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基于荧光强度比测温的稀土纳米晶掺杂的光纤温度探针的研究的开题报告
一、题目
基于荧光强度比测温的稀土纳米晶掺杂的光纤温度探针的研究
二、研究意义
随着工业生产的不断发展和科学技术的不断进步，对高温、高压、高纯等特殊工况的测量需求也越来越大。传统的温度测量手段，比如热电偶、热电阻等弊端既显而易见：易受环境干扰，难以微调及实现在线即时监控。光纤传感技术由于其成本低廉、体积小、灵敏度高、环境抗扰动特性好等优点而备受关注。稀土纳米晶作为一种新型发光材料，其发光效率高、发光强度、发射光谱等特性与粒子大小有关，较适合用于做荧光强度比测温的光纤温度探针。
因此，本文着眼于探究如何利用稀土纳米晶掺杂的光纤温度探针，通过荧光强度比测温原理进行温度检测，实现高温、高压、高纯等特殊工况下的精确测量。
三、研究内容
1.稀土纳米晶的制备
以稀土离子为原料，通过氟化物共熔法、水热法、微乳法等方法制备稀土纳米晶，对稀土纳米晶的物理、化学性质进行分析。
2.稀土纳米晶的掺杂
将各种稀土纳米晶掺杂到适应于探测范围并对热膨胀系数小的光导纤维当中，形成掺杂的稀土纳米晶光纤。
3.光纤的组装
通过顶部封装和侧面封装制作光纤温度探针，确定光纤长度和掺杂浓度，同时保证其灵敏度和稳定性。
4.温度检测
利用荧光强度比测温原理，通过激发稀土纳米晶掺杂的光纤的荧光发射，获得两种波长荧光信号的强度比，进而测量相应温度。
四、研究方法
1.光纤拉伸法制备晶体：利用光纤拉伸法掺杂稀土离子，通过拉伸改变光学和热学性质的方法得到掺杂了稀土纳米晶的光纤。
2.信号采集与分析：通过特定的光学设计，将荧光信号分离出来并进行检测，利用荧光强度比测温原理将两种波长荧光信号的强度比与温度之间的关系建立模型。
3.测量系统的构建：建立光谱分析、数据采集与处理、参数计算三个子系统，实现光纤温度的在线跟踪监测。
五、计划进度
第一年
1-3月：查阅相关文献资料，确定研究方向和目标
4-6月：稀土纳米晶光纤的合成、制备和性质表征
7-9月：光纤温度探针的组装与实验测试
第二年
1-3月：探究荧光强度比测温原理
4-6月：建立温度与荧光强度比之间的模型
7-9月：测量系统的构建和测试
第三年
1-3月：对系统进行参数计算、模拟和性能测试
4-6月：对系统在特殊工况下的应用进行探究
7-9月：写作论文并完成毕业设计
六、预期成果
1.稀土纳米晶的制备、表征和荧光特性研究成果
2.具有荧光强度比测温原理的稀土纳米晶掺杂光纤温度探针的研究成果
3.高温、高压、高纯等特殊工况下的温度测量技术研究成果
七、论文结构
1.绪论
2.稀土纳米晶的制备及表征
3.稀土纳米晶掺杂光纤的制备与荧光特性
4.具有荧光强度比测温原理的光纤温度探针设计与实现
5.稀土纳米晶掺杂光纤温度探针的测试与分析
6.特殊工况下的温度测量技术研究与应用
7.结论与展望
八、参考文献
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[4]王晓伶,薛文静,吕官林.基于光纤长-period光栅的温度传感器研究[J].光电子.2015,22(3):19-22.
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