[发明专利]一种基于稀土离子发射荧光峰位移动量测温的方法

说明书

本发明公开了一种基于稀土离子发射荧光峰位移动量测温的方法，该方法是通过检测稀土离子掺杂的发光材料在不同温度下的荧光光谱，获得稀土离子在不同激发态下的能量值随温度变化的能级图，然后根据能级图计算稀土离子在同一激发态下各个温度的能量值与温度为273.15K时的能量值之差ΔE，获得稀土离子在同一激发态下ΔE/Δσ随绝对温度变化的曲线，对该曲线进行拟合，选取拟合后相关系数R的平方最接近1的线性方程为标准方程，以该曲线对应的激发态为目标检测能级，最终实现待测环境的温度的检测。本发明方法不受被测物自身发光影响、灵敏度高、适用温度区间宽、受不同波长的激发光影响小。

技术领域

本发明属于非接触式温度检测技术领域，具体涉及一种基于稀土离子发射荧光峰位移动量测温的方法。

背景技术

目前大多数利用稀土离子作为荧光温度探针的技术都是利用稀土离子中的热耦合能级。在稀土离子中，当两个能级间距非常小，在这两个能级上的粒子数布居在非常短的时间内就可以达到热平衡状态，且粒子数布居受温度影响较大，这样的一对处于热平衡状态的能级叫热耦合能级。已被证实拥有热耦合能级的稀土离子有Er³⁺、Tm³⁺、Nd³⁺、Ho³⁺、Yb³⁺、Sm³⁺、Pr³⁺、Eu³⁺、Dy³⁺、Gd³⁺中至少有一对热耦合能级。

基于稀土离子荧光特性作为温度探针的方法已经日益成熟，在过去的几十年中，三价稀土离子在合适的晶体场中对温度的响应有不同的特性，因此已经在光学测温领域得到广泛应用。最常见的测温方式是基于热耦合能级进行强度比测温，其优势包括响应时间短、非接触式、具有强大的抗干扰能力和高空间分辨率等。在众多热偶合能级中，Er³⁺离子的²H_11/2/⁴S_3/2能级凭借其适中的能级差(800cm^-1)和高效的上转换绿光发射而得到广泛关注。运用热耦合能级测温的劣势是可运用的热耦合能级较少、受不同激发光的波长影响较大、灵敏度比较低、相对灵敏度不是很理想并且不可调。为了解决相对灵敏度较低的问题，Li等人提出了一种新方法，该方法利用CaWO₄:Tb³⁺材料对两种不同波长的激发光在同一波段存在不同的响应的性质进行强度比来测温，可在高温处明显提高相对灵敏度(LeipengLi；Feng Qin；Lu Li；Hong Gao；Zhiguo Zhang；J.Phys.Chem.C 123,6176-6181)。但是由于强度比测温方法需要比较不同颜色荧光强度的变化，所以如果待测温物体本身会发出某些波长的光，很可能会带来极大误差或者错误的结果。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述问题，提供一种操作简单、可以对发光物质进行非接触温度测量的手段，发明了一种基于稀土离子发射荧光峰位移动量测温的方法。

针对上述目的，本发明采用的技术方案由下述步骤组成：

1、将稀土离子掺杂的发光材料放置到冷热台上，调节冷热台至不同温度，然后利用拉曼光谱仪在激发波长下对所述发光材料进行照射，获得不同温度下发光材料的荧光光谱，根据该荧光光谱获得稀土离子在不同激发态下的能量值随温度变化的能级图。

2、根据步骤1的能级图，计算稀土离子在同一激发态下各个温度的能量值与温度为273.15K时的能量值之差，记为ΔE，获得稀土离子在同一激发态下ΔE/Δσ随绝对温度变化的曲线，其中Δσ代表拉曼光谱仪的分辨率。

3、将步骤2中ΔE/Δσ随绝对温度变化的曲线进行拟合，选取其中相关系数R的平方最接近1的线性方程为标准方程，如果两个能级的相关系数R的平方数值非常接近，选择斜率绝对值最大的曲线，以该曲线的线性方程为标准方程，以该曲线对应的激发态为目标检测能级。