PL233598B1 - Sposob bezkontaktowego optycznego pomiaru temperatury obiektow - Google Patents
Sposob bezkontaktowego optycznego pomiaru temperatury obiektow Download PDFInfo
- Publication number
- PL233598B1 PL233598B1 PL422277A PL42227717A PL233598B1 PL 233598 B1 PL233598 B1 PL 233598B1 PL 422277 A PL422277 A PL 422277A PL 42227717 A PL42227717 A PL 42227717A PL 233598 B1 PL233598 B1 PL 233598B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- temperature
- emission
- detector
- intensity
- parameter
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 17
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims description 11
- 229910001428 transition metal ion Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 6
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 claims description 5
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 3
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 25
- 238000011088 calibration curve Methods 0.000 description 24
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 23
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 15
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 14
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 13
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 11
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 9
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 9
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 6
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000000295 emission spectrum Methods 0.000 description 5
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 5
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 4
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L calcium difluoride Chemical class [F-].[F-].[Ca+2] WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 229910001634 calcium fluoride Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- -1 ion transition metal Chemical class 0.000 description 2
- 229910021644 lanthanide ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 210000002540 macrophage Anatomy 0.000 description 2
- 241001529936 Murinae Species 0.000 description 1
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006285 cell suspension Substances 0.000 description 1
- 238000000701 chemical imaging Methods 0.000 description 1
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 1
- 230000005274 electronic transitions Effects 0.000 description 1
- 238000000799 fluorescence microscopy Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052747 lanthanoid Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002602 lanthanoids Chemical class 0.000 description 1
- 238000013532 laser treatment Methods 0.000 description 1
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 239000013384 organic framework Substances 0.000 description 1
- 229910052762 osmium Inorganic materials 0.000 description 1
- 208000008798 osteoma Diseases 0.000 description 1
- KDNVJBRRDKAHDA-UHFFFAOYSA-L phenyl-[3-[[3-(phenylmercuriooxysulfonyl)naphthalen-2-yl]methyl]naphthalen-2-yl]sulfonyloxymercury Chemical compound C=1C2=CC=CC=C2C=C(CC=2C(=CC3=CC=CC=C3C=2)S(=O)(=O)O[Hg]C=2C=CC=CC=2)C=1S(=O)(=O)O[Hg]C1=CC=CC=C1 KDNVJBRRDKAHDA-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000002504 physiological saline solution Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 1
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052702 rhenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004861 thermometry Methods 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002966 varnish Substances 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
Landscapes
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
Description
Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest sposób bezkontaktowego optycznego (luminescencyjnego) pomiaru temperatury obiektów.
Znane są w stanie techniki rozwiązania dotyczące pomiaru temperatury obiektów z wykorzystaniem termometrów luminescencyjnych.
Obecnie wykorzystywane termometry luminescencyjne bazują na wykorzystaniu względnych zmian dwóch lub więcej pasm emisyjnych związanych z przejściami elektronowymi typu f-f jonów lantanowców lub zmianie emisji jonów metali przejściowych i lantanowców.
Zwykle w przypadku tego typu termometrów pomiar temperatury następuje poprzez obserwację względnych zmian intensywności dwóch pasm emisyjnych w dwóch różnych zakresach spektralnych. Temperaturę obiektu wyznacza się poprzez porównanie wartości parametru M (iloraz intensywności pasm emisyjnych z krzywą wzorcową).
Publikacje [1-6] przedstawiają termometry luminescencyjne na bazie matryc organicznych współ-domieszkowanych jonami Tb3+ i Eu3+. Wadą tych rozwiązań jest niska stabilność temperaturowa zastosowanych matryc. Publikacje [7-20] przedstawiają możliwość zastosowania zmian we względnych intensywnościach pasm jonów Er3+ do bezkontaktowego pomiaru temperatury. Natomiast w publikacji [21] ujawniono zastosowanie jonów Nd3+ do bezkontaktowego pomiaru temperatury. Z kolei w publikacjach [21-23] ujawniono wykorzystanie do pomiaru temperatury zmian we względnej intensywności pasm jonów Nd3+ (pasma R1 i R2). Podobnie rozwiązania ujawnione w publikacjach [24, 25] bazują na zastosowaniu do pomiaru temperatury zmian intensywności pasm jonów Nd3+ i Yb3+ (pasma 880 nm i 1030 nm oraz 1030 nm i 1060 nm). Z kolei w publikacjach [26-29] ujawniono wykorzystanie do pomiaru temperatury emisji jonów Cr3+ i Nd3+ lub Yb3+.
