Принцип використання флуоресцентного оптичного волокна для вимірювання температури

Принцип вимірювання температури протягом життя флуоресценції

Після опромінення світлом, електрони в чутливому матеріалі поглинають фотони та переходять від рівня низької енергії до високоенергетичного рівня збудженого стану, а потім повернутися до низького рівня енергії через перехід випромінювання, випромінюючи флуоресценцію. Стійке випромінювання флуоресценції після усунення збуджуючого світла залежить від часу існування збудженого стану. Це випромінювання зазвичай експоненціально спадає, а постійна часу експоненціального спаду може бути використана для вимірювання часу життя збудженого стану, який називається часом життя флуоресценції або часом згасання флуоресценції.

Флуоресцентний датчик температури протягом усього терміну служби

Тривалість життя флуоресценції залежить від температури. Флуоресцентні датчики температури протягом усього терміну служби випромінюють лінійчаті спектри у видимому спектрі після того, як деякі рідкоземельні флуоресцентні речовини опромінюються та збуджуються ультрафіолетовим світлом, тобто, флуоресценція та її післясвітіння — це світіння після припинення збудження. Якщо параметр флуоресценції модулюється температурою, то співвідношення є монотонним, це співвідношення можна використовувати для вимірювання температури. Інтенсивність лінійчастого спектру пов'язана з інтенсивністю джерела збудження світла та температурою флуоресцентного матеріалу. Якщо джерело світла постійне, інтенсивність флуоресцентного лінійчастого спектру є функцією єдиного значення температури та зменшується з часом. Загалом, тим нижче зовнішня температура, тим сильніше флуоресценція і повільніше згасання післясвітіння. Відфільтрувавши спектр збудження через фільтр і вимірявши інтенсивність спектральних ліній випромінювання післясвічення флуоресценції, температуру можна визначити. Але цей метод вимірювання вимагає стабільної інтенсивності збуджуючого світла та каналу сигналу, чого важко досягти, тому використовується рідко. Крім цього, постійна часу згасання післясвічення флуоресценції також є функцією єдиного значення температури.

З точки зору теорії напівпровідників, згасання і зникнення післясвітіння - це процес гасіння світла. Чим вище температура, тим сильніше коливання решітки, тим більше фононів бере участь у поглинанні, і тим швидше гасіння світла. Тому, температура люмінесцентних матеріалів визначає швидкість гасіння світла, тобто, розмір постійної часу розпаду.

Найбільша перевага використання часу життя флуоресценції для вимірювання температури полягає в тому, що співвідношення перетворення температури визначається часом життя флуоресценції, і на нього не впливають інші зовнішні фактори, такі як зміни інтенсивності джерела збудження світла, ефективність передачі волокна, або ступінь зчеплення. Тому, він має значні переваги перед методом вимірювання температури з використанням пікової інтенсивності флуоресценції або співвідношення інтенсивності як сигналу вимірювання температури, і заснований на принципі оптоволоконного вимірювання температури.