths and a second signal related to the emission intensity in a second band of lengths cool; a filter to separate from the emission 20 of the luminescent particles the reflection of the infrared light source, before the emission reaches the RGB color sensor, and a processing unit configured to calculate a value of a relation between the First and second signals supplied by the RGB color sensor and determine the temperature of the particles based on the value obtained.
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Ha sido encontrado que esta combination de elementos permite la medida remota de temperatura de modo fiable no solo a nivel de laboratorio sino tambien a nivel industrial, y en particular en aplicaciones miniaturizadas y a escala nanometrica, y con un coste inferior al de soluciones conocidas.It has been found that this combination of elements allows remote temperature measurement reliably not only at the laboratory level but also at the industrial level, and in particular in miniaturized and nanometer-scale applications, and at a lower cost than known solutions.
Por ejemplo, para implementar un dispositivo de medida remota de temperatura en tiempo real, compacto y fiable, el sensor de color RGB puede ser el modelo S9806 de Hamamatsu.For example, to implement a real-time, compact and reliable remote temperature measurement device, the RGB color sensor can be Hamamatsu's S9806 model.
A continuation se explica con mas detalle de que manera el dispositivo permite la medida remota de manera fiable.The following explains in more detail how the device allows remote measurement reliably.
El sensor de color RGB puede ser un sensor digital de color. El sensor de color RGB puede 5 estar formado por una matriz de fotodiodos dispuestos en un circuito integrado; cada uno de los fotodiodos que componen el sensor de color RGB puede ser sensible a un color de la luz p.ej. rojo, azul y/o verde y, por lo tanto, se puede conseguir un filtro para una primera banda de longitudes de onda p.ej. rojo y un filtro para una segunda banda de longitudes de onda. p.ej. azul o verde.The RGB color sensor can be a digital color sensor. The RGB color sensor may be formed by an array of photodiodes arranged in an integrated circuit; each of the photodiodes that make up the RGB color sensor can be sensitive to a color of light eg red, blue and / or green and, therefore, a filter for a first band of lengths of eg red wave and a filter for a second band of wavelengths. eg blue or green.
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De esta manera, el sensor de color RGB puede detectar la intensidad de emision de las partlculas luminiscentes en dos bandas de longitudes de onda simultaneamente.In this way, the RGB color sensor can detect the emission intensity of the luminescent particles in two bands of wavelengths simultaneously.
La emision de luminiscencia de las partlculas luminiscentes que se superpone con cada 15 banda de longitudes de onda puede ser medida p.ej. integrada y, por lo tanto, una primera y una segunda senales del sensor de color RGB pueden ser obtenidas simultaneamente.The luminescence emission of the luminescent particles that overlaps with each band of wavelengths can be measured eg integrated and, therefore, a first and a second signal of the RGB color sensor can be obtained simultaneously.
Finalmente, un valor representativo de la temperatura puede ser obtenido en tiempo real en funcion de una relation p.ej. una operation matematica del tipo cociente entre la primera y la 20 segunda senal del sensor de color RGB por medio de la unidad de procesado.Finally, a representative value of the temperature can be obtained in real time depending on a relation eg a mathematical operation of the quotient type between the first and the second signal of the RGB color sensor by means of the processing unit.
El uso de un sensor de color RGB permite obtener de manera automatica senales representativas de la temperatura del material luminiscentes en bandas de longitudes de onda predeterminadas, y en particular en varias bandas simultaneamente. De este modo se 25 puede realizar con facilidad, rapidez y a tiempo real una medida fiable, ya que se basa en la relation entre dos senales representativas de la temperatura del material.The use of an RGB color sensor allows to obtain automatically signals representative of the luminescent material temperature in bands of predetermined wavelengths, and in particular in several bands simultaneously. In this way, a reliable measurement can be carried out easily, quickly and in real time, since it is based on the relationship between two signals representative of the material temperature.
En realizaciones de la invention, la primera banda de longitudes de onda es una banda en el rojo y la segunda banda de longitudes de onda es una banda en el azul o en el verde.In embodiments of the invention, the first band of wavelengths is a band in red and the second band of wavelengths is a band in blue or green.
En realizaciones, la primera banda de longitudes de onda es una banda en el azul, y la segunda banda de longitudes de onda es una banda en el verde.In embodiments, the first band of wavelengths is a band in blue, and the second band of wavelengths is a band in green.
En realizaciones de la invention, la fuente de iluminacion de luz infrarroja puede emitir en un rango de longitudes de onda de 800-1200 nm. Emitiendo en este rango la emision de luminiscencia por parte de las partlculas luminiscentes puede ser optimizada para partlculas determinadas.In embodiments of the invention, the infrared light source can emit in a wavelength range of 800-1200 nm. By emitting in this range the emission of luminescence by the luminescent particles can be optimized for particular particles.
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En otras realizaciones de la invencion, la fuente de iluminacion de luz infrarroja puede ser un diodo laser o un LED. En los diodos laser, por ejemplo, la energla puede ser focalizada en una sola direction, y por lo tanto la iluminacion de las partlculas luminiscentes puede ser mejorada; ademas, el rendimiento tanto del diodo laser como del LED puede ser muy alta 10 por lo que el consumo de energla puede ser optimizado. Ademas, tanto el diodo laser comoIn other embodiments of the invention, the source of infrared light illumination may be a laser diode or an LED. In laser diodes, for example, the energy can be focused in only one direction, and therefore the illumination of the luminescent particles can be improved; in addition, the performance of both the laser diode and the LED can be very high 10 so that the energy consumption can be optimized. In addition, both the laser diode and
el LED tienen un peso y volumen reducidos, por lo que la usabilidad del dispositivo puede ser mejorada.The LED have a reduced weight and volume, so the usability of the device can be improved.
En todavla otras realizaciones de la invencion, la fuente de iluminacion de luz infrarroja 15 puede estar configurada para emitir a varias potencias distintas. De este modo, el usuarioIn still other embodiments of the invention, the infrared light source 15 may be configured to emit at several different powers. In this way, the user
puede seleccionar la potencia mas adecuada para cada tipo de aplicacion. Por lo tanto, una senal luminiscente lo suficientemente energetica para ser analizada por el equipo de procesado puede ser emitida.You can select the most suitable power for each type of application. Therefore, a luminescent signal energetic enough to be analyzed by the processing equipment can be emitted.