W tego typu rozwiązaniach znanych ze stanu techniki istnieje konieczność wykorzystania dwóch zakresów spektralnych do odczytu temperatury. W przypadkach, gdzie te obszary spektralne zlokalizowane są blisko siebie prowadzenie niezależnych rejestracji intensywności emisji dla każdego pasma jest bardzo utrudnione i wpływa na zmniejszenie precyzji odczytu temperatury.
Pomiar temperatury w opisany powyżej sposób wymaga, aby urządzenia analizujące widma emisji były w stanie odróżnić poszczególne pasma emisji, co wymagałoby zastosowania monochromatora. Dlatego, w stanie techniki, na przykład w mikroskopach fluorescencyjnych, wprowadza się w tor optyczny mikroskopu fluorescencyjnego odpowiednie filtry optyczne, które przepuszczają tylko wybrany zakres spektralny emisji odpowiadający możliwie blisko zakresowi spektralnemu pasm emisyjnych badanych obiektów. Takie rozwiązanie ma jednak wady, gdyż nie istnieje nieograniczona paleta filtrów optycznych, a ponadto przy pomiarze temperatury pasma emisyjne są bardzo blisko siebie, więc ich rozróżnienie w celu odczytu temperatury poprzez wykorzystanie filtrów optycznych jest bardzo utrudnione, a czasem wręcz niemożliwe do przeprowadzenia.
W zależności od metody odczytu (punktowy lub obraz/mapa temperatury) odczyt intensywności w puncie wymaga zastosowania złożonych technicznie środków. Jeśli zastosowany zostanie spektrofotometr CCD, możliwy jest odczyt obu pasm i uzyskanie stosunku intensywności tych pasm, które w wyniku odpowiedniej kalibracji można przekonwertować na temperaturę. Sam sposób pomiaru nie jest technicznie skomplikowany, ale wymaga zastosowania względnie drogiego urządzenia jakim jest spektrofotometr CCD. Ze względu na fakt, że pasma, które są analizowane, znajdują się (spektralnie) blisko siebie, trudno zrealizować pomiar bazujący na filtrze spektralnym i 2 fotodetektorach. Filtr taki musiałby charakteryzować się bardzo ostrą krawędzią transmisji. Zastosowanie dostępnych w stanie techniki filtrów Ramanowskich powoduje dodatkowe skomplikowanie aparatury pomiarowej i znaczące podniesienie kosztu przeprowadzenia pomiaru. Sam odczyt temperatury za pomocą takiej aparatury również staje się skomplikowany, gdyż każdy z fotodetektorów (fotodiody lub korzystniej fotopowielacze) musi mieć własny tor optyczny i układ akwizycji danych. To komplikuje także konstrukcję takiego układu pomiarowego.
W przypadku rejestracji mapy temperatury, a więc odczytu temperatury w wielu różnych punktach próbki, należałoby zastosować albo skanowanie rastrowe (np. za pomocą zwierciadeł galwanicznych) albo detektor w postaci kamery CCD/CMOS/EM-CMOS. Ze względu na fakt, że niezbędna jest rejestracja sygnałów w dwóch pasmach spektralnych konstrukcja i obsługa takiego układu pomiarowego byłaby bardzo skomplikowana, zwłaszcza z uwagi na korelację odpowiednich pikseli w fotodetektorach. Również koszt aparatury pomiarowej byłby zwielokrotniony. Innym możliwym rozwiązaniem mogłoby być podzielenie powierzchni kamery na dwa do czterech obszarów, z których odczytuje się
PL 233 598 Β1 intensywność emisji w dwóch oknach spektralnych. Wymagałoby to jednak zastosowania technologii znanych z tzw. obrazowania multi-, hiperspektralnego, jednak również takie rozwiązania mimo, że są możliwe do wykonania to układ pomiarowy byłby bardzo skomplikowany nie tylko w zakresie konstrukcji ale również prowadzenia pomiaru.
