[发明专利]一种近红外荧光的高灵敏度温度传感方法

说明书

本发明提供了一种近红外荧光的高灵敏度温度传感方法，涉及光学温度传感领域，该方法包括：采用910～920nm的激光作为泵浦光源，对掺杂有Yb³⁺和Er³⁺的光学温度传感材料进行激发，采集在不同温度下的光学温度传感材料在940‑1800nm波段的光致发光光谱，并对光致发光光谱中的两个荧光峰谱带进行积分，建立两个荧光峰谱带的荧光强度比随温度变化的标准曲线；以及将光学温度传感材料置于待测环境中，采集在940‑1800nm波段的光致发光光谱，并进行计算，得出待测温度值。这种温度传感方法是基于非热耦合能级和斯托克斯荧光转换的测温方法，其测温范围宽、光谱不重叠、荧光效率高、灵敏度高。

技术领域

本发明涉及光学温度传感领域，具体而言，涉及一种近红外荧光的高灵敏度温度传感方法。

背景技术

当今社会，温度在众多科研和生产领域中都发挥着至关重要的作用，它是检测与控制的关键参数。材料学、生物学等领域的高速发展对温度的检测提出了更高的要求，因此测温技术一直在不断地进步和发展。传统的接触式测温技术(如热电偶、热电阻等温度传感器)已很成熟，但是由于其测温原理的限制，其动态性及实时性较差，已经无法满足当前的发展需求。除此之外，传统接触式测温技术往往难以应用于高电压、强电磁场、易爆易燃等特殊环境中，在应用上有较大的局限性。而光学测温技术采用非接触式测温，且具有抗化学腐蚀、完全电绝缘性的特点，所以其适应性强，可用于上述特殊环境中。

目前，基于光学的非接触式测温方法主要有荧光测温、激光干涉式测温、辐射式测温。其中，荧光测温方法是通过发光材料的发光强度或寿命对温度的依赖性来实现的，一般分为荧光强度法、荧光强度比法、荧光寿命法。荧光强度测温法易受外界环境干扰，测量精度不高。荧光寿命测温法虽然较为稳定，但系统结构较复杂，且需要配备脉冲泵浦光源等设备，成本较高。荧光强度比测温法利用强度比值进行测温，它可以把由外界因素造成的干扰尽量减小，可消除由泵浦光扰动带来的误差，还可削弱荧光信号的传输损耗对测温造成的影响，从而使得系统误差大大降低。

用于荧光测温的发光材料主要有半导体量子点、稀土离子掺杂的发光材料、过渡金属离子掺杂的发光材料、有机高分子发光材料等等。其中，由于稀土离子掺杂的发光材料物理化学性质稳定，且拥有独特的光输出特性，成为近些年来荧光测温领域的研究热点。

尽管基于稀土离子荧光强度比测温法有诸多的优点，但是由于目前现有的温度传感方法基本都是借助激光诱导上转换发光来进行测温。而上转换发光的荧光效率及量子产率较低，并且测温荧光带往往有重叠，不易分析处理数据，因此会造成较大的误差，影响测温的精确性。另外，随着温度的逐渐上升，上转换荧光的荧光强度会受到热猝灭的影响而逐渐减弱，使得测温精度降低，限制了测温上限的进一步提高，不适用于高温温度区间的测温。鉴于此，本申请提供一种能够有效避免上述问题的近红外荧光的高灵敏度温度传感方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种近红外荧光的高灵敏度温度传感方法，是基于非热耦合能级和斯托克斯荧光转换的测温方法，其测温范围宽、光谱不重叠、荧光效率高、灵敏度高。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

一种近红外荧光的高灵敏度温度传感方法，其包括：

采用910～920nm的激光作为泵浦光源，对掺杂有Yb³⁺和Er³⁺的光学温度传感材料进行激发，采集在不同温度下的所述光学温度传感材料在940-1800nm波段的光致发光光谱，并对所述光致发光光谱中的两个荧光峰谱带进行积分，建立两个所述荧光峰谱带的荧光强度比随温度变化的标准曲线；以及将所述光学温度传感材料置于待测环境中，采集在940-1800nm波段的光致发光光谱，并进行计算，得出待测温度值。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述光致发光光谱中的两个所述荧光峰谱带分别位于950～1100nm和1450-1650nm之间。