20 En algunas realizaciones concretas, la relation entre la primera senal y la segunda senal se define como un cociente.20 In some concrete embodiments, the relationship between the first signal and the second signal is defined as a quotient.
En todavla algunas realizaciones, el sistema de lentes para focalizar la fuente de luz puede comprender un objetivo de microscopio.In some embodiments, the lens system for focusing the light source may comprise a microscope objective.
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De acuerdo con realizaciones de la invencion, el dispositivo de este primer aspecto puede comprender ademas un elemento de visionado configurado para mostrar la temperatura.In accordance with embodiments of the invention, the device of this first aspect may further comprise a viewing element configured to display the temperature.
De acuerdo a un segundo aspecto de la invencion se proporciona un metodo para medida 30 remota de la temperatura. El metodo comprende: aplicar sobre una superficie a medir o bien en el interior de un cuerpo transparente a medir, unas partlculas luminiscentes cuya emision de luminiscencia depende de la temperatura; iluminar las partlculas luminiscentes por medio de una fuente de iluminacion de luz infrarroja; detectar mediante un sensor de color RGB la emision de las partlculas luminiscentes en una primera banda de longitudes de onda y laAccording to a second aspect of the invention, a method for remote temperature measurement is provided. The method comprises: applying on a surface to be measured or inside a transparent body to be measured, luminescent particles whose emission of luminescence depends on the temperature; illuminate the luminescent particles by means of an infrared light source of illumination; detect the emission of the luminescent particles in a first band of wavelengths with a RGB color sensor and the
emision de las partlculas luminiscentes en una segunda banda de longitudes de onda; suministrar mediante el sensor, y de forma simultanea, una primera senal relacionada con la intensidad de emision en la primera banda de longitudes de onda y una segunda senal relacionada con la intensidad de emision en la segunda banda de longitudes de onda; 5 calcular un valor para una relacion entre la primera senal y la segunda senal; y determinar la temperatura en funcion del valor obtenido.emission of the luminescent particles in a second band of wavelengths; supply by means of the sensor, and simultaneously, a first signal related to the emission intensity in the first band of wavelengths and a second signal related to the emission intensity in the second band of wavelengths; 5 calculate a value for a relationship between the first signal and the second signal; and determine the temperature based on the value obtained.
Segun realizaciones de la invention, en el metodo de este segundo aspecto se pueden seleccionar partlculas luminiscentes cuya emision de luminiscencia es tal que la primera 10 senal y la segunda senal tienen un comportamiento diferente con respecto a la temperatura, es decir frente a una variation de la temperatura.According to embodiments of the invention, in the method of this second aspect, luminescent particles can be selected whose luminescence emission is such that the first signal and the second signal have a different behavior with respect to temperature, that is to say against a variation of temperature.
Segun realizaciones de la invencion, en el metodo de este segundo aspecto se pueden seleccionar partlculas luminiscentes cuya emision de luminiscencia es tal que la primera 15 senal y la segunda senal tienen un comportamiento opuesto con respecto a la temperatura De esta manera, la fiabilidad de la medida puede ser aumentada debido a la gran variacion en la relacion entre la primera y la segunda senal cuando varla la temperatura.According to embodiments of the invention, in the method of this second aspect, luminescent particles can be selected whose luminescence emission is such that the first signal and the second signal have an opposite behavior with respect to temperature. Thus, the reliability of the measurement can be increased due to the great variation in the relationship between the first and second signals when the temperature varies.
En algunas realizaciones, las partlculas luminiscentes pueden estar dopadas con iones 20 lantanidos.In some embodiments, the luminescent particles may be doped with lanthanide ions.
Las partlculas dopadas con iones lantanidos pueden cumplir la condition que la senal relacionada con la emision en la primera banda de longitudes de onda y la senal relacionada con la segunda banda de longitudes de onda tengan comportamientos opuestos, teniendo ademas una gran variacion en la relacion entre la primera y la segunda senal; en 25 consecuencia, la fiabilidad puede verse aumentada. Ademas, pueden ser adecuadas para absorber la radiation de la fuente de iluminacion infrarroja y pueden emitir en los rangos de temperatura que pueden ser manejados habitualmente para algunas aplicaciones p.ej. temperaturas en el rango 10-70 °C que pueden ser manejadas habitualmente en aplicaciones biologicas. Este tipo de partlculas pueden ser ademas biocompatibles 30 facilitando su aplicacion en elementos de tipo biologico.The particles doped with lanthanide ions can fulfill the condition that the signal related to the emission in the first band of wavelengths and the signal related to the second band of wavelengths have opposite behaviors, also having a great variation in the relationship between the first and second signals; consequently, reliability can be increased. In addition, they may be suitable for absorbing radiation from the infrared illumination source and can emit in the temperature ranges that can usually be handled for some applications eg temperatures in the range 10-70 ° C that can usually be handled in biological applications This type of particles can also be biocompatible, facilitating their application in biological elements.
En algunas realizaciones concretas, los iones lantanidos pueden ser seleccionados entre el grupo que comprende Iterbio (Yb3+), Erbio (Er3+), Tulio (Tm3+), o Holmio (Ho3+).In some specific embodiments, the lanthanide ions may be selected from the group comprising Iterbium (Yb3 +), Erbium (Er3 +), Tulio (Tm3 +), or Holmium (Ho3 +).
En realizaciones de la invention, las partlculas luminiscentes pueden tener una dimension menor a 100 nm. De esta manera, se pueden aplicar en cierto tipo de organismos biologicos p.ej. celulas.In embodiments of the invention, the luminescent particles may have a dimension less than 100 nm. In this way, they can be applied in certain types of biological organisms eg cells.
5 En realizaciones, la relation entre la primera senal y la segunda senal puede ser definida como un cociente.5 In embodiments, the relationship between the first signal and the second signal can be defined as a quotient.
