SE448186B - Fiberoptisk givare - Google Patents
Fiberoptisk givareInfo
- Publication number
- SE448186B SE448186B SE8302020A SE8302020A SE448186B SE 448186 B SE448186 B SE 448186B SE 8302020 A SE8302020 A SE 8302020A SE 8302020 A SE8302020 A SE 8302020A SE 448186 B SE448186 B SE 448186B
- Authority
- SE
- Sweden
- Prior art keywords
- fiber optic
- temperature sensor
- optic temperature
- sensor according
- ions
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K11/00—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
- G01K11/32—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in transmittance, scattering or luminescence in optical fibres
- G01K11/3206—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in transmittance, scattering or luminescence in optical fibres at discrete locations in the fibre, e.g. using Bragg scattering
- G01K11/3213—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in transmittance, scattering or luminescence in optical fibres at discrete locations in the fibre, e.g. using Bragg scattering using changes in luminescence, e.g. at the distal end of the fibres
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
- Radiation Pyrometers (AREA)
Description
15 20 25 30 35 448 186 2 tidskonstant, blir den optiska konstruktionen för detektorarrangemanget be- tydligt enklare och därmed billigare än detektorer av våglängdsförskjutningar.
I ovannämnda patentansökningar har beskrivits givare för ett antal storheter.
Föreliggande uppfinning avser att precisera utformning och sammansättning på sensormaterial med ett välbestämt temperaturberoende för den optiska tids- konstanten. Denna materialklass blir då särskilt användbar i fiberoptiska temperaturgivare.
Uppfinningen kännetecknas därav, att sensormaterialet är kristallint och inne- håller luminiscerande joner, samt att dessa joner är så placerade i kristall- gittret, att varje närmast angränsande anjon väsentligen uppvisar inversions- symmetri gentemot den luminiscerande jonen och att detta material är avsett för temperaturmätning.
Uppfinningen är närmare exemplifierad i bifogade figurer, av vilka figur 1 visar ett exempel på strukturell uppbyggnad hos ett sensormaterial, figur 2 2a, b exemplifierar de strukturella egenskaper, som kännetecknar sensormate- rialet med lämpliga egenskaper, figur 3a-c ger utförandeexempel på sensormate- rialets geometriska utformning och den optiska kopplingen mellan sensormate- ríalet och den optiska fibern.
I figur 1 visas kristallstrukturen för Cs2NaNdCl6, enligt BC Tofield och HP Weber, Phys. Rev B lg (197U) H560-U567. Detta material innehåller lumini- scerande neodymjoner, vars atomärt lokaliserade luminisoens sker vid ett fler- tal våglängdsband, varav den starkaste är vid våglängden 1.06)mL Neodym- jonerna är i figuren avbildade som ofyllda cirklar 1. Övriga ingående joner är Cs+ avbildade som streckade cirklar 2, Na* fyllda cirklar 3 samt Cl- av- bildade som kryss H. Av figur 1 framgår att de luminiscerande Nd3+-jonerna som närmast angränsande joner har Cl--joner arrangerade som en oktaeder med Nd-jonen i centrum. Denna symmetriska omgivning kring Nd3+-jonerna medför att den optiska tidskonstanten för materialet blir lång, enligt en teori publicerad av HYP Hong och SR Chinn i Mat. Res. Bull. ll (1976) H61-H68.
Detta beror på en minskad sannolikhet för den luminiscerande energiövergången, vilken i sin tur orsakas av kristallsymmetrin. Avvikelser från symmetri kan orsakas av statistiska fluktuationer i jonernas lägen, dvs temperaturrörelser.
Dessa ökar vid ökande temperatur, vilket alltså motsvaras av en minskning av den optiska tidskonstanten med ökande temperatur. Experimentellt har detta beroende verifierats. Den optiska tidskonstanten har vid rumstemperatur för ovannämnda materialsammansättning uppmätts till 1000lps med ett temperatur- beroende av ca -3 Ps/OC. Denna känslighet är tillräcklig för att i ett komplett mätsystem få noggrannheter som uppfyller industriella applikationskrav. 10 15 20 25 30 35 . . _. .V...,. .'-. .tagga-n 3 448 186 I kristallstrukturen enligt fig 1 kan givetvis de ingående alkalimetall- jonerna och kloridjonerna ersättas med andra alkalimetaller resp halogener.
