熒光發(fā)光原理是熒光衰減型測溫系統(tǒng)實現(xiàn)的根本理論基礎(chǔ), 這是一種光致發(fā)光的現(xiàn)象, 其重要的理論支撐為:當熒光材料在可以激發(fā)它產(chǎn)生熒光的特定光譜波段的光照射后, 會產(chǎn)生超出熱輻射的發(fā)光現(xiàn)象, 而對于這種激發(fā)不光是光激發(fā), 也可以是某種形式的電磁輻射的影響, 然后在這種激發(fā)的激勵停止之后, 熒光受激發(fā)的這種發(fā)光現(xiàn)象將會持續(xù)一段時間才會消失, 并且根據(jù)這種持續(xù)的時間, 我們可以根據(jù)時間的長度分為長衰減型和短周期型, 也稱為磷光和熒光的區(qū)別。

熒光的產(chǎn)生在材料學中原理是電子在不同能級之間的躍遷產(chǎn)生的持續(xù)發(fā)光現(xiàn)象, 具體原理如下:電子在高能級被激發(fā)后向低能級躍遷發(fā)出能量, 這種能量以特定的形式向外發(fā)散, 如光、熱等, 而熒光衰減現(xiàn)象則是由于這種躍遷的持續(xù)能力。通常熒光材料的電子躍遷時間量級在ms級。一般來說, 我們將這種能夠發(fā)出持續(xù)衰減的熒光的物質(zhì)成為熒光材料。

與普朗克定律相一致的是, 當一種物質(zhì)在進行能級躍遷之后, 波長為r的光波會在這一過程中發(fā)射出, 在激發(fā)光消失之后, 激發(fā)態(tài)的熒光壽命會決定這種熒光衰減的持續(xù)時間, 這種持續(xù)時間也被稱為是熒光受激發(fā)之后的衰減壽命。對于熒光的衰減來說, 大量的科學實驗發(fā)現(xiàn), 衰減的光強隨時間的變化曲線型類似于指數(shù)型的函數(shù)。在大量的數(shù)據(jù)采集和描繪曲線后, 衰減時間和光強之間確實存在一種指數(shù)函數(shù)的關(guān)系。針對這種函數(shù)關(guān)系, 我們可以計算和擬合出對應的曲線函數(shù)和特征參數(shù), 其中, 特征參數(shù)也被稱為衰減曲線的衰減特征值。根據(jù)理論上來講, 一般滿足溫度的正相關(guān)關(guān)系, 在所有熒光物質(zhì)發(fā)光的過程中, 由于輻射或者是非輻射競爭的存在會產(chǎn)生一些延遲效應, 這種外在因素會導致激發(fā)態(tài)壽命的縮短, 因而, 我們在針對不同的應用時要關(guān)注不同的溫度需求, 并對應的采取不同的熒光材料和相應的保護措施。

熒光測溫的原理

就是根據(jù)這種溫度相關(guān)性來進行的, 針對這種溫度相關(guān)能力, 通過對熒光信號的轉(zhuǎn)換檢測轉(zhuǎn)化的電信號, 描繪出熒光衰減的指數(shù)型衰減曲線與溫度之間進行匹配擬合。

熒光光纖測溫傳感器

熒光光纖溫度傳感器采用的是熒光壽命衰減型, 即通過對熒光返回的衰減的曲線與溫度之間的關(guān)系測量溫度。用窄帶脈沖激發(fā)光對熒光材料進行激發(fā), 熒光材料發(fā)光, 并形成激發(fā)態(tài)熒光體, 這種形態(tài)的光強會隨著時間產(chǎn)生衰減,在實驗表明下, 不同環(huán)境溫度熒光壽命不同, 熒光衰減曲線的參數(shù)可以與溫度呈現(xiàn)一定的關(guān)系,因此, 通過這種方法可以測量環(huán)境溫度, 且對光強進行精確測量, 熒光材料的選擇以及光源波段的選擇顯得尤為重要, 溫度的參數(shù)變量僅由“熒光壽命”的特征參數(shù)決定, 該特征參數(shù)不會受到光源的波動影響, 降低了對控制光源穩(wěn)定的嚴格要求。對比其他的熒光溫度傳感器簡化了結(jié)構(gòu), 降低了成本, 提高了性能, 同時可以通過算法的方式對結(jié)果進行進一步提高精度。熒光衰減型光纖測溫對于溫度變化具有良好的應變性, 且精度較高, 在工業(yè)電力設(shè)備中運用相比較于其他設(shè)備, 結(jié)構(gòu)更加簡單, 成本更低, 性能及抗干擾能力更強, 最重要在于精度較高。相對于目前較為成熟的測溫系統(tǒng)如膨脹式測溫系統(tǒng)和紅外熱成像系統(tǒng), 它們的測量誤差大, 并且紅外熱成像只能測量表面溫度。故而, 這種熒光衰減型光纖測溫體系從傳感探頭的簡易度和執(zhí)行性, 到擬合算法的效率相較于現(xiàn)在市場上的測溫方式更加優(yōu)越。熒光衰減型光纖測溫系統(tǒng)的實現(xiàn), 在與傳統(tǒng)的測溫方式的對比之下顯得尤為適合時下日益發(fā)展的電力行業(yè)的監(jiān)測需求, 它具有抗電磁干擾、精確度高等十分顯著的特質(zhì), 而且其成本和低維護的商業(yè)價值也有重要的推廣價值。