En algunas realizaciones concretas, la fuente de iluminacion de luz infrarroja puede emitir en un rango de longitudes de onda de 800-1200 nm.In some specific embodiments, the infrared light source can emit in a wavelength range of 800-1200 nm.
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En realizaciones de la invencion, la fuente de iluminacion de luz infrarroja puede ser seleccionada entre un diodo laser o un LED.In embodiments of the invention, the infrared light source can be selected from a laser diode or LED.
En todavla otras realizaciones, la fuente de iluminacion de luz infrarroja puede estar 15 configurada para emitir a varias potencias distintas.In still other embodiments, the infrared light source may be configured to emit at various different powers.
En realizaciones, la temperatura se puede obtener comparando con un patron predeterminado el valor de la relacion entre la primera y la segunda senal suministradas por el sensor de color RGB simultaneamente.In embodiments, the temperature can be obtained by comparing with a predetermined pattern the value of the relationship between the first and second signals supplied by the RGB color sensor simultaneously.
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En algunas realizaciones, el patron predeterminado puede ser generado mediante una etapa de calibration.In some embodiments, the predetermined pattern can be generated by a calibration step.
En realizaciones de la invencion, generar el patron predeterminado mediante una etapa de 25 calibracion comprende: introducir las partlculas luminiscentes en un horno, Aplicar sucesivamente una pluralidad de temperaturas a las partlculas mediante el horno, y para cada temperatura seleccionada; detectar mediante el sensor de color RGB la emision de las partlculas luminiscentes en la primera banda de longitudes de onda y en la segunda banda de longitudes de onda; obtener del sensor de color RGB la primera senal y la segunda senal 30 relacionadas con la emision de las partlculas en las dos bandas de longitudes de onda de forma simultanea, y calcular el valor de la relacion entre la primera y la segunda senal. Ademas el metodo comprende, generar el patron con los valores obtenidos de la relacion entre la primera y la segunda senal a las temperaturas seleccionadas.In embodiments of the invention, generating the predetermined pattern by a step of calibration comprises: introducing the luminescent particles in an oven, successively applying a plurality of temperatures to the particles by means of the oven, and for each selected temperature; detect the emission of the luminescent particles by the RGB color sensor in the first wavelength band and in the second wavelength band; obtain from the RGB color sensor the first signal and the second signal 30 related to the emission of the particles in the two bands of wavelengths simultaneously, and calculate the value of the relationship between the first and second signals. In addition, the method includes generating the pattern with the values obtained from the relationship between the first and second signals at the selected temperatures.
En un tercer aspecto de la invention un kit puede ser provisto. El kit puede comprender partlculas luminiscentes configuradas para variar la luminiscencia en funcion de la temperatura, en diferentes rangos de temperatura, y un dispositivo para medida remota de temperatura de acuerdo con el primer aspecto de la invencion.In a third aspect of the invention a kit can be provided. The kit may comprise luminescent particles configured to vary the luminescence as a function of temperature, in different temperature ranges, and a device for remote temperature measurement according to the first aspect of the invention.
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Otros objetos, ventajas y caracterlsticas de realizaciones de la invencion se pondran de manifiesto para el experto en la materia a partir de la description, o se pueden aprender con la practica de la invencion.Other objects, advantages and features of embodiments of the invention will become apparent to the person skilled in the art from the description, or they can be learned through the practice of the invention.
10 BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS10 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
A continuation se describiran realizaciones particulares de la presente invencion a tltulo de ejemplo no limitativo, con referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales:Particular embodiments of the present invention will be described below by way of non-limiting example, with reference to the accompanying drawings, in which:
15 La figura 1 es una grafica que muestra la evolution de la intensidad de la emision de las partlculas luminiscentes con la temperatura en una realization de la invencion;Figure 1 is a graph showing the evolution of the intensity of the emission of the luminescent particles with the temperature in an embodiment of the invention;
La figura 2 es una grafica que muestra la evolucion de la intensidad de la emision de las partlculas luminiscentes con la temperatura en otra realizacion de la invencion;Figure 2 is a graph showing the evolution of the intensity of the emission of the luminescent particles with the temperature in another embodiment of the invention;
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La figura 3 muestra una section del sistema de medida remota de temperatura de acuerdo a una realizacion de la invencion.Figure 3 shows a section of the remote temperature measurement system according to an embodiment of the invention.
La figura 4 es una grafica que muestra la superposition de la intensidad de la banda de 25 emision de las partlculas luminiscentes para una determinada temperatura y una primera banda de emision de longitudes de onda y una segunda banda de emision de longitudes de onda del sensor de color RGB en una realizacion de la invencionFigure 4 is a graph showing the superposition of the intensity of the emission band of the luminescent particles for a given temperature and a first wavelength emission band and a second wavelength emission band of the sensor RGB color in an embodiment of the invention
La figura 5 es una grafica de un patron que se puede utilizar en la determination de la 30 temperatura en realizaciones de la invencion;Figure 5 is a graph of a pattern that can be used in determining the temperature in embodiments of the invention;
La figura 6 es una grafica que muestra la superposicion de la intensidad de la banda de emision de las partlculas luminiscentes para una determinada temperatura y una primeraFigure 6 is a graph showing the superposition of the emission band intensity of the luminescent particles for a given temperature and a first
banda de emision de longitudes de onda y una segunda banda de emision de longitudes de onda del sensor de color RGB en otra realization de la invention;wavelength emission band and a second wavelength emission band of the RGB color sensor in another embodiment of the invention;
La figura 7 es una grafica de un patron que se puede utilizar en la determination de la 5 temperatura en otras realizaciones de la invencion.Figure 7 is a graph of a pattern that can be used in determining the temperature in other embodiments of the invention.
