熒光式光纖測溫的基本原理

根據熒光餘晖壽命與溫度的函數關系制造的熒光法溫度測量裝置，具有傳統溫度測量方法無法比拟的優勢。

熒光法測溫的基本原理

當某種物質受到激發時，如被波長較短的可見光或紫外光照射、電場激勵或化學反應等，會将能量吸收并儲存，通過基态躍遷至具有一定振動能級的激發态。 但該激發态并不穩定，可能會恢複至平衡狀态，且當外界激發源停止作用後，發光現象會持續一段時間，該現象即爲餘晖。 此外，熒光物質的分子在去活化過程中，不穩定的激化态分子會通過能級躍遷，從高能級回到低能級，且過剩的能量會以電磁輻射的形式發光。 因此根據激發方式的不同，可分爲光緻發光、電緻發光、化學發光和生物發光等。

根據普朗克定律，當入射光的能量被發光材料接收時，會激發材料中的電子産生電子能級躍遷現象，且該過程中會産生波長爲 λ 的出射光。 高能級與低能級的能量差的公式爲：

Ｅ２ － Ｅ１ ＝ ｋ λ ｖ ＝ ｋｆ

式中：Ｅ１—電子在較低能級時的能量；

Ｅ２———電子在較高能級時的能量；

ｋ———普朗克常數；

ｖ———光在真空中的傳播速度；

ｆ———光的頻率；

λ———出射光的波長。

由于 Ｅ１ 、Ｅ２分别處于不同的能帶中，爲某一波段的光，而分子中的能量包括電子能産生的旋轉能和核間軸彈性振動引起的振動能。 因此，當分子吸收光輻射時，經量子躍遷後，電子能會從基态升至較高的能級，且轉動能和振動能會同時發生變化，使三種能量相互作用。 其中，入射光消失後，發光材料會持續發光一段時間，該出射光即爲熒光；而高頻短波的光能會激發出長波低頻的光，且服從斯托克斯定律。

熒光測量法的基本理論依據爲：當熒光線狀光譜的強度與溫度呈現單調性，熒光物質的溫度決定光淬滅過程的時間時，即可進行熒光測溫。 因此，一般分爲熒光強度測溫法、熒光壽命測溫法和激光誘導熒光法等。 其中，熒光壽命測溫法在溫度測量過程中不易受激勵光源強度、耦合程度和光纖傳輸效率的影響，具有更明顯的使用優勢。 其測溫原理爲：激勵光源移除後，熒光物質持續發射熒光的時間即爲熒光壽命，取決于激發态的壽命。 在一定的溫度範圍内，熒光物質的熒光壽命長短與對應的溫度高低相關。 熒光壽命是指當激發光源被切斷後，熒光強度衰減至原強度的 １ ／ ｅ 經曆的時間，與溫度的關系可表示爲：

τ（Ｔ） ＝１ ＋ｅ－ΔＥ／（ＫＴ）Ｒｓ＋ ＲＴｅ－ΔＥ／（ＫＴ）

式中：Ｒｓ、ＲＴ 、Ｋ、ΔＥ———常數；

Ｔ———熱力學溫度。

由此可知，熒光餘晖衰變的時間常數與溫度爲單值函數關系，且隻與溫度有關。