كيفية استخدام الألياف الضوئية الفلورية لقياس درجة الحرارة

مبدأ قياس درجة الحرارة مدى الحياة مضان

بعد تشعيعها بالضوء, تمتص الإلكترونات الموجودة في المادة الحساسة الفوتونات وتنتقل من مستوى الطاقة المنخفض إلى مستوى الطاقة المرتفع المثار, ومن ثم العودة إلى مستوى الطاقة المنخفض من خلال التحول الإشعاعي, انبعاث مضان. يعتمد انبعاث الفلورسنت المستمر بعد إزالة ضوء الإثارة على عمر الحالة المثارة. عادة ما يتحلل هذا الانبعاث بشكل كبير, ويمكن استخدام الثابت الزمني للانحلال الأسي لقياس عمر الحالة المثارة, وهو ما يسمى عمر مضان أو وقت اضمحلال مضان.

مضان استشعار درجة الحرارة مدى الحياة

طول عمر مضان يعتمد على درجة الحرارة. تُصدر مستشعرات درجة حرارة الفلورسنت مدى الحياة أطيافًا خطية في الطيف المرئي بعد تشعيع بعض المواد الفلورية الأرضية النادرة وإثارة الضوء فوق البنفسجي, إنه, التألق وتوهجه هما التألق بعد توقف الإثارة. إذا تم تعديل معلمة التألق بواسطة درجة الحرارة وكانت العلاقة رتيبة, ويمكن استخدام هذه العلاقة لقياس درجة الحرارة. ترتبط شدة الطيف الخطي بكثافة مصدر ضوء الإثارة ودرجة حرارة مادة الفلورسنت. إذا كان مصدر الضوء ثابتا, شدة الطيف الخطي الفلوري هي دالة ذات قيمة واحدة لدرجة الحرارة وتتحلل بمرور الوقت. عمومًا, كلما انخفضت درجة الحرارة الخارجية, كلما كان التألق أقوى وكان تحلل الشفق أبطأ. عن طريق تصفية طيف الإثارة من خلال مرشح وقياس شدة الخطوط الطيفية لانبعاث الشفق الفلورسنت, يمكن تحديد درجة الحرارة. لكن طريقة القياس هذه تتطلب كثافة ضوء إثارة ثابتة وقناة إشارة, الذي يصعب تحقيقه, لذلك نادرا ما يستخدم. بالإضافة, ثابت وقت الاضمحلال للتوهج اللاحق هو أيضًا دالة ذات قيمة واحدة لدرجة الحرارة.

من منظور نظرية أشباه الموصلات, إن اضمحلال الشفق واختفاءه هو عملية إخماد الضوء. كلما ارتفعت درجة الحرارة, كلما كان اهتزاز الشبكة أقوى, كلما زاد عدد الفونونات المشاركة في الامتصاص, وكلما كان إخماد الضوء أسرع. لذلك, تحدد درجة حرارة المواد الفلورية سرعة إخماد الضوء, إنه, حجم ثابت زمن الاضمحلال.

أكبر ميزة لاستخدام عمر الفلورسنت لقياس درجة الحرارة هي أن علاقة تحويل درجة الحرارة يتم تحديدها من خلال عمر الفلورسنت, ولا يتأثر بعوامل خارجية أخرى مثل التغيرات في شدة مصدر ضوء الإثارة, كفاءة نقل الألياف, أو درجة الاقتران. لذلك, لها مزايا كبيرة مقارنة بطريقة قياس درجة الحرارة باستخدام كثافة ذروة التألق أو نسبة الشدة كإشارة استشعار لدرجة الحرارة, ويستند إلى مبدأ قياس درجة حرارة الألياف البصرية.