Jak wykazano powyżej, istotną wadą sposobów pomiaru temperatury obiektów według rozwiązań znanych lub dostępnych w stanie techniki jest konieczność wykorzystania dwóch bądź większej ilości zakresów spektralnych emisji do pomiaru temperatury. Wiąże się to z koniecznością zastosowania filtrów optycznych pozwalających na odseparowanie tych zakresów spektralnych od siebie. W wielu przypadkach jest to niemożliwe ze względu na nakładanie się tych zakresów co ma szczególne znaczenie na przykład w przypadku mikroskopii fluorescencyjnej.
Istnieje zatem potrzeba opracowania prostszego sposobu odczytu temperatury z wykorzystaniem termometrii luminescencyjnej, który nie będzie wymagał rozdzielania zakresów spektralnych do odczytu temperatury.
Celem niniejszego wynalazku jest odczyt temperatury bazujący na różnicach w intensywności jednego pasma emisyjnego przy różnych długościach fali wzbudzającej.
Nieoczekiwanie okazało się, że Twórcy rozwiązania opracowali sposób bezkontaktowego luminescencyjnego odczytu temperatury opierającego się na obserwacji zmian intensywności emisji dla jednego pasma emisyjnego luminoforu, przy różnych długościach fali wzbudzającej.
Stosowane w opisie wynalazku wyrażenie „pomiar temperatury” odnosi się zarówno do punktowego odczytu temperatury jak również do odczytu temperatury w postaci mapy temperatury.
Przedmiotem wynalazku jest sposób bezkontaktowego optycznego pomiaru temperatury polegający na analizie tempa zmian intensywności emisji detektora stanowiącego materiał domieszkowany jonami metali przejściowych (luminofor) charakteryzujący się tym, że detektor wzbudza się pierwszą wiązką promieniowania laserowego Xres, której długość jest dopasowana do różnicy energetycznej pomiędzy poziomami elektronowymi wzbudzonym i podstawowym dla jonu metalu przejściowego materiału detektora i dokonuje się pomiaru intensywności emisji pasma emisyjnego lres, następnie detektor wzbudza się drugą wiązką promieniowania laserowego Xnres, której długość nie jest dopasowana do różnicy energetycznej pomiędzy poziomami elektronowymi wzbudzonym i podstawowym dla jonu metalu przejściowego materiału detektora i dokonuje się pomiaru intensywności emisji pasma emisyjnego lnres wyznaczając zależny od temperatury parametr Δ, korzystnie stosując zależność określoną wzorami 1-4
| Λ __ xres 1 iires ^nres | (wzór 1) |
| Δ = ^nres | (wzór 2) |
| ^res ^nies | (wzór 3) |
| __ ^res ^iires ^res | (wzór 4) |
gdzie, lres oznacza intensywność emisji pasma emisyjnego po wzbudzeniu wiązką promieniowania laserowego XresJ lnres oznacza intensywność emisji pasma emisyjnego po wzbudzeniu wiązką promieniowania laserowego XnresJ
Δ oznacza zależny od temperatury parametr, przy czym w pierwszej kolejności pomiary przeprowadza się w ustalonym zakresie temperatury, wyznaczając w ten sposób krzywą kalibracyjną, następnie detektor przykłada się w okolice obiektu, dla którego przeprowadzany jest pomiar temperatury i dokonuje się analogicznych pomiarów poziomów intensywności emisji pasm emisyjnych lres oraz lnres dla każdej z wiązek promieniowania laserowe
PL 233 598 B1 go Zres oraz λπι-es, po czym dokonuje się odczytu temperatury obiektu poprzez odczytanie wartości parametru Δ dla badanego obiektu z wartościami parametru Δ krzywej kalibracyjnej odpowiadającej danej wartości temperatury.
W luminescencyjnym sposobie odczytu temperatury według wynalazku, wykorzystano fakt, że w zależności od długości fali wzbudzenia występują różne tempa zmian intensywności emisji w funkcji temperatury. W przypadku, gdy długość fali światła wzbudzającego jest dopasowana energetycznie do różnicy energii pomiędzy podstawowym a wzbudzonymi poziomami energetycznymi tempo zmian intensywności emisji jest zależne od wydajności procesów wygaszania temperaturowego emisji. Natomiast w przypadku zastosowania wiązki światła o długości fali, krótszej bądź dłuższej niż od poprzedniej długości fali tempo zmian intensywności emisji jest wolniejsze niż w przypadku długości fali dopasowanej do różnicy energetycznej występującej pomiędzy tymi poziomami. Jest to związane z koniecznością zapewnienia obsadzenia składowych wibronowych poziomu podstawowego jonu metalu przejściowego o wyższych energiach w celu zapewnienia możliwości zajścia procesu absorpcji.