EXPOSICION DETALLADA DE MODOS DE REALIZACIONDETAILED EXHIBITION OF MODES OF EMBODIMENT
En realizaciones de la presente invencion, se puede basar un metodo de medida remota de 10 la temperatura en el uso de partlculas luminiscentes, por ejemplo nanopartlculas luminiscentes, cuyas propiedades de emision de luz por fluorescencia varlan con la temperatura.In embodiments of the present invention, a method of remote temperature measurement can be based on the use of luminescent particles, for example luminescent nanoparticles, whose fluorescent light emission properties vary with temperature.
Las partlculas se aplican a una superficie o en el interior de un cuerpo transparente del cual 15 se quiere medir la temperatura, de modo que adquieren la misma temperatura que la superficie o el cuerpo, y se iluminan con una fuente de iluminacion de radiation infrarroja. Como consecuencia de esta iluminacion, las partlculas emiten un espectro, cuya intensidad depende de la temperatura, que puede ser detectado. Del espectro de emision detectado se puede deducir la temperatura de las partlculas, y por tanto de la superficie o del cuerpo a 20 traves del cociente entre las intensidades de la primera y la segunda senal suministradas por un sensor de color p.ej. un sensor del tipo RGB en dos bandas de longitudes onda.The particles are applied to a surface or inside a transparent body of which the temperature is to be measured, so that they acquire the same temperature as the surface or the body, and are illuminated with an infrared radiation illumination source. As a consequence of this illumination, the particles emit a spectrum, the intensity of which depends on the temperature, which can be detected. The temperature of the particles can be deduced from the emission spectrum detected, and therefore from the surface or body 20 through the quotient between the intensities of the first and second signals supplied by a color sensor eg a sensor RGB type in two bands of wavelengths.
A tltulo de ejemplo, unas partlculas luminiscentes adecuadas para ser utilizadas en una realizacion de un metodo de medida remota de la temperatura de acuerdo con la presente 25 invencion son nanopartlculas cristalinas de GdVO4 codopadas con Tm3+ (0.2-2%) y Yb3+ (15%).By way of example, luminescent particles suitable for use in an embodiment of a remote temperature measurement method according to the present invention are crystalline nanoparticles of GdVO4 co-coupled with Tm3 + (0.2-2%) and Yb3 + (15% ).
La figura 1 es una grafica que muestra la intensidad de la emision de estas nanopartlculas luminiscentes en funcion de la temperatura, en una zona del espectro entre 400 y 750 nm y 30 para un rango de temperaturas de 301 y 673 K, cuando las partlculas se iluminan con una fuente de iluminacion de luz infrarroja con una longitud de onda de 980 nm.Figure 1 is a graph showing the intensity of the emission of these luminescent nanoparticles as a function of temperature, in an area of the spectrum between 400 and 750 nm and 30 for a temperature range of 301 and 673 K, when the particles are they illuminate with an infrared light source with a wavelength of 980 nm.
Tres bandas de emision pueden ser observadas: una primera banda relacionada con la intensidad de emision en la banda de longitudes de onda en el rojo puede corresponder aThree emission bands can be observed: a first band related to the emission intensity in the red wavelength band may correspond to
una transition entre los estados electronicos 3F3 ^ 3H6 del ion Tm3+, y esta localizada alrededor de 700 nm. Una segunda banda relacionada con la intensidad de emision en la banda de longitudes de onda en el azul puede corresponder a una transition entre los estados electronicos 1G4 ^ 1H6 del ion Tm3+, y esta localizada alrededor de 475 nm. 5 Finalmente, una tercera banda puede corresponder a una transition entre los estados electronicos 1G4 ^ 1F6, y esta localizada alrededor de 650 nm.a transition between the 3F3 ^ 3H6 electronic states of the Tm3 + ion, and is located around 700 nm. A second band related to the emission intensity in the blue wavelength band may correspond to a transition between the 1G4 ^ 1H6 electronic states of the Tm3 + ion, and is located around 475 nm. 5 Finally, a third band can correspond to a transition between the electronic states 1G4 ^ 1F6, and is located around 650 nm.
Como muestra la grafica, dependiendo de la temperatura de las partlculas varla la intensidad de emision, en particular la intensidad en la banda de longitudes de onda en el 10 rojo y la intensidad de emision en la banda de longitudes de onda en el azul. Por ejemplo, la intensidad en la banda de longitudes de onda en el rojo (p.ej. a 700 nm) se incrementa con la temperatura. Sin embargo, a medida que se incrementa la temperatura de las partlculas, la intensidad de emision en la banda de longitudes de onda en el azul (p.ej. a 475 nm) decrece.As the graph shows, depending on the temperature of the particles, the emission intensity varies, in particular the intensity in the wavelength band in the red and the emission intensity in the wavelength band in the blue. For example, the intensity in the wavelength band in red (eg at 700 nm) increases with temperature. However, as the temperature of the particles increases, the emission intensity in the blue wavelength band (eg at 475 nm) decreases.
15fifteen
En consecuencia, la intensidad de emision en el rojo y la intensidad de emision en el azul tienen un comportamiento diferente p.ej. opuesto con respecto a la temperatura.Consequently, the emission intensity in the red and the emission intensity in the blue have a different behavior, eg opposite with respect to the temperature.
En otros ejemplos, las nanopartlculas cristalinas podrlan ser de NaYF4 codopadas con Er3+ e 20 Yb3+.In other examples, the crystalline nanoparticles could be NaYF4 codopated with Er3 + and 20 Yb3 +.
La figura 2 es una grafica que muestra la intensidad de la emision de estas nanopartlculas luminiscentes en funcion de la temperatura, en una zona del espectro entre 520 y 690 nm y para un rango de temperaturas de 296 y 334 K, cuando las partlculas se iluminan con una 25 fuente de iluminacion de luz infrarroja con una longitud de onda de 980 nm.Figure 2 is a graph showing the intensity of the emission of these luminescent nanoparticles as a function of temperature, in an area of the spectrum between 520 and 690 nm and for a temperature range of 296 and 334 K, when the particles are illuminated with an infrared light source with a wavelength of 980 nm.