Vidare kan neodymjonerna delvis substitueras med någon annan, optisk inaktiv, sällsynt jordartsmetall, t ex lantan, gadolinium eller lutetium. Fördelen med det senare arrangemanget är att man därvid undviker ett fenomen, "concentration quenching", innebärande avtagande luminiscenseffektivitet vid höga neodym-halter. En mer allmän beskrivning av kristallstrukturen enligt figur 1 blir då Aa2AbNdxR1 ler, R en (optiskt inaktiv) sällsynt jordartsmetall, Ha en halogen och x betecknar neodymkoncentrationen uttryckt som molbråk. _xHa6 där Aa och Ab betecknar alkalimetal- Som andra materialexempel kan nämnas yttrium, skandium, gallium, tallium eller indium.
Figur 2 ger ytterligare illustration åt symmetrikraven på sensormaterialet i temperaturgivare. Figur 2a visar Nd-jonernas 1 omedelbara omgivning i Nd2Sn2O7 där omgivande Oaïjoner 5 bildar en polyeder som uppvisar s k inver- I sionssymmetri. Denna symmetriegenskap innebär att varje omgivande Ozïjon kan tillordnas en annan Ozïjon på samma avstånd från Nd3+-jonen, men i rakt mot- satt riktning. Figur 2b visar strukturen hos NdAl3(B03 207 en extremt lång optisk tidskonstant, medan NdAl3(BO3)u har en kort, i stort sett helt temperatur- )u, som helt saknar denna inversionssymmetri. Sålunda uppvisar Nd2Sn oberoende, tidskonstant.
Kristaller med olika grader av inversionssymmetri kan klassificeras t ex enligt nomenklatur given av Hermann-Mauguin (se t ex "Crystallography and its applications" av LS Dent Glasser, Wiley, New York, 1977). Inversions- symmetri uppvisas av följande s k punktgrupper: lg 2/m, mmm, 4/m, 4/mmm, É, šm, 6/m, 6/mmm, m3, m3m. För punktgrupperna 1, 2, m, 222, mm2, H, Ü; H22, 11mm, ízm, 3m, 6, 622, sm, Ena, 23, í3m och 1:32 kan avvikelser från inver- sionssymmetri vara liten.
Material tillhörande dessa punktgrupper kan alltså vara lämpliga sensor- I material.
Ett ytterligare konkret exempel på ett lämpligt sensormaterial är Ba(R Nd Ta 0,5* x 0,5)O3 med en tidskonstant av ca 1100 Ps vid rumstemperatur.
Av betydelse för sensormaterialets lämplighet i temperaturmättillämpningar är även sannolikheten för icke-strålande energiövergångar, t ex p g a fonon- växelverkan. För att dessa icke önskade energiövergångar skall ha lägst 10 20 25 30 448 186 , sannolikhet, krävs så låg maximal fononenergi som möjligt (se C Kittel, “Introduction to Solid State Physics", 3rd Ed. Wiley, New York, 1968), vilket uppnås om de i materialet ingående elementen har realtivt högt atomnummer. Lättare atomer än litium med atomnummer 3, anses därför inte lämpade att ingå i sensormaterialet.
En viss fördel uppnås om sensormaterialet föreligger i enkristallin form, eftersom förluster på grund av ljusspridning i korngränser, undvikes.
Pig 3 visar olika geometriska utformningar av temperaturgivarelementet enligt uppfinningen. Fig 3a visar den anslutande optiska fibern 6 innehåll- ande kärna 7 resp mantel 8 enligt känd teknik samt sensormaterialet 9 i form av en skiva anbringad mot fiberänden. Denna utförandeform är lämplig för sensormateríal med hög koncentration av luminiscerande joner, tex neodymjoner, vilket innebär kort absorptionsstrâcka för infallande excita- tionsljus. På grund av den koniska utbredningen av ljuset från fiberänden bör nämligen i denna utförandeform absorptionen ske inom ett avstånd från fiberändytan som ungefärligen motsvarar en fiberdiameter.
Fig 2b visar en lämplig utförandeform för sensormaterial med längre absorp- tionssträcka (lägre koncentration luminiscerande joner). För att undvika ljusförluster på grund av den koniska utbredningsformen är sensormaterialet 9 utformat som en cylindrisk ljusledare, t ex bestående av en kärna 10 och en mantel 11 med lägre brytningsindex än kärnans 10 på känt sätt.