Poprzez obserwację zmian intensywności emisji jednego pasma emisyjnego przy wzbudzeniu światłem o długości fali dopasowanym do różnicy energetycznej pomiędzy poziomami elektronowymi wzbudzonym i podstawowym (Zres i odpowiadająca jej intensywność emisji Ires) oraz wiązką światła niedopasowaną do tej różnicy energetycznej (Znres i odpowiadająca jej intensywność emisji Inres) można wyznaczyć parametr zależny od temperatury Δ.
Przed pomiarem temperatury docelowego obiektu należy wyznaczyć krzywą kalibracyjną dla luminoforu w ustalonym zakresie temperatur, odpowiednio dobranym do przedziału temperatur spodziewanych dla badanego obiektu. Również postać luminoforu (zawiesina, lakier itp.) dobierana jest do obiektu pomiarowego. Przykładowo, podczas mierzenia temperatury komórek, dla wyznaczenia krzywej kalibracyjnej najpierw przeprowadza się pomiary zmian intensywności emisji dla zawiesiny luminoforu, a następnie do tej zawiesiny dodaje się komórki i przeprowadza pomiar obiektu docelowego. Po zakończeniu pomiarów z krzywej kalibracyjnej odczytuje się wartość parametru Δ, który odpowiada danej wartości temperatury.
Tym samym pomiar temperatury realizowany jest bezkontaktowo, to znaczy, że urządzenie pomiarowe zmian intensywności emisji nie jest w żaden sposób fizycznie połączone z detektorem (luminoforem), przez co możliwe jest prowadzenie pomiarów temperatury z pewnej odległości.
Korzystnie, w sposobie według wynalazku pomiaru intensywności emisji dokonuje się za pomocą spektrometru luminescencyjnego.
Korzystnie, w sposobie pomiaru temperatury według wynalazku luminofor jest domieszkowany jonami metali przejściowych wybranych z grupy Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Ru, Rh, Cd, Ta, W, Re, Os, Ir.
Korzystnie, w sposobie według wynalazku wiązka promieniowania elektromagnetycznego jest wiązką laserową o długości fali wzbudzenia w zakresie 200-1000 nm, przy czym długości fali wzbudzenia emisji dobiera się indywidualnie dla każdego luminoforu, w zależności od domieszki jonu ziem rzadkich.
Szczególnie korzystnie: dla detektora w postaci matrycy LiLaP4O12 domieszkowanej 1% Cr3+ stosuje się pierwszą wiązkę promieniowania laserowego Zres o długości fali w zakresie 650-700 nm oraz drugą wiązkę promieniowania laserowego Znres o długości fali w zakresie 550-600 nm, po czym analizuje się zmianę intensywności emisji pasm Ires oraz Inres charakterystycznych dla jonu Cr3+ wyznaczając parametr Δ dla krzywej kalibracyjnej oraz dla badanego obiektu, po czym ustala się wartość temperatury badanego obiektu;
dla detektora w postaci matrycy Y3AI5O12 domieszkowanej 0,5% Cr3+ stosuje się pierwszą wiązkę promieniowania laserowego Zres o długości fali w zakresie 575-625 nm, oraz drugą wiązkę promieniowania laserowego Znres o długości fali w zakresie 500-550 nm, po czym analizuje się zmianę intensywności emisji pasma charakterystycznego dla jonu Cr3+ wyznaczając parametr Δ dla krzywej kalibracyjnej oraz dla badanego obiektu, po czym ustala się wartość temperatury badanego obiektu;
dla detektora w postaci matrycy Y3AI5O12 domieszkowanej 0,1% Mn4+ stosuje się pierwszą wiązkę promieniowania laserowego Zres o długości fali w zakresie 500-550 nm, oraz drugą wiązkę promieniowania laserowego Znres o długości fali w zakresie 500-550 nm, po czym analizuje się zmianę intensywności emisji pasma charakterystycznego dla jonu Mn4+ wyznaczając parametr Δ dla krzywej kalibracyjnej oraz dla badanego obiektu, po czym ustala się wartość temperatury badanego obiektu;
