Come utilizzare la fibra ottica fluorescente per misurare il principio della temperatura

Principio della misurazione della temperatura durante la vita della fluorescenza

Dopo essere stato irradiato con la luce, gli elettroni nel materiale sensibile assorbono fotoni e passano dal livello di bassa energia allo stato eccitato di alto livello di energia, e poi ritornare al basso livello energetico attraverso la transizione della radiazione, emettendo fluorescenza. L'emissione di fluorescenza sostenuta dopo l'eliminazione della luce di eccitazione dipende dalla durata dello stato eccitato. Questa emissione tipicamente decade in modo esponenziale, e la costante di tempo del decadimento esponenziale può essere utilizzata per misurare la durata dello stato eccitato, che è chiamato durata della fluorescenza o tempo di decadimento della fluorescenza.

Sensore di temperatura a fluorescenza a vita

La durata della vita della fluorescenza dipende dalla temperatura. I sensori di temperatura a fluorescenza a vita emettono spettri lineari nello spettro visibile dopo che alcune sostanze fluorescenti delle terre rare vengono irradiate ed eccitate dalla luce ultravioletta, Cioè, la fluorescenza e il suo bagliore residuo sono la luminescenza dopo l'interruzione dell'eccitazione. Se un parametro di fluorescenza è modulato dalla temperatura e il rapporto è monotono, questa relazione può essere utilizzata per la misurazione della temperatura. L'intensità dello spettro lineare è correlata all'intensità della sorgente luminosa di eccitazione e alla temperatura del materiale fluorescente. Se la sorgente luminosa è costante, l'intensità dello spettro lineare fluorescente è una funzione a valore singolo della temperatura e decade nel tempo. Generalmente, più bassa è la temperatura esterna, più forte è la fluorescenza e più lento è il decadimento del bagliore residuo. Filtrando lo spettro di eccitazione attraverso un filtro e misurando l'intensità delle linee spettrali di emissione del bagliore residuo della fluorescenza, è possibile determinare la temperatura. Ma questo metodo di misurazione richiede un'intensità della luce di eccitazione e un canale del segnale stabili, che è difficile da raggiungere, quindi è usato raramente. Inoltre, anche la costante di tempo di decadimento del bagliore residuo della fluorescenza è una funzione a valore singolo della temperatura.

Dal punto di vista della teoria dei semiconduttori, il decadimento e la scomparsa del bagliore residuo è il processo di spegnimento della luce. Maggiore è la temperatura, più forte è la vibrazione del reticolo, più fononi partecipano all'assorbimento, e più veloce è l'estinzione della luce. Pertanto, la temperatura dei materiali fluorescenti determina la velocità di spegnimento della luce, Cioè, la dimensione della costante di tempo di decadimento.

Il vantaggio più grande derivante dall'utilizzo della durata della fluorescenza per la misurazione della temperatura è che la relazione di conversione della temperatura è determinata dalla durata della fluorescenza, e non è influenzato da altri fattori esterni come i cambiamenti nell'intensità della sorgente luminosa di eccitazione, efficienza di trasmissione della fibra, o grado di accoppiamento. Pertanto, presenta vantaggi significativi rispetto al metodo di misurazione della temperatura che utilizza l'intensità del picco di fluorescenza o il rapporto di intensità come segnale di rilevamento della temperatura, e si basa sul principio della misurazione della temperatura a fibra ottica.

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