STM32F103X单片机采用光纤测温探头的温度监控装置设计(4)
d) 到达基态的各个不同振动能级的分子，再通过无辐射跃迁最后回到基态的最低振动能级。
2.2 荧光测温的原理
根据激励方式的不同，可以得到三种不同的发光方式，分别为：光致发光、阴极发光、场致发光等。荧光测温的工作原理是建立在光致发光这一基本物理现象上的。 所谓光致发光，就是当某些材料受到紫外、可见或红外区等形式的电磁辐射的激发后，产生了超辐射以外的发光现象。所有荧光材料的荧光寿命和荧光强度，在某一温度范围内表现出一定温度相关性。这种温度相关性就是荧光测温法之工作原理所在。下面就基于荧光寿命和荧光强度两种测温方法分别做介绍[12]。
2.2.1 基于荧光强度的测温方法研究
红宝石系统的原理是依赖于监测红宝石晶体的荧光发射强度，而不是检测荧光寿命[13]。
a) 荧光强度测温的原理
单纯的荧光强度测量受到很多因素的影响，这一类传感器采用参考通道来消除由于幅值的不稳定造成的误差，下面介绍用红宝石作为敏感材料的强度型光纤温度传感器。
红宝石系统的原理是依赖于监测红宝石晶体的荧光发射强度，而不是监测荧光寿命。荧光发射在波长上被分为2个区:一个给出温度变化量:另一个提供对温度波动不敏感的参考信号，以减少荧光发射时输入激励强度波动的影响。
红宝石荧光发射的光谱分布图如图2.1示。当红宝石的荧光量子效率小于SOOK时与温度无关，高于这个温度，量子效率下降十分迅速。因此不变的激励光输入产生的红光区发射，直到500K，但是该强度的R一线分布降低。R一线区中的这种能量损失重新分配到R一线区两边更高和更低的波长，以这种方式文持不变的总的荧光输出到500K。这2个波长的比提供了精确的自参考温度测量系统的机制，该温度测量系统消除了由于光学连接的扰动引起的误差，诸如通过光纤和光纤连接器搭配的损失，以及在正常使用中发光二机管的输出变化等。
图2. 1 红宝石荧光发射的光谱分布图
b) 光学及机械系统
光学传感器探头有一红宝石激光棒，经过切割，抛光制成，这个薄红宝石晶体装在一个具有低热膨胀系数的不锈钢容器内。峰值波长为565:n的宽带发光二级管，发出高强度的激励光，通过光纤耦合到传感器探头。峰值波长为697nnl的发光二极管用于平衡2个探测器的灵敏度，从该发光二激光发出的光通过600林m光纤也被祸合到传感器探头。该波长非常接近温度依赖的R—线。
因为所需要的光信息分布在红色波长区，使用滤光器把荧光波长二分离出来作为参考。为了从红色荧光中提取R一线区的强度信号，在一个探测器前使用中心波长为695.2mm、带宽为5mm的滤光器。该探测器对来自R一线的695unl的光具有很高的灵敏度，而且可以通过少量的其它的荧光。另一个光学高通滤波器用于减少出现在565nnl的发光二级管的光，但是仍然允许红光通过，仅有小的衰减。绿光的减少增强了荧光信号的精度[14]。
c) 光强测温原理的实现
如图2.2所示，振荡器加上组合逻辑电路控制需要的开关和采样脉冲。振荡器输出送给3个驱动电路，用以控制2个绿色和一个红色发光二极管开关和驱动电流。接收到的来自红宝石的信号由硅光二极管转换成电信号，放大后送给采样保持电路，参考对应无光时的零电平。为了从输入光中分离出荧光辐射，使用电子模拟开关，荧光辐射信号由红宝石光纤接收，在入射发光二极管关断后该信号呈指数衰减。该信号送给直流转换器，给出一个积分信号[15]。