dla detektora w postaci matrycy Y2O3 domieszkowanej 0,1% Ti3+ stosuje się pierwszą wiązkę promieniowania laserowego Zres o długości fali w zakresie 425-500 nm, oraz drugą wiązkę promie
PL 233 598 B1 niowania laserowego Xnres o długości fali w zakresie 250-400 nm, po czym analizuje się zmianę intensywności emisji pasma charakterystycznego dla jonu Ti3+ wyznaczając parametr Δ dla krzywej kalibracyjnej oraz dla badanego obiektu, po czym ustala się wartość temperatury badanego obiektu;
dla detektora w postaci matrycy NaYF4 domieszkowanej 1% Ti3+ stosuje się pierwszą wiązkę promieniowania laserowego λι-es o długości fali w zakresie 425-500 nm, oraz drugą wiązkę promieniowania laserowego λnres o długości fali w zakresie 250-400 nm, po czym analizuje się zmianę intensywności emisji pasma charakterystycznego dla jonu Ti3+ wyznaczając parametr Δ dla krzywej kalibracyjnej oraz dla badanego obiektu, po czym ustala się wartość temperatury badanego obiektu;
dla detektora w postaci matrycy CaF2 domieszkowanej 0,1% Mn2+ stosuje się pierwszą wiązkę promieniowania laserowego λ^ o długości fali w zakresie 500-550 nm, oraz drugą wiązkę promieniowania laserowego λnres o długości fali w zakresie 400-450 nm, po czym analizuje się zmianę intensywności emisji pasma charakterystycznego dla jonu Mn2+ wyznaczając parametr Δ dla krzywej kalibracyjnej oraz dla badanego obiektu, po czym ustala się wartość temperatury badanego obiektu.
Do tej pory znane w literaturze rozwiązania bazowały na wykorzystaniu do pomiaru temperatury stosunku pasm jednego bądź kilku lantanowców. Sposób odczytu temperatury obiektów według wynalazku pozwala na uproszczenie procedury pomiaru temperatury, a tym samym wykorzystanie mniej skomplikowanej aparatury pomiarowej poprzez zastosowanie tylko jednego fotodetektora (fotodiody lub fotopowielacza w przypadku pomiaru punktowego, lub kamery CCD/CMOS/EM-CMOS w przypadku mapowania 2D temperatury), co przekłada się na zoptymalizowanie kosztów pomiaru. Ponadto zastosowanie dwóch różnych długości fali wzbudzenia emisji jest równocześnie znacznie prostsze do uzyskania z punktu widzenia technologii pomiaru.
Sposób według wynalazku pozwala zatem na wyeliminowanie konieczności wykorzystywania różnych zakresów spektralnych do odczytu temperatury wiążącej się z koniecznością stosowania filtrów optycznych.
Pierwszym etapem pomiaru jest wykonanie krzywej kalibracyjnej, pozwalającej na określenie w jaki sposób zmienia się parametr Δ w funkcji temperatury. Zmiana wartości parametru Δ jest związana z wartością temperatury. Poprzez wyznaczenie parametru Δ dla badanego obiektu i jego porównanie z wartością dla pomiaru kalibracyjnego możliwy jest odczyt temperatury.
Bibliografia [1] A. Cadiau, C.D.S. Brites, P.M.F.J. Costa, R.A.S. Ferreira, J. Rocha, L.D. Carlos, Ratiometric Nanothermometer Based on an Emissive Ln(3+)-Organic Framework, Acs Nano, 7(2013) 7213-8.
[2] C.D.S. Brites, P.P. Lima, N.J.O. Silva, A. Millan, V.S. Amaral, F. Palacio, et al., Ratiometric highly sensitive luminescent nanothermometers working in the room temperature range. Applications to heat propagation in nanofluids, Nanoscale, 5(2013) 7572-80.
[3] C. Brites, P. Pereira, N. Joao, A. Milian, V. Amaral, F. Palacio, et al., Organic-Inorganic Eu3+/Tb3+ codoped hybrid films for temperature mapping in integrated circuits, Frontiers in Chemistry, 1(2013).
[4] M. Ren, C.D.S. Brites, S.S. Bao, R.A.S. Ferreira, L.M. Zheng, L.D. Carlos, A cryogenic luminescent ratiometric thermometer based on a lanthanide phosphonate dimer, J Mater Chem C, 3(2015) 8480-4.