I fig 30 har därutöver två linselement 12, 13 tillförts sensorn. Därigenom kan en större rymdvinkel av det luminiscerande ljuset kopplas in i fibern 6 med bättre signal till brusförhållande vid detektionen som följd. I samtliga utförandeformer 3a-c kan kapslingselementet IH, t ex ett i ena änden tillslu- tet rör, ingå för att skydda sensormaterialet 9 från påverkan av yttre miljö- faktorer, såsom fukt, korrosiva ångor, vätskor etc. Rörets 14 fastsättning mot fibern 6 kan ske med ett flertal alternativa metoder, såsom krympning, svetsning, limning etc. Materialet i röret 1Å kan också variera i olika tillämpningar. Krav på diffusionstäthet utesluter dock vanligen polymera, organiska material, varför i de flesta fall metaller, glas eller keramiska material föredrages.
Uppfinningen kan varieras på mångahanda sätt inom ramen för nedanstående patentkrav.
Claims (11)
1. Fiberoptisk givare, bestående av ett sensormaterial (9) optiskt anslu- tet till minst en optisk fiber (6), k ä n n e t e c k n a d därav, att sensormaterialet (9) är kristallint och innehåller luminiscerande joner (1), samt att dessa joner (1) är så placerade i kristallgittret, att varje när- mast angränsande anjon (N) väsentligen uppvisar inversionssymmetri gentemot den luminiscerande jonen (1) och att detta material är avsett för temperatur- mätning.
2. Fiberoptisk temperaturgivare enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att samtliga i sensormaterialet (9) ingående element har atomnummer, större än eller lika med tre.
3. Fiberoptisk temperaturgivare enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att de luminiscerande metalljonerna (1) utgöres av sällsynta jordarts- I metaller, t ex neodym. U.
4. Fiberoptisk temperaturgivare enligt patentkrav 3, k ä n n e t e c k n a d därav, att sensormaterialet (9) innehåller metalljoner, som ej luminiscerar, t ex joner av lantan, gadolinium, lutetium, yttrium, skandium, gallium, tallíum eller indium.
5. Fiberoptisk temperaturgivare enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att sensormaterialet (9) utgöres av en enkristall.
6. Fiberoptisk temperaturgivare enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att sensormateríalet (9) är anbringat mot ändytan på en optisk fiber (6) med en utsträckning i fiberns längsriktning, som ej avsevärt överstiger fi berns diameter.
7. Fiberoptisk temperaturgivare enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att sensormaterialet (9) har formen av en cylíndrisk ljusledare (10, 11) med ett omgivande material (11) av lägre brytningsindex.
8. Fiberoptisk temperaturgivare enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att de luminiscerande jonernas (1) placering i kristallgittret motsva- ras av någon av följande punktgrupper enligt nomenklatur given av Hermann- Mauguin: T, 2/m, mmm, 4/m, H/mmm, É, šm, 6/m, 6/mmm, m3, m3m, 1, 2, m, 222, mm2, 11, 5. 422. 14mm. ïêm, 3m, 6, 622, ómm, šmz, 23, ï3m samt 1132. 448 186 6
9. Fíberoptisk temperaturgivare enligt patentkrav 3, k ä n n e t e c k - n a d därav, att sensormaterialet har en stökiometrisk sammansättning enligt någonav formlerna Aa2AbNdxR11_xHa6, Aa5NdxR1_xAb2Ha1Û, BaRO,5_xNdxTa0,503, Nd Sn O 2 2 7 där förutom vedertagna elementbeteckningar, Aa, Ab betecknar alkali- metaller, R betecknar en sällsynt jordartsmetall, Ha en halogenidjon samt x < betecknar koncentrationen neodym angiven som molbrâk, varvid gäller att 0 < x í 1.
