[发明专利]PbSe量子点液芯光纤温度传感器的制作及温度检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及温度检测和光纤温度传感器领域，涉及一种胶体PbSe量子点液芯光纤温度传感器件的结构设计、制作和多点温度检测的方法。

背景技术

随着光纤测温技术的兴起，光纤温度传感器得到广泛的研究及应用。光纤具有不带电、体积小、质量轻、易弯曲、抗辐射性能好等优点。同时其作为传输材料，具有工作频率宽、动态范围大等优势。光纤温度传感器与传统的温度传感器相比，具有诸多优点：光波不产生电磁干扰、易被各种探测器件接收、可进行光电或电光转换、易与高度发展的现代电子装置相匹配等。其被广泛的应用于易燃、易爆、空间受严格限制及强电磁干扰等恶劣环境下。

光纤温度传感器主要分为分布式光纤温度传感器、光纤光栅温度传感器、光纤荧光温度传感器、干涉型光纤温度传感器等，而其中光纤荧光温度传感器是目前研究较为活跃的新型光纤温度传感器。目前，光纤荧光温度传感器主要使用稀土材料或有机材料作为荧光材料，不仅成本高、使用寿命受环境因素影响，同时其波长范围无法满足一些探测器接收范围。胶体半导体量子点材料是一种新型的荧光材料，与传统光纤荧光温度传感器使用的荧光材料相比，具有使用寿命长、成本低、荧光量子产率高、尺寸可调的发射光谱等独有优势，可作为新型的光转换材料。胶体硒化铅(PbSe)量子点在近红外区域具有很强的量子限域和高量子产率(>85％)，而且其荧光性质与温度直接相关。因此，胶体PbSe量子点作为光纤温度传感器的荧光转换材料显示出良好的应用前景。

基于上述背景，研制新型的传感方法，设计具有成本低、寿命长、光量子产率高、发射光谱域宽等优点的胶体PbSe量子点光纤荧光温度传感器件，有助于推动温度检测技术的进一步发展。经查找，制作基于胶体PbSe量子点液芯光纤敏感元件的胶体PbSe量子点液芯光纤温度传感器，并实现温度检测的方法在国内外未见有相关报道。

发明内容

为了克服光纤荧光温度传感器存在的荧光材料寿命受环境因素影响、成本昂贵、低量子产率、波长域窄等缺点，本发明提供一种PbSe量子点液芯光纤温度传感器的制作及温度检测方法，该方法采用胶体PbSe量子点作为光纤中的温度敏感荧光材料，利用其尺寸、温度依赖的光致发光性质和特定尺寸的胶体PbSe量子点发射光谱强度与温度的一一对应关系，采用一系列工艺方法，制作基于胶体PbSe量子点液芯光纤温度敏感元件，并构建胶体PbSe量子点液芯光纤温度传感器。在胶体PbSe量子点液芯光纤温度传感器中，将温度依赖的多点液芯光纤敏感元件输出的光信号，通过光电器件转换为电信号，经由放大器放大、A/D转换器、单片机采集和数据处理后，传输给显示器显示读数，实现温度的多点检测。本发明所构建的胶体PbSe量子点液芯光纤温度传感器的温度检测范围是0℃～90℃，分辨率为0.1℃。

本发明采用如下技术方案实现的，结合附图说明如下：

1、PbSe量子点液芯光纤温度传感器的制作方法，其特征在于，使用胶体PbSe量子点作为温度敏感荧光材料，制作一种多个温度敏感元件串联组合的胶体PbSe量子点液芯光纤温度敏感元件，并基于此种敏感元件设计一种适用于多点温度检测的光纤温度传感器，PbSe量子点液芯光纤温度传感器的制作方法如下：

第一步、选定多种尺寸的胶体PbSe量子点：选取光电探测器，要求胶体PbSe量子点液芯光纤敏感元件输出的光信号，即胶体PbSe量子点的发射光谱中心波长，落在光电探测器响应光谱的中心区域；选定胶体PbSe量子点的吸收光谱第一激子吸收峰中心波长后，根据公式1，D(nm)=λ(nm)-143.75281.25]]>

计算出相应的胶体PbSe量子点尺寸，公式1中λ为胶体PbSe量子点的吸收光谱第一激子吸收峰中心波长，D为胶体PbSe量子点的尺寸；通过尺寸调谐，胶体PbSe量子点发射光谱中心波长范围到900～2200nm；