[5] D. Zhao, X.T. Rao, J.C. Yu, Y.J. Cui, Y. Yang, G.D. Qian, Design and Synthesis of an MOF Thermometer with High Sensitivity in the Physiological Temperature Range, Inorg Chem, 54(2015) 11193-9.
[6] X. Liu, S. Akerboom, M. de Jong, I. Mutikainen, S. Tanase, A. Meijerink, et al., Mixed-Lanthanoid Metal-Organic Framework for Ratiometric Cryogenic Temperature Sensing, Inorg Chem, 54(2015) 11323-9.
[7] S.S. Zhou, K.M. Deng, X.T. Wei, G.C. Jiang, C.K. Duan, Y.H. Chen, et al., Upconversion luminescence of NaYF4: Yb3+, Er3+ for temperature sensing, Opt Commun, 291(2013) 138-42.
[8] B. Dong, B.S. Cao, Y.Y. He, Z. Liu, Z.P. Li, Z.Q. Feng, Temperature Sensing and In Vivo Imaging by Molybdenum Sensitized Visible Upconversion Luminescence of Rare-Earth Oxides, Adv Mater, 24(2012) 1987-93.
[9] D.T. Klier, M.U. Kumke, Upconversion Luminescence Properties of NaYF4:Yb:Er Nanoparticles Codoped with Gd3+, J Phys Chem C, 119(2015) 3363-73.
PL 233 598 B1 [10] M.L. Debasu, D. Ananias, I. Pastoriza-Santos, L.M. Liz-Marzan, J. Rocha, L.D. Carlos, All-In-One Optical Heater-Thermometer Nanoplatform Operative From 300 to 2000 K Based on Er3+ Emission and Blackbody Radiation, Adv Mater, 25(2013) 4868-74.
[11] B. Dong, D.P. Liu, X.J. Wang, T. Yang, S.M. Miao, C.R. Li, Optical thermometry through infrared excited green upconversion emissions in Er3+-Yb3+ codoped Al203, Appl Phys Lett, 90(2007).
[12] P. Du, L.H. Luo, W.P. Li, Q.Y. Yue, Upconversion emission in Er-doped and Er/Yb-codoped ferroelectric Na0.5Bi0.5TiO3 and its temperature sensing application, J Appl Phys, 116(2014).
[13] L.L. Fu, G.F. Liu, X.X. Yang, Z.L. Fu, Y.M. Yang, Up-conversion luminescent properties and optical thermometry of LaMgAl11O19: Yb3+/Er3+ phosphors, Ceram Int, 41(2015) 14064-9.
[14] T.V. Gavrilovic, D.J. Jovanovic, V. Lojpur, M.D. Dramicanin, Multifunctional Eu3+- and Er3+/Yb3+-doped GdVO4 nanoparticles synthesized by reverse micelle method, Sci Rep-Uk, 4(2014).
[15] D. He, C.F. Guo, S. Jiang, N.M. Zhang, C.K. Duan, M. Yin, et al., Optical temperature sensing properties of Yb3+-Er3+ co-doped NaLnTiO(4) (Ln = Gd, Y) up-conversion phosphors, Rsc Adv, 5(2015) 1385-90.
[16] F. Huang, Y. Gao, J.C. Zhou, J. Xua, Y.S. Wang, Yb3+/Er3+ co-doped CaMoO4: a promising green upconversion phosphor for optical temperature sensing, J Alloy Compd, 639(2015) 325-9.
[17] M.A.R.C. Alencar, G.S. Maciel, C.B. de Araujo, A. Patra, Er3+-doped BaTiO3 nanocrystals for thermometry: Influence of nanoenvironment on the sensitivity of a fluorescence based temperature sensor, Applied Physics Letters, 84(2004) 4753-5.
[18] J.K. Cao, X.M. Li, Z.X. Wang, Y.L. Wei, L.P. Chen, H. Guo, Optical thermometry based on up-conversion luminescence behavior of self-crystallized K3YF6:Er3+ glass ceramics, Sensor Actuat B-Chem, 224(2016) 507-13.
[19] R. Dey, V.K. Rai, Yb3+ sensitized Er3+ doped La2O3 phosphor in temperature sensors and display devices, Dalton T, 43(2014) 111-8.
[20] S.F. Leon-Luis, U.R. Rodriguez-Mendoza, E. Lalla, V. Lavin, Temperature sensor based on the Er3+ green upconverted emission in a fluorotellurite glass, Sensor Actuat B-Chem, 158(2011) 208-13.
