熒光發(fā)光原理是熒光衰減型測溫系統實現的根本理論基礎, 這是一種光致發(fā)光的現象, 其重要的理論支撐為:當熒光材料在可以激發(fā)它產生熒光的特定光譜波段的光照射后, 會產生超出熱輻射的發(fā)光現象, 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)光現象將會持續(xù)一段時間才會消失, 并且根據這種持續(xù)的時間, 我們可以根據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。

熒光的產生在材料學中原理是電子在不同能級之間的躍遷產生的持續(xù)發(fā)光現象, 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)衰減的熒光的物質成為熒光材料。

與普朗克定律相一致的是, 當一種物質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, 衰減的光強隨時間的變化曲線型類似于指數型的函數。在大量的數據采集和描繪曲線后, 衰減時間和光強之間確實存在一種指數函數的關系。針對這種函數關系, 我們可以計算和擬合出對應的曲線函數和特征參數, 其中, 特征參數也被稱為衰減曲線的衰減特征值。根據理論上來講, 一般滿足溫度的正相關關系, 在所有熒光物質發(fā)光的過程中, 由于輻射或者是非輻射競爭的存在會產生一些延遲效應, 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

就是根據這種溫度相關性來進行的, 針對這種溫度相關能力, 通過對熒光信號的轉換檢測轉化的電信號, 描繪出熒光衰減的指數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可以與溫度呈現一定的關系,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, 溫度的參數變量僅由“熒光壽命”的特征參數決定, 該特征參數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構, 降低了成本, 提高了性能, 同時可以通過算法的方式對結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)電力設備中運用相比較于其他設備, 結構更加簡單, 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如膨脹式測溫系統和紅外熱成像系統, 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的實現, 在與傳統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, 而且其成本和低維護的商業(yè)價值也有重要的推廣價值。