Dos bandas de emision pueden ser observadas: una primera banda relacionada con la intensidad de emision en la banda de longitudes de onda en el verde puede corresponder a la transition entre los estados electronicos 4H11/2, 4S3/2 ^ 4I15/2 del ion Er3+, y esta localizada 30 alrededor de 550 nm. Una segunda banda relacionada con la intensidad de emision en la banda de longitudes de onda en el rojo puede corresponder a la transition entre los estados electronicos 4F3/2 ^ 4I15/2 del ion Er3+, y esta localizada alrededor de 670 nm.Two emission bands can be observed: a first band related to the emission intensity in the green wavelength band may correspond to the transition between the electronic states 4H11 / 2, 4S3 / 2 ^ 4I15 / 2 of the Er3 + ion , and is located around 550 nm. A second band related to the emission intensity in the red wavelength band may correspond to the transition between the electronic states 4F3 / 2 ^ 4I15 / 2 of the Er3 + ion, and is located around 670 nm.
Como muestra la grafica, dependiendo de la temperatura de las partlculas varla la intensidad de emision, en particular la intensidad en la banda de longitudes de onda en el rojo y la intensidad de emision en la banda de longitudes de onda en el verde. Por ejemplo, la intensidad en la banda de longitudes de onda en el rojo (p.ej. a 670 nm) practicamente no 5 cambia con la temperatura. Sin embargo, a medida que se incrementa la temperatura de las partlculas, la intensidad de emision en la banda de longitudes de onda en el verde (p.ej. a 550 nm) decrece.As the graph shows, depending on the temperature of the particles, the emission intensity varies, in particular the intensity in the wavelength band in the red and the emission intensity in the wavelength band in the green. For example, the intensity in the wavelength band in red (eg at 670 nm) practically does not change with temperature. However, as the temperature of the particles increases, the emission intensity in the green wavelength band (eg at 550 nm) decreases.
En consecuencia, la intensidad de emision en el rojo y la intensidad de emision en el verde 10 tienen un comportamiento diferente con respecto a la temperatura.Consequently, the emission intensity in red and the emission intensity in green 10 have a different behavior with respect to temperature.
A continuation se describira una realization de la invention en la cual el uso de partlculas de este tipo permite medir en remoto la temperatura de una superficie.Next, an embodiment of the invention will be described in which the use of such particles makes it possible to remotely measure the temperature of a surface.
15 La figura 3 muestra parcialmente y de modo muy esquematico la estructura de un dispositivo 1 para medida de temperatura de acuerdo a una realizacion de la invencion.Fig. 3 partially and schematically shows the structure of a device 1 for measuring temperature according to an embodiment of the invention.
El elemento 3 representa una fuente de iluminacion de luz infrarroja. Esta fuente de iluminacion infrarroja 3 puede ser del tipo diodo laser aunque otras fuentes de iluminacion 20 infrarroja son posibles p.ej. LED, fuente de iluminacion policromatica (una bombilla incandescente con un filtro). Ademas, la fuente de iluminacion infrarroja puede emitir en un rango de longitudes de onda de 800-1200 nm, tlpicamente por ejemplo a 980 nm, emitiendo en este rango las partlculas luminiscentes pueden ser excitadas de manera adecuada. Ademas, la fuente de iluminacion infrarroja 3 puede estar configurada para emitir a varias 25 potencias distintas, por ejemplo entre 200 y 600 mW.Element 3 represents a source of infrared light illumination. This infrared illumination source 3 can be of the laser diode type although other infrared illumination sources 20 are possible eg LED, polychromatic illumination source (an incandescent bulb with a filter). In addition, the infrared illumination source can emit in a wavelength range of 800-1200 nm, typically for example at 980 nm, emitting in this range the luminescent particles can be adequately excited. In addition, the infrared illumination source 3 can be configured to emit at several different powers, for example between 200 and 600 mW.
El elemento 7 representa un sistema de lentes para focalizar la fuente de iluminacion de luz infrarroja 3 y recoger la fluorescencia emitida por las partlculas fluorescentes. De esta manera, el haz de luz puede ser focalizado para mejorar la iluminacion sobre las partlculas 30 luminiscentes y/o fluorescentes, y como resultado, la intensidad de las emisiones en una primera y una segunda banda de emisiones de longitudes de onda puede ser incrementada. El sistema de lentes 7 puede, ademas, ser un objetivo de microscopio.Element 7 represents a lens system to focus the source of infrared light illumination 3 and collect the fluorescence emitted by the fluorescent particles. In this way, the light beam can be focused to improve the illumination on the luminescent and / or fluorescent particles, and as a result, the intensity of the emissions in a first and second band of wavelength emissions can be increased . The lens system 7 can also be a microscope objective.
El elemento 6 representa el cuerpo o superficie del que se quiere medir y/o sensar la temperatura. El elemento 6 puede ser de tipo biologico o metalico aunque realizaciones de la invention pueden aplicarse a otros materiales.Element 6 represents the body or surface from which the temperature is to be measured and / or sensed. The element 6 can be of biological or metallic type although embodiments of the invention can be applied to other materials.
5 El elemento 5 representa las partlculas luminiscentes cuya emision de luminiscencia depende de la temperatura. Las partlculas luminiscentes 5 pueden estar formadas por una matriz de nanopartlculas cristalinas de GdVO4 dopado con Tm3+ y Yb3+, como se describe mas arriba. El resultado puede ser preparado mediante el uso de NH4VO3 y nitratos lantanidos como reactantes. El primer paso puede comprender un proceso de tipo sol-gel, 10 este proceso tipo sol-gel se refiere a la preparation de la solution (destilada en agua, 40 ml) de las cantidades que pueden ser requeridas de nitratos lantanidos y NH4VO3. El pH puede ser ajustado a 7 adicionando NH4OH. La dispersion resultante puede ser tratada hidrotermicamente a 185 °C durante 24 horas. Las partlculas luminiscentes 5 obtenidas pueden ser separadas por centrifugacion y, ademas, pueden ser lavadas con agua destilada 15 y secadas a 120 °C.5 Element 5 represents the luminescent particles whose luminescence emission depends on the temperature. The luminescent particles 5 may be formed by a matrix of crystalline nanoparticles of GdVO4 doped with Tm3 + and Yb3 +, as described above. The result can be prepared by using NH4VO3 and lanthanide nitrates as reactants. The first step may comprise a sol-gel type process, this sol-gel type process refers to the preparation of the solution (distilled in water, 40 ml) of the amounts that may be required of lanthanide nitrates and NH4VO3. The pH can be adjusted to 7 by adding NH4OH. The resulting dispersion can be hydrothermally treated at 185 ° C for 24 hours. The luminescent particles 5 obtained can be separated by centrifugation and, in addition, they can be washed with distilled water 15 and dried at 120 ° C.
