[发明专利]采用量子点纳米复合材料的光纤温度测量

说明书

本发明涉及一种用于光纤温度测量的方法和装置。本发明还涉及采用包含聚合物和量子点(QD)的纳米复合材料(NK)的多模石英玻璃纤维及其制造。这些是基于光纤的表面上的量子点的依赖于温度的发射。

技术领域

本发明涉及一种用于光纤温度测量的方法和装置。本发明还涉及采用包含聚合物和量子点(QD)的纳米复合材料(NK)的多模石英玻璃纤维及其制备。这些是基于光纤表面上量子点的依赖于温度的发射。

背景技术

对于许多应用来说，光学温度测量(固定或空间分辨)提供了较之电气测量的优势，并且在某些情况下是必不可少的。一些优点是例如更高的精度、与HV环境的兼容性、在测量点与评估装置之间可实现的大距离以及与通信网络中的光学数据传输的兼容性。

对于以下应用，光学温度测量已经比电气温度测量更优选：

-金属氧化物压敏电阻作为可变电阻器，用于电容器组保护(固定测量)

-基于物理接触的接通/关断开关(固定测量)

-中压线和连接点(取决于位置)。

基于关键部件和大型工厂的状态测量，对大量数据进行智能评估和预防性维护可帮助避免大型工厂更长的停机时间。因此，新的光纤传感器支持数字业务模型。

US 2010/0188652公开了涂覆有包含量子点(QD)的介质的单模光纤，该介质被施加到光纤段而没有包层。介质的折射率低于纤芯的折射率(参见其[0044]段)。例如，在US2010/0188652中，建议对此介质使用PMMA。PMMA具有为1.48的折射率(在436nm的波长下)，并且因此不适合用作包层材料，也不适合于聚合物涂覆的石英玻璃纤维的多模应用。此外，该材料不能采用紫外线灯(汞蒸气灯，LED)来固化。

US 2013/0048841 A1公开了在光纤的包层或芯部中的QD。包层还具有允许光通过光纤传播的折射率(参见其第[0029]段)。但是，该文献没有提及在包层中具有紫外线固化聚合物的石英玻璃纤维。

US 2002/186921 A1公开了在光纤的包层中的QD，但是该包层不由聚合物组成。

US 2015/0369986 A1描述了具有纤芯和包层、用于发射出可见波长的漫辐射光纤，其中将散射层和可选的磷光体层施加到包层上。磷光体层可例如包含量子点。但是，包层不包含量子点。此外，没有详细解释包含QD的纳米复合材料。

Bueno等人(Temperature Sensor Based on Colloidal Quantum Dots-PMMANanocomposite Waveguides)描述了具有PMMA和QD(例如CdSe和CdTe)包层但不具有多模石英玻璃纤维的平面波导。如已经提到的，使用PMMA是不利的。PMMA在436nm波长处的折射率高于1.49[1,2,3]，并随波长减小而增加。在该波长下，石英玻璃的折射率低于1.47。这意味着，采用PMMA作为包层时，无法产生在石英芯中传播光的波导(没有给出全反射的条件)。因此，PMMA不适合用作包层材料。

Bueno等人提出了将量子点用于光学温度测量。但是，Bueno等人发现依赖于环境温度(25-50℃)，CdSe QD的中心波长的变化可忽略不计。