10. k ä n n e t e c k - n a d därav, att givaren innehåller minst ett ljussamlande element, t ex en lins (12, 13). Fiberoptisk temperaturgivare enligt patentkrav 1,
11. k ä n n e t e c k - n a d därav, att givaren innehåller minst ett kapslingselement (1ü), t ex Fiberoptisk temperaturgivare enligt patentkrav 1, ett i ena änden tillslutet rör.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SE8302020A SE448186B (sv) | 1983-04-12 | 1983-04-12 | Fiberoptisk givare |
US06/598,817 US4592664A (en) | 1983-04-12 | 1984-04-10 | Luminescent sensor for an optical temperature-measuring device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SE8302020A SE448186B (sv) | 1983-04-12 | 1983-04-12 | Fiberoptisk givare |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SE8302020D0 SE8302020D0 (sv) | 1983-04-12 |
SE8302020L SE8302020L (sv) | 1984-10-13 |
SE448186B true SE448186B (sv) | 1987-01-26 |
Family
ID=20350764
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SE8302020A SE448186B (sv) | 1983-04-12 | 1983-04-12 | Fiberoptisk givare |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4592664A (sv) |
SE (1) | SE448186B (sv) |
Families Citing this family (25)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5302025A (en) * | 1982-08-06 | 1994-04-12 | Kleinerman Marcos Y | Optical systems for sensing temperature and other physical parameters |
US5560712A (en) * | 1982-08-06 | 1996-10-01 | Kleinerman; Marcos Y. | Optical systems for sensing temperature and thermal infrared radiation |
SE441128B (sv) * | 1984-01-25 | 1985-09-09 | Asea Ab | Fiberoptisk givare for metning av dynamisk acceleration |
US4768886A (en) * | 1984-12-26 | 1988-09-06 | The Regents Of The University Of California | Method and apparatus for simultaneously measuring temperature and pressure |
GB8601842D0 (en) * | 1986-01-25 | 1986-02-26 | Lucas Ind Plc | Sensing device |
US4729668A (en) * | 1986-04-22 | 1988-03-08 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Method and apparatus for optical temperature measurements |
US4794619A (en) * | 1986-12-05 | 1988-12-27 | Conax Buffalo Corporation | Optical fiber temperature sensor |
US4785824A (en) * | 1987-06-22 | 1988-11-22 | Luxtron Corporation | Optical fiber probe for measuring the temperature of an ultrasonically heated object |
US4931636A (en) * | 1988-08-26 | 1990-06-05 | The Boeing Company | Two wavelength optical sensor and sensing system |
US5036194A (en) * | 1990-02-27 | 1991-07-30 | Allied-Signal Inc. | Lens system for optic temperature sensor |
US5355423A (en) * | 1992-07-16 | 1994-10-11 | Rosemount Inc. | Optical temperature probe assembly |
US5302027A (en) * | 1992-10-22 | 1994-04-12 | Vesuvius Crucible Company | Refractory sight tube for optical temperature measuring device |
US5348396A (en) * | 1992-11-20 | 1994-09-20 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Method and apparatus for optical temperature measurement |
US5663556A (en) * | 1995-03-02 | 1997-09-02 | Northwestern University | Optoelectronic ferroelectric sensor and signal generating device |
US5730528A (en) * | 1996-08-28 | 1998-03-24 | Lockheed Martin Energy Systems, Inc. | High temperature thermometric phosphors for use in a temperature sensor |
US6123455A (en) * | 1997-05-02 | 2000-09-26 | American Iron And Steel Institute | Phosphor thermometry system |
US6667527B2 (en) | 2002-05-10 | 2003-12-23 | Applied Materials, Inc | Temperature sensor with shell |
US20040047535A1 (en) * | 2002-09-09 | 2004-03-11 | Ljerka Ukrainczyk | Enhanced fiber-optic sensor |
WO2005050274A2 (en) * | 2003-09-30 | 2005-06-02 | Corning Incorporated | Fiber-optic sensor probe for sensing and imaging |
US8277119B2 (en) * | 2006-12-19 | 2012-10-02 | Vibrosystm, Inc. | Fiber optic temperature sensor |
JP5299812B2 (ja) * | 2008-03-31 | 2013-09-25 | アズビル株式会社 | 蛍光温度センサ |
US8195013B2 (en) * | 2009-08-19 | 2012-06-05 | The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy | Miniature fiber optic temperature sensors |
CN105241577B (zh) * | 2015-10-09 | 2018-03-23 | 中国工程物理研究院流体物理研究所 | 基于光纤透镜的器件微米尺度温度分布的测量方法及系统 |