Las partlculas se aplican sobre la superficie del elemento 6, por ejemplo por adhesion, de modo que esten en cada momento a la misma temperatura que la superficie. Alternativamente, en cuerpos transparentes p.ej. elementos de naturaleza biologica tales 20 como celulas, las partlculas luminiscentes pueden incorporarse en el interior del cuerpo transparente.The particles are applied on the surface of the element 6, for example by adhesion, so that they are at all times at the same temperature as the surface. Alternatively, in transparent bodies eg elements of a biological nature such as cells, the luminescent particles can be incorporated into the interior of the transparent body.
El elemento 8 representa un sensor de color RGB. El sensor de color RGB 8, p.ej. un sensor modelo S9806 de Hamamatsu, puede estar formado por una matriz de fotodiodos 25 dispuestos en un circuito integrado; cada uno de los fotodiodos que componen el sensor deElement 8 represents an RGB color sensor. The RGB 8 color sensor, eg a Hamamatsu model S9806 sensor, can be formed by a matrix of photodiodes 25 arranged in an integrated circuit; each of the photodiodes that make up the sensor
color RGB es sensible a un color de la luz y, por lo tanto, el sensor presenta un filtro para una banda de longitudes de onda en el azul, un filtro para una banda de longitudes de onda en el rojo y un filtro para una banda de longitudes de onda en el verde.RGB color is sensitive to a color of light and, therefore, the sensor features a filter for a band of wavelengths in blue, a filter for a band of wavelengths in red and a filter for a band of wavelengths in the green.
30 El sensor de color RGB 8 puede tener 12 bits de salida digital y puede ser ajustado en dos30 The RGB 8 color sensor can have 12 bits of digital output and can be set in two
modos sensibilidad, un modo de sensibilidad alto que puede permitir una matriz de 9 x 9 fotodiodos y un modo de sensibilidad bajo que puede permitir una matriz de 3x3 fotodiodos.sensitivity modes, a high sensitivity mode that can allow a 9x9 photodiode array and a low sensitivity mode that can allow a 3x3 photodiode array.
La banda de longitudes de onda en el rojo puede estar definida entre 590 y 720 nm. La banda de longitudes de onda en el verde puede estar definida entre 510 y 590 nm. La banda de longitudes de onda en el azul puede estar definida entre 400 y 510 nm. En otros ejemplos de sensores, las bandas de longitudes de onda en el rojo, verde y azul pueden estar 5 definidas en rangos distintos de longitudes de onda.The wavelength band in red can be defined between 590 and 720 nm. The wavelength band in the green can be defined between 510 and 590 nm. The wavelength band in blue can be defined between 400 and 510 nm. In other examples of sensors, the wavelength bands in red, green and blue can be defined in ranges other than wavelengths.
A tltulo de ejemplo concreto y no limitativo, el sensor de color RGB puede tener las siguientes caracterlsticas:As a concrete and non-limiting example, the RGB color sensor can have the following characteristics:
10 - 12 bits de salida digital;10-12 bits of digital output;
- Medida simultanea para longitudes de onda en el rojo, verde y azul;- Simultaneous measurement for wavelengths in red, green and blue;
- Relacion de sensibilidad 1 : 9;- 1: 9 sensitivity ratio;
- Voltaje de operacion de 3,3 V- 3.3V operating voltage
15 El sensor 8 esta dispuesto para detectar la emision de las partlculas 5, y emitir tres senales: una primera senal, relacionada con la intensidad de emision detectada por el sensor en la banda de longitudes de onda en el rojo, una segunda senal, relacionada con la intensidad de emision detectada por el sensor en la banda de longitudes de onda en el azul y una tercera senal, relacionada con la intensidad de la emision detectada por el sensor en la 20 banda de longitudes de onda en el verde.15 The sensor 8 is arranged to detect the emission of the particles 5, and emit three signals: a first signal, related to the emission intensity detected by the sensor in the wavelength band in the red, a second signal, related with the emission intensity detected by the sensor in the band of wavelengths in blue and a third signal, related to the intensity of the emission detected by the sensor in the band of wavelengths in green.
El elemento 4 representa un filtro, p.ej. un espejo dicroico, para separar de la emision de las partlculas luminiscentes la reflexion de la fuente de iluminacion, de modo que la emision suministrada al sensor 8 puede estar libre de ruido y/o interferencias.The element 4 represents a filter, eg a dichroic mirror, to separate the reflection of the light source from the emission of the luminescent particles, so that the emission supplied to the sensor 8 can be free of noise and / or interference .
2525
El dispositivo 1 puede comprender tambien una unidad de procesado 2 para tratar las senales emitidas por el sensor de color RGB y determinar a partir de este tratamiento la temperatura de la superficie a medir.The device 1 can also comprise a processing unit 2 to treat the signals emitted by the RGB color sensor and determine from this treatment the temperature of the surface to be measured.
30 La unidad de procesado 2 puede estar conectada a un elemento 9 de visionado, p.ej. una pantella para mostrar la temperatura determinada y opcionalmente otros datos.30 The processing unit 2 can be connected to a viewing element 9, eg a display to show the determined temperature and optionally other data.
A continuation se describira con mas detalle un ejemplo del funcionamiento del sensor 8, as! como el tratamiento de las senales del sensor para obtener la temperatura.An example of the operation of the sensor 8 as follows will be described in more detail below. as the treatment of the sensor signals to obtain the temperature.
