【摘 要】
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温度传感器广泛应用于日常生活、工业生产、农业生产、航空航天、工程建筑等许多领域。目前,广泛使用的传统的电学传感器,例如:热电偶、热电阻等。诚然这些温度传感器具有成本低、结构简单、技术成熟、可靠性高等优点,但是这些传感器大多数都是电学传感器,安全性较低,不适合应用于高危领域,例如高电压环境下。易燃易爆气体温度监测等等。而量子点填充的毛细石英玻璃管和空芯光纤(hollow-core fiber,HCF
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温度传感器广泛应用于日常生活、工业生产、农业生产、航空航天、工程建筑等许多领域。目前,广泛使用的传统的电学传感器,例如:热电偶、热电阻等。诚然这些温度传感器具有成本低、结构简单、技术成熟、可靠性高等优点,但是这些传感器大多数都是电学传感器,安全性较低,不适合应用于高危领域,例如高电压环境下。易燃易爆气体温度监测等等。而量子点填充的毛细石英玻璃管和空芯光纤(hollow-core fiber,HCF),通过利用量子点光致发光谱的峰值波长、峰值强度和半高全宽等许多光学参量随温度变化的特性,可以对温度进行监测。因此,本文基于CdSe量子点设计了一种新型的光纤荧光温度传感器,这种传感器具有抗电磁干扰、测温灵敏度高、分辨力高、动态范围宽和快速响应等优点,可适用于极端环境下的温度测量,具有较强的应用前景。本文提出了一种基于CdSe量子点填充的毛细石英玻璃管和HCF荧光温度传感器,即以CdSe量子点的荧光峰值波长、强度和半高宽度作为检测温度的特征参量,构成一种新型光纤荧光温度传感器,并对其进行较为深入的实验研究,具体工作如下:(1)选取导光机制不同的毛细石英玻璃管和空芯光纤,分别将CdSe量子点水溶液填充到毛细石英玻璃管中,采用波长为400nm的激光做为激发光源,激发填充在毛细玻璃管和HCF中的CdSe量子点产生荧光,并对其荧光特性进行分析。(2)根据CdSe量子点发射波长的相关参数,如峰值波长、峰值强度以及半高全宽与温度之间的理论关系,结合毛细石英玻璃管和HCF可填充的优点,设计了一种基于CdSe量子点填充的毛细石英玻璃管和HCF荧光温度传感器,研究了填充在毛细石英玻璃管和HCF中的CdSe量子点光致发光光谱(Photoluminescence,PL)的峰值强度、峰值波长和半高全宽等三个参量的温变特性。(3)理论结果表明随着温度的变化,CdSe量子点光致发光光谱的峰值强度呈现出规律性变化,同时CdSe量子点的光致发光光谱的峰值波长和半峰宽度也随温度变化,峰值波长随着温度的增加向着长波长方向移动,半峰宽度与温度为二次函数关系。本文选取尺寸分布为12纳米左右的CdSe量子点。实验结果表明在30-130℃温度变化范围内,填充在毛细石英玻璃管和HCF因此该传感器探头的长度仅为1毫米和2毫米左右中的CdSe量子点的发射光谱强度随着温度升高逐渐降低,而PL谱的峰值波长和半高全宽随着温度的升高而增大。分别CdSe量子点填充有的毛细石英玻璃管和HCF荧光温度传感器特别明显:制作传感探头。最后根据实验结果填充有CdSe量子点的HCF光纤荧光温度传感器透射式和反射式灵敏度分别为0.12nm/℃和0.11nm/℃,填充有CdSe量子点的毛细石英玻璃管光纤荧光温度传感器透射式和反射式灵敏度分别为0.13nm/℃和0.12nm/℃。实验结果表明此传感器可以实现对温度的测量。同时由于传感探头长度仅为1-2毫米,有望实现分布式测量。
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