基于稀土5d-4f寬帶發(fā)光的熒光應(yīng)力傳感技術(shù).pdf

1、目前熒光應(yīng)力傳感方法主要包括Cr3+熒光壓譜技術(shù)、應(yīng)力發(fā)光與稀土熒光壓譜技術(shù)。稀土元素豐富的熒光譜線給熒光壓譜技術(shù)提供了更多的敏感材料選項(xiàng)。本文對(duì)這三種應(yīng)力傳感技術(shù)進(jìn)行了歸納比較，并指出了稀土熒光壓譜技術(shù)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。力敏光譜技術(shù)通常使用譜峰頻移表征應(yīng)力，但一般情況下用于應(yīng)力傳感監(jiān)測(cè)信號(hào)的譜帶峰位移動(dòng)極小，難以準(zhǔn)確地檢測(cè)。本課題組的研究中設(shè)計(jì)了新的傳感信號(hào)--發(fā)射光譜譜帶的重心波長(zhǎng)以及熒光強(qiáng)度比。它們都隨著壓應(yīng)力的變化而單調(diào)地改變。

2、>　　本文研究了兩種寬帶熒光材料的應(yīng)力傳感特性。采用新的傳感信號(hào)后，熒光譜帶的移動(dòng)能較精確地檢測(cè)到，壓譜系數(shù)較常用的紅寶石熒光壓譜系數(shù)大了約3個(gè)數(shù)量級(jí)。實(shí)驗(yàn)中采用405nm激發(fā)光源，搭建反射式測(cè)量光路，利用光纖光譜儀記錄一系列穩(wěn)態(tài)發(fā)射光譜，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理最終給出了每種傳感特征隨應(yīng)力變化的傳感方程，并對(duì)其傳感性能做了簡(jiǎn)要分析，具體結(jié)果如下：
　?。?）YAG:Ce3+：壓應(yīng)力導(dǎo)致譜帶藍(lán)移，實(shí)驗(yàn)中測(cè)量的壓應(yīng)力范圍0~1.59 MPa，得

3、到譜帶重心的壓應(yīng)力傳感方程為λ=572.6-0.72σ+0.22σ2，外應(yīng)力較大時(shí)局部曲線近似呈線性，靈敏度約0.3 nm/MPa，此靈敏度是已知的相應(yīng)熒光粉在靜水壓環(huán)境中壓譜系數(shù)的90倍。并得到雙波長(zhǎng)強(qiáng)度比（I(570nm)/I(510nm)）與積分強(qiáng)度比（I(420nm~570nm)/I(570nm~800nm)）的壓應(yīng)力傳感方程分別為1） FIR=8.4-1.74σ+0.54σ2和2）I-FIR=0.79+0.03σ-0.0092

4、σ2。0.5nm分辨率的光譜儀與5.4 nm分辨率的光譜儀的測(cè)量結(jié)果表明，光譜儀分辨率對(duì)應(yīng)力傳感精度沒有明顯影響。分辨率優(yōu)于0.08 MPa。
　?。?）SrSiAlN3:Eu2+：分別測(cè)試分析了熒光樣品壓應(yīng)力與彎曲應(yīng)力對(duì)熒光光譜的影響。
　　1、壓應(yīng)力：壓應(yīng)力導(dǎo)致譜帶藍(lán)移，壓應(yīng)力范圍0~5.83 MPa，得到譜帶重心與均值波長(zhǎng)的壓應(yīng)力傳感方程分別為1）λ=625.1-0.16σ和2）λ=630.3-0.138σ。并得到雙波

5、長(zhǎng)強(qiáng)度比（ I(632nm)/I(582nm)）與積分強(qiáng)度比（I(628nm~800nm)/I(240nm~628nm)）的壓應(yīng)力傳感方程分別為3） FIR=2.097-0.023σ和4）I-FIR=0.8814-0.0063σ。分辨率優(yōu)于0.28MPa。
　　2、彎曲應(yīng)力：彎曲時(shí)壓應(yīng)力導(dǎo)致譜帶藍(lán)移，曲率范圍0~16.03m-1，積分強(qiáng)度比-曲率曲線局部近似呈線性（I-FIR=I(178nm~607nm)/I(607nm~1000