La figura 4 ilustra la superposicion de los filtros del sensor RGB 8 para una primera banda de longitudes de onda en el azul y una segunda banda de longitudes de onda en el rojo con la intensidad de emision de las partlculas luminiscentes de GdVO4 codopadas con Yb3+ y 5 Tm3+ para una determinada temperatura en estas dos bandas. La grafica es puramente ilustrativa ya que para facilitar la representation se ha dibujado una forma aproximada de la intensidad de emision. Ademas los valores de emision de las nanopartlculas luminiscentes pueden cambiar dependiendo del tipo de material empleado. Los filtros para las bandas de longitudes de onda tambien pueden cambiar dependiendo del tipo de sensor de colorFigure 4 illustrates the superposition of the filters of the RGB 8 sensor for a first band of wavelengths in blue and a second band of wavelengths in red with the emission intensity of the luminescent particles of GdVO4 coded with Yb3 + and 5 Tm3 + for a given temperature in these two bands. The graph is purely illustrative since to facilitate the representation an approximate form of the emission intensity has been drawn. In addition, the emission values of the luminescent nanoparticles may change depending on the type of material used. Filters for wavelength bands can also change depending on the type of color sensor
10 utilizado. En este ejemplo concreto, la intensidad de emision de longitudes de onda en el rojo no queda centrada con la maxima intensidad de detection del sensor de color RGB. Sin embargo, si queda parcialmente dentro de la cola de deteccion del filtro, por lo que el filtro integrara parte de la emision.10 used. In this specific example, the emission intensity of wavelengths in red is not centered with the maximum detection intensity of the RGB color sensor. However, if it is partially within the filter's detection queue, the filter will integrate part of the emission.
15 El sensor 8 integra la intensidad de emision en cada banda (es decir, para cada banda de longitudes de onda calcula el area que queda bajo la curva de emision), y emite senales representativas de los valores obtenidos: una primera senal S1 que corresponde a la integral de la emision en el rojo, y una segunda senal S2 que corresponde a la integral de la emision en el azul.15 Sensor 8 integrates the emission intensity in each band (that is, for each band of wavelengths it calculates the area that remains under the emission curve), and emits signals representative of the values obtained: a first signal S1 that corresponds to the integral of the emission in the red, and a second signal S2 that corresponds to the integral of the emission in the blue.
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Estas dos senales pueden ser suministradas a la unidad de procesado 2, que puede calcular un valor para una relation entre la primera senal S1 y la segunda senal S2 y determinar la temperatura en funcion del valor obtenido.These two signals can be supplied to the processing unit 2, which can calculate a value for a relationship between the first signal S1 and the second signal S2 and determine the temperature based on the value obtained.
25 Por ejemplo, la unidad de procesado 2 puede calcular el valor del cociente S1/S2 entre las dos senales. Para determinar la temperatura que corresponde al valor S1/S2 obtenido, la unidad de procesado puede comparar este valor con un patron predeterminado: este patron se ha obtenido previamente, por ejemplo en una etapa de calibration del dispositivo25 For example, the processing unit 2 can calculate the value of the S1 / S2 ratio between the two signals. To determine the temperature corresponding to the S1 / S2 value obtained, the processing unit can compare this value with a predetermined pattern: this pattern has been previously obtained, for example in a calibration stage of the device
30 La Figura 5 muestra a modo de ejemplo un patron predeterminado, en este caso un patron correspondiente a un dispositivo que comprende una fuente de iluminacion a 980 nm y con una potencia de 600 mW, un sensor de color RGB con filtros como los representados en la figura 4, y utilizando partlculas cristalinas de GdVO4 codopadas con Tm3+ (0.2-2%) y Yb3+ (15%).30 Figure 5 shows by way of example a predetermined pattern, in this case a pattern corresponding to a device comprising a 980 nm illumination source and with a power of 600 mW, an RGB color sensor with filters such as those represented in Figure 4, and using crystalline GdVO4 particles co-coupled with Tm3 + (0.2-2%) and Yb3 + (15%).
Como puede verse en la grafica de la figura 5, si por ejemplo el valor del cociente S1/S2 entre las senales del sensor es de 1.045 entonces la temperatura de las partlculas, y por tanto de la superficie, es de 500 K.As can be seen in the graph of Figure 5, if for example the value of the S1 / S2 ratio between the sensor signals is 1,045 then the temperature of the particles, and therefore of the surface, is 500 K.
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El proceso de calibrado del sistema puede ser realizado mediante etapas que se describen a continuation: En primer lugar se introducen las partlculas en un horno que controla la temperatura con una precision de ± 0.1 °C. A continuacion se iluminan las partlculas luminiscentes por medio de una fuente de iluminacion de luz infrarroja. Mediante el sensor 10 de color RGB se realizan un determinado numero de medidas, a diferentes temperaturas que seran conocidas a traves de la caracterizacion termica del horno. De esta manera se obtiene la primera y la segunda senal relacionadas con la emision.The system calibration process can be carried out through steps described below: First, the particles are introduced into an oven that controls the temperature with an accuracy of ± 0.1 ° C. The luminescent particles are then illuminated by means of an infrared light source. By means of the RGB color sensor 10 a certain number of measurements are made, at different temperatures that will be known through the thermal characterization of the oven. In this way the first and second signals related to the broadcast are obtained.
En algunas realizaciones, la medida a una determinada temperatura puede ser repetida un 15 numero determinado de veces para mejorar la precision de la medida. A partir de estos datos se representa la curva patron que puede permitir determinar la temperatura a traves de la emision de estas partlculas detectada con el sensor de color RGB en cualquier otra situation. Las figuras 5 y 7 son ejemplos de estas curvas patron.In some embodiments, the measurement at a certain temperature may be repeated a certain number of times to improve the accuracy of the measurement. From this data, the standard curve that can allow determining the temperature through the emission of these particles detected with the RGB color sensor in any other situation is represented. Figures 5 and 7 are examples of these pattern curves.