US10222274B2 (en) | 2016-09-28 | 2019-03-05 | General Electric Company | Thermographic temperature sensor |
CN110045463B (zh) * | 2018-01-15 | 2021-09-07 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 一种光纤熔接的连接件与方法 |
Family Cites Families (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3639765A (en) * | 1969-07-01 | 1972-02-01 | Marcos Kleinerman | Infrared image converter |
US3626758A (en) * | 1969-12-15 | 1971-12-14 | Caterpillar Tractor Co | Remote radiation temperature sensor |
US3996472A (en) * | 1975-04-07 | 1976-12-07 | General Electric Company | Thermoluminescent materials utilizing rare earth oxyhalides activated with terbium |
US4061578A (en) * | 1976-04-05 | 1977-12-06 | Marcos Kleinerman | Infrared detection and imaging, method and apparatus |
US4215275A (en) * | 1977-12-07 | 1980-07-29 | Luxtron Corporation | Optical temperature measurement technique utilizing phosphors |
SE418997B (sv) * | 1978-06-26 | 1981-07-06 | Asea Ab | Fiberoptisk temeraturgivare baserad pa metning av den temperaturberoende, spektrala absorptionsformagan hos ett material |
SE417137B (sv) * | 1979-05-31 | 1981-02-23 | Asea Ab | Optiskt metdon for metning av magnetiska och elektriska felt |
US4437772A (en) * | 1979-09-10 | 1984-03-20 | Samulski Thaddeus V | Luminescent decay time techniques for temperature measurement |
SE436800B (sv) * | 1980-11-06 | 1985-01-21 | Asea Ab | Optiskt sensorelement av fast material for avkenning av fysikaliska storheter, sasom tryck, vilket exciteras optiskt och avger fotoluminiscens |
US4468771A (en) * | 1982-04-19 | 1984-08-28 | Institut Problem Litya Akademii Nauk Ukrainskoi Ssr | Light-guide unit for transmitting thermal radiation from molten metal to pyrometer |
-
1983
- 1983-04-12 SE SE8302020A patent/SE448186B/sv not_active IP Right Cessation
-
1984
- 1984-04-10 US US06/598,817 patent/US4592664A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
SE8302020D0 (sv) | 1983-04-12 |
US4592664A (en) | 1986-06-03 |
SE8302020L (sv) | 1984-10-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
SE448186B (sv) | Fiberoptisk givare | |
Baccaro et al. | Scintillation properties of YAP: Ce | |
EP1754808B1 (en) | Solid solution material of rare earth element fluoride (polycrystal and single crystal), and radiation detector and test device | |
Bullough et al. | Mechanisms of radiation induced creep and growth | |
US9599518B2 (en) | Fiber optic temperature sensor utilizing a phosphor microsphere | |
Zhu | Ultrafast and radiation hard inorganic scintillators for future HEP experiments | |
JP2012526905A (ja) | シンチレータ結晶材料、シンチレータおよび放射線検出器 | |
CN102597805A (zh) | 闪烁像素的设计以及工作方法 | |
US6995374B2 (en) | Single crystal scintillators | |
Lecoq et al. | Progress and prospects in the development of new scintillators for future high energy physics experiments | |
US20230002674A1 (en) | Thallium-based scintillator materials | |
US20160291169A1 (en) | Tl-BASED SCINTILLATOR MATERIALS | |
Sun et al. | A highly robust Ce 3+-doped and Gd 3+-mixed KLaF 4 nano-glass composite scintillator | |
de Faoite et al. | Development of glass-ceramic scintillators for gamma-ray astronomy | |
WO2018223769A1 (zh) | 一种掺钇氟化钡晶体及其制备方法和应用 | |
Takizawa et al. | The scintillation performance of one-inch diameter CsI/CsCl/NaCl eutectics grown by the Czochralski method | |
RU2596765C2 (ru) | Сцинтиллятор, радиационный детектор и способ обнаружения излучения | |
EP1466955B1 (en) | Single crystal scintillators | |
Huang et al. | Dual-core Ce: YAG-derived silicate scintillation fiber for real-time X-ray detection | |
EP3489722A1 (en) | Radiation monitor | |
CN116047576A (zh) | 一种中子探测器及其制备方法 | |
Yoshikawa et al. | Development of novel rare earth doped fluoride and oxide scintillators for two-dimensional imaging | |
WO2023008101A1 (ja) | 光ファイバー発光体、発光体アレー、放射線測定装置、および光ファイバー発光体の作製方法 | |
Tseremoglou et al. | Temperature Dependence of the Luminescence Output of LaCl3: Ce Single Crystal Scintillator | |
JP2011157457A (ja) | 中性子線検出材料とその製造方法、および中性子線検出器 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
NUG | Patent has lapsed |
Ref document number: 8302020-6 Effective date: 19880318 Format of ref document f/p: F |