Материал для волоконно-оптических датчиков температуры Советский патент 1992 года по МПК G01K11/20 

Изобретение относится к области температурных измерений, преимущественно с помощью волоконно-оптических датчиков.

Известен способ измерения температуры, основанный на температурной зависимости постоянной времени затухания люминесценции (т) рубина, состоящий в том, что мощным коротким импульсом света возбуждают люминесценцию рубина, приведенного предварительно в тепловой контакт с объектом, после чего выделяют два последовательных временных интервала, измеряют интенсивность люминесценции в каждом из интервалов и определяют отношение этих интенсивно- стей как меру температуры. Это изменение невелико (около 0,37 %/°С), поэтому рубин как термочувствительный материал в данном методе не обеспечивает высокой точности измерений (не лучше 0,3°С).

Для реализации способа могут быть использованы также другие известные люминесцентные материалы с температурозависи- мой постоянной времени затухания люминесценции.

Наиболее чувствительным из известных материалов является иттрий-алюминиевый гранат, активированный хромом (ИАПСг34). Этот люминофор характеризуется изменением постоянной времени затухания около 1 %/°С.

Однако задача дальнейшего повышения чувствительности материала является актуальной, так как с ней прямо связана точность - основной параметр средства измерений. Схема с ИАГ:Сг3+ обеспечивает точность измерений на уровне 0,1°С, но при статистической обработке данных от 30 импульсов. Повышение чувствительности позволяет увеличить точность измерений или при той же точности повысить быстродействие за счет обработки меньшего числа импульсов.

XI

СП

ы со о

00

Цель изобретения - повышение температурной чувствительности люминесцентного материала.

Поставленная цель достигается составом, содержащим в качестве первого люминофора - порошок гзллий-гадолиниевого граната, активированного хромом (GdsGasOw Сгт). в качестве второго люминофора - порошок галлата цинка, активированного хромом (ZnGaiCto Сг), при следующем соотношении компонентов смеси (в мас.%); галлат цинка, активированный хромом, 8- 17, галлий-гадолиниевый гранат, активированный хромом, остальное.

Люминофоры получали следующим известным способом. В фарфоровую чашку помещали смесь порошков, состоящую из: ZhO (6,05 г). Са20з (13.95 г) и Сг(МОз)з 9Н20 (0,763 г) - синтез ZnGa2CM Сг , GdaOa {10,74 г), 6а20з (9,26 г) и Сг(МОз)3 9Н20 (0,415 г) - синтез GdsGasOnz Сг. Шихту тщательно перемешивали, помещали в тигель, накрывали крышкой. Прокаливание проводили на воздухе при 1573-1773 К в течение 2-6 ч.

Смеси порошков люминофоров получали простым перемешиванием.

Характер кривых затухания люминесценции /ywGdsGasOu Сг и для ZnGa204Cr показан на прилагаемом графике в координатах: интенсивность 1ЦВ)- время 1(мс) при температуре около 20°С. Интервалы интегрирования сигналов люминесценции в соответствии с величиной постоянной времени затухания люминесценции t были выбраны следующим образом: для Gd3GasOi2 Crti 320 мкс и 11 480 мкс; для ZnGa2CMCr t2 1,0 мс и t г 3,5 мс. С изменением пропорции ингредиентов смеси изменяется соотношение сигналов люминесценции выбранных временных интервалов (Ni:N2, где NI - интенсивность люминесценции в

интервале ti-t 1, N2 - в интервале t2-t2). С некоторым запасом можно допустить двукратное изменение соотношения интенсив- ностей. Увеличение соотношения сверх

указанных пределов приведет к появлению заметной погрешности в работе аналого- цифрового преобразователя.

В таблице даны температурные зависимости параметров смесей люминофоров

GdsGasOiz 5 мол.% Сг - ZnGazCM 2,5 мол.% Сг и температурные градиенты Q.

Увеличение чувствительности материала практически в 2 раза позволит вдвое уменьшить погрешт сть измерений или,при

одинаковой точности, в полтора раза уменьшить время измерений.

Предполагается использовать предложенный материал в разработке волоконно-оптических датчиков температуры

медицинского назначения, используемых в онкологии при ВЧ-гйпертермии злокачественных новообразований.

Формула изобретения Материал для волоконно-оптических

датчиков температуры на основе люминофора, отличающийся тем, что, с целью повышения температурной чувствительности, он дополнительно содержит второй люминофор в виде порошка галлат цинка,

активированный хромом, а в качестве первого люминофора - порошок галлий-гадо- линиевого граната, активированного хромом, с образованием смеси двух порошков при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Галлат цинка,

активированный хромом 8-17

Галлий-гадолиниевый

гранат, активированный

хромомОстальное

ГГГ-Сг

v; 4

Z/7(djQj«Ct.

Сущность изобретения: материал содержит смесь порошков двух люминофоров активированных хромом: 2nGa204 Гг с Сг в количестве 8-17 мас.% и GdaGasOia остальное. 1 ил., 1 табл. Сг .3+