20 Cuando se utiliza una fuente de iluminacion que puede emitir a distintas potencias, el patron predeterminado comprendera una curva por cada potencia, ya que la emision de las partlculas a una cierta temperatura depende entre otros parametros de la potencia con la que se iluminan.20 When a lighting source that can emit at different powers is used, the predetermined pattern will comprise a curve for each power, since the emission of the particles at a certain temperature depends among other parameters on the power with which they are illuminated.
25 En el proceso de calibrado, el medio que envuelve a las partlculas luminiscentes puede influir sobre la precision con la que se puede determinar su temperatura, por lo que la operation de calibrado debe ser realizada en un solo medio p.ej. aire, llquido.25 In the calibration process, the medium that surrounds the luminescent particles can influence the accuracy with which their temperature can be determined, so the calibration operation must be performed in a single medium eg air, liquid .
La figura 6 ilustra la superposition de los filtros del sensor digital 8 para una primera banda 30 de longitudes de onda en el rojo y una segunda banda de longitudes de onda en el verde con la intensidad de emision de las partlculas luminiscentes de NaYF4 codopadas con Yb3+ y Er3+ para una determinada temperatura en estas dos bandas. La grafica es puramente ilustrativa ya que para facilitar la representation se ha dibujado una forma aproximada de la intensidad de emision. Ademas los valores de emision de las nanopartlculas luminiscentesFigure 6 illustrates the superposition of the digital sensor filters 8 for a first band 30 of wavelengths in red and a second band of wavelengths in green with the emission intensity of NaYF4 luminescent particles co-coupled with Yb3 + and Er3 + for a certain temperature in these two bands. The graph is purely illustrative since to facilitate the representation an approximate form of the emission intensity has been drawn. In addition the emission values of the luminescent nanoparticles
pueden cambiar dependiendo del tipo de material empleado. Los filtros para las bandas de longitudes de onda tambien pueden cambiar dependiendo del tipo de sensor de color utilizado.They may change depending on the type of material used. Filters for wavelength bands can also change depending on the type of color sensor used.
5 El sensor 8 integra la intensidad de emision en cada banda (es decir, para cada banda de longitudes de onda calcula el area que queda bajo la curva de emision), y emite senales representativas de los valores obtenidos: una primera senal S1 que corresponde a la integral de la emision en el rojo, y una segunda senal S2 que corresponde en este caso a la integral de la emision en el verde.5 Sensor 8 integrates the emission intensity in each band (that is, for each band of wavelengths it calculates the area that remains under the emission curve), and emits signals representative of the values obtained: a first signal S1 that corresponds to the integral of the emission in the red, and a second signal S2 that corresponds in this case to the integral of the emission in the green.
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Estas dos senales pueden ser suministradas a la unidad de procesado 2, que puede calcular un valor para una relacion entre la primera senal S1 y la segunda senal S2 y determinar la temperatura en funcion del valor obtenido.These two signals can be supplied to the processing unit 2, which can calculate a value for a relationship between the first signal S1 and the second signal S2 and determine the temperature based on the value obtained.
15 Por ejemplo, la unidad de procesado 2 puede calcular el valor del cociente S1/S2 entre las dos senales. Para determinar la temperatura que corresponde al valor S1/S2 obtenido, la unidad de procesado puede comparar este valor con un patron predeterminado: este patron se ha obtenido previamente, por ejemplo en una etapa de calibration del dispositivo15 For example, the processing unit 2 can calculate the value of the ratio S1 / S2 between the two signals. To determine the temperature corresponding to the S1 / S2 value obtained, the processing unit can compare this value with a predetermined pattern: this pattern has been previously obtained, for example in a calibration stage of the device
20 La Figura 7 muestra a modo de ejemplo el patron predeterminado, en este caso un patron correspondiente a un dispositivo que comprende una fuente de iluminacion a 980 nm y con una potencia de 600 mW, un sensor de color RGB con filtros como los representados en la figura 3, y utilizando partlculas cristalinas de NaYF4 codopadas con Er3+ e Yb3.20 Figure 7 shows by way of example the predetermined pattern, in this case a pattern corresponding to a device comprising a lighting source at 980 nm and with a power of 600 mW, an RGB color sensor with filters such as those represented in Figure 3, and using crystalline NaYF4 particles co-coupled with Er3 + and Yb3.
25 Como puede verse en la grafica de la figura 7, si por ejemplo el valor del cociente S1/S2 entre las senales del sensor es de 1.035 entonces la temperatura de las partlculas, y por tanto de la superficie, es de 425 K aproximadamente.25 As can be seen in the graph of Figure 7, if for example the value of the S1 / S2 ratio between the sensor signals is 1,035 then the temperature of the particles, and therefore of the surface, is approximately 425 K.
La estructura y la operacion de la etapa de calibrado puede ser la misma que la descritaThe structure and operation of the calibration stage may be the same as described.
30 para la figura 5.30 for figure 5.
Como se puede ver, el patron se genera como una grafica entre la temperatura y la relacion entre la primera y la segunda senal. En algunos casos la relacion entre la primera y laAs you can see, the pattern is generated as a graph between temperature and the relationship between the first and second signals. In some cases the relationship between the first and the
segunda senal podrla no ajustarse a una recta. Tambien se puede utilizar como patron la funcion matematica, si esta es conocida.Second signal may not fit a line. The mathematical function can also be used as a pattern, if it is known.
A pesar de que se han descrito aqul solo algunas realizaciones y ejemplos particulares de la 5 invencion, el experto en la materia comprendera que son posibles otras realizaciones alternativas y/o usos de la invencion, asl como modificaciones obvias y elementos equivalentes. Ademas, la presente invencion abarca todas las posibles combinaciones de las realizaciones concretas que se han descrito. El alcance de la presente invencion no debe limitarse a realizaciones concretas, sino que debe ser determinado unicamente por una 10 lectura apropiada de las reivindicaciones adjuntas.Although only some particular embodiments and examples of the invention have been described here, the person skilled in the art will understand that other alternative embodiments and / or uses of the invention are possible, as well as obvious modifications and equivalent elements. In addition, the present invention encompasses all possible combinations of the specific embodiments that have been described. The scope of the present invention should not be limited to specific embodiments, but should be determined only by an appropriate reading of the appended claims.
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