激光测温显示记录系统的设计(2)
1.1.2 光纤测温发展现状 许多应用领域面临的特殊环境，会对温度的测量造成一些实际的困难，如被测体所处的环境恶劣、被测体运动或处在极难接近的位置；被测体周围有很强的电磁干扰，如转动中的涡轮发动机叶片的温度测量、变压器绕组温度的监测等等。在寻求温度传感器的其他替代手段的所有研究活动中，基于光导纤维的测温学是最为活跃的研究与开发领域之一。光纤传感器是以光电子学为基础，以光纤通讯技术与集成光学技术的发展为前提而创造性的发展起来的。这种光纤传感技术的非通讯方式的应用，被普遍认为是现代传感技术与检测技术的发展方向之一。尤其是近十几年来，光纤传感技术的发展十分迅速，显示出巨大的发展潜力与应用前景[3]。文献综述 光纤温度传感器一般分为两类：一类是利用光导纤维本身具有的某种敏感功能而使光纤起温度测量作用，属于功能型；另一类是光导纤维仅仅起传输光波作用，在测量时必须在纤维端面加装其它感温元件，属于传输型。光纤功能型温度传感器是利用光纤本身特性(相位、偏振、强度)随温度变化实现的。功能型光纤主要靠被测对象调制或影响光导纤维传输特性，所以大多用单模光导纤维。80 年代以来英、美等国竟相研制与开发其产品，近年来这方面的报告与论文非常丰富，但由于其制作与运用较难，因此目前大多处于实验阶段。一些国外光纤温度传感器已走出实验室，进入商品市场。中国国家知识产权局每年都有温度传感器的专利公开，有些单位已研制成单波段光纤温度传感器[4]。 荧光光纤温度传感器属于传输型传感器。一些稀土磷类物质在红外或紫外光激励下有良好的光谱效应，利用这一特性实现的荧光光纤温度传感器开始备受人们的注意。由于一些稀土类物质受红外紫外光或某种形式的光激励后发出的荧光，其强度或寿命特性显示了非常好的温度相关性，因此荧光光纤传感器在不断探索新的传感材料与检测方法的过程中取得了一定的进展，出现了许多荧光光纤测温系统。然而大多数早期的系统是基于荧光强度的温度相关性，但在实际应用中，研究者也认识到这类系统在性能与成本方面所具有的先天的局限性。这些局限性源于该项技术要求有附加的参考通道以监测另一波长处的发光强度，以便区分由其它非热源因素导致的接收光强信号的变化，如光纤弯曲、光源和探测器性能的蜕变等等[5]。因此目前进一步的开发重点已转移到基于荧光寿命的技术上来。而本课题所采用的，正是基于荧光寿命的测温方式。
1.1.3 荧光光纤测温的基本原理 根据普朗克定律，当物体接收到某种形式能量，最终都会产生电子在能级之间的跃迁过程并伴随着光波的发射，如公式1.1 所表示[6]。 hc = λ (E2 − E1) (1.1) 式中 E2，E1分别为电子在高和低能级时的能量(E1<E2)，h 为普朗克常量，c 为光速，λ 为发出光子的波长。实际上，E1，E2分别位于两条能带之中，所观测到的不是某一波长的光，而是某一波段的光，这就是发光的基本原理。荧光测温的工作机理是建立在光致发光这一基本物理现象上的[7]。所谓的光致发光，就是当某些材料由于受到紫外线、可见光或红外线区内的某种形式的电磁辐射的激发所产生的超热辐射以外的发光现象。这种发光是材料吸收入射光子所获得的那部分能量的释放形式。它既可以是荧光，也可以是磷光，或者两种皆有。所有的荧光材料的荧光寿命和荧光强度，都会在某一相应的温度范围内表现出一定的温度相关性源]自=优尔-·论~文"网·www.youerw.com/ 。这些温度相关性就是荧光测温法之工作原理所在。前已述及，荧光光纤温度传感器有三种形式：强度型，强度比型和寿命型[8]。 强度型传感器受光源和光纤弯曲损耗的影响精度不高，强度比型虽有所改进，但电路相对复杂，必须有参考通道，荧光寿命型传感器不受光源和探测器的退化以及光纤弯曲的影响，荧光寿命是荧光衰减的本征参数，传感器的探头修正容易，不需要对单个探头做修正[9]，所以本课题采用荧光寿命型温度传感器。 荧光寿命的传统测量方法主要有 3种：数据拟合法、模拟锁相法、数字锁相法[10]。其中数据拟合法既可以测量荧光寿命，又可以对信号进行多重分析。
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