基于稀土5d-4f寬帶發(fā)光的熒光應力傳感技術.pdf

1、目前熒光應力傳感方法主要包括Cr3+熒光壓譜技術、應力發(fā)光與稀土熒光壓譜技術。稀土元素豐富的熒光譜線給熒光壓譜技術提供了更多的敏感材料選項。本文對這三種應力傳感技術進行了歸納比較，并指出了稀土熒光壓譜技術的獨特優(yōu)勢。力敏光譜技術通常使用譜峰頻移表征應力，但一般情況下用于應力傳感監(jiān)測信號的譜帶峰位移動極小，難以準確地檢測。本課題組的研究中設計了新的傳感信號--發(fā)射光譜譜帶的重心波長以及熒光強度比。它們都隨著壓應力的變化而單調地改變。

2、>　　本文研究了兩種寬帶熒光材料的應力傳感特性。采用新的傳感信號后，熒光譜帶的移動能較精確地檢測到，壓譜系數(shù)較常用的紅寶石熒光壓譜系數(shù)大了約3個數(shù)量級。實驗中采用405nm激發(fā)光源，搭建反射式測量光路，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力變化的傳感方程，并對其傳感性能做了簡要分析，具體結果如下：
　　（1）YAG:Ce3+：壓應力導致譜帶藍移，實驗中測量的壓應力范圍0~1.59 MPa，得

3、到譜帶重心的壓應力傳感方程為λ=572.6-0.72σ+0.22σ2，外應力較大時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。并得到雙波長強度比（I(570nm)/I(510nm)）與積分強度比（I(420nm~570nm)/I(570nm~800nm)）的壓應力傳感方程分別為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量結果表明，光譜儀分辨率對應力傳感精度沒有明顯影響。分辨率優(yōu)于0.08 MPa。
　?。?）SrSiAlN3:Eu2+：分別測試分析了熒光樣品壓應力與彎曲應力對熒光光譜的影響。
　　1、壓應力：壓應力導致譜帶藍移，壓應力范圍0~5.83 MPa，得到譜帶重心與均值波長的壓應力傳感方程分別為1）λ=625.1-0.16σ和2）λ=630.3-0.138σ。并得到雙波

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