[21] D. Wawrzynczyk, A. Bednarkiewicz, M. Nyk, W. Strek, M. Samoc, Neodymium(III) doped fluoride nanoparticles as non-contact optical temperature sensors, Nanoscale, 4(2012) 6959-61.
[22] A. Benayas, B. del Rosal, A. Perez-Delgado, K. Santacruz-Gomez, D. Jaque, G.A. Hirata, et al., Nd:YAG Near-Infrared Luminescent Nanothermometers, Adv Opt Mater, 3(2015) 687-94.
[23] U. Rocha, C. Jacinto, W.F. Silva, I. Guedes, A. Benayas, L.M. Maestro, et al., Subtissue Thermal Sensing Based on Neodymium-Doped LaF3 Nanoparticles, Acs Nano, 7(2013) 1188-99.
[24] L. Marciniak, M. Stefanski, R. Tomala, D. Hreniak, W. Strek, Synthesis and up-conversion luminescence of Er3+ and Yb3+ codoped nanocrystalline tetra- (KLaP4O12) and pentaphosphates (LaP5O14), The Journal of Chemical Physics, 143(2015) 094701.
[25] L. Marciniak, K. Prorok, L. Frances-Soriano, J. Perez-Prieto, A. Bednarkiewicz, A broadening temperature sensitivity range with a core-shell YbEr@YbNd double ratiometric optical nanothermometer, Nanoscale, 8(2016) 5037-42.
[26] L. Marciniak, A. Bednarkiewicz, J. Drabik, K. Trejgis, W. Strek, Optimization of highly sensitive YAG:Cr3+,Nd3+ nanocrystal-based luminescent thermometer operating in an optical window of biological tissues, Physical Chemistry Chemical Physics, 19(2017) 7343-51.
[27] L. Marciniak, A. Bednarkiewicz, Nanocrystalline NIR-to-NIR luminescent thermometer based on Cr3+,Yb3+ emission, Sensors and Actuators B: Chemical, 243(2017) 388-93.
[28] L. Marciniak, A. Bednarkiewicz, W. Strek, The impact of nanocrystals size on luminescent properties and thermometry capabilities of Cr, Nd doped nanophosphors, Sensors and Actuators B: Chemical, 238(2017) 381-6.
[29] L. Marciniak, A. Bednarkiewicz, D. Kowalska, W. Strek, A new generation of highly sensitive luminescent thermometers operating in the optical window of biological tissues, Journal of Materials Chemistry C, 4(2016) 5559-63.
PL 233 598 Β1
Wynalazek przedstawiono bliżej w przykładach wykonania, które nie ograniczają jego zakresu.
Przykład 1
Element detekcyjny luminescencyjnego detektora temperatury stanowił luminofor LiLaP4Oi2 domieszkowany jonami 1% Cr3+. Za pomocą spektrometru luminescencyjnego przeprowadzono pomiar intensywności emisji luminoforu dla pasma 700 nm pochodzącego od jonu Cr3+ przy wzbudzeniu pierwszą wiązką promieniowania laserowego o długości fali 650 nm, a następnie drugą wiązką promieniowania laserowego o długości fali 550 nm.
Do wyznaczenia krzywej kalibracyjnej przeprowadzono pomiar zmian intensywności emisji luminoforu w postaci układu koloidalnego 0,1 g proszku rozdyspergowanego w 5 ml soli fizjologicznej w zakresie temperatur 10-60°C (co 5°C) wyznaczając parametr zależny od temperatury parametr Δ. Następnie przeprowadzono pomiar obiektu. W tym celu zawiesinę luminoforu dodano do zawiesiny komórek kostniaka U2OS. Następnie przeprowadzono pomiar intensywności emisji luminoforu dla pasma 700 nm pochodzącego od jonu Cr3+ przy wzbudzeniu pierwszą wiązką promieniowania laserowego o długości fali 650 nm, a następnie drugą wiązką promieniowania laserowego o długości fali 550 nm, po czym wyznaczono parametr Δ dla badanego obiektu. Odczyt temperatury badanego obiektu nastąpił poprzez odniesienie parametru Δ z krzywej kalibracyjnej do wartości temperatury.
| Wartość [jednostka] | |
| ^res | 550 nm |
| λ-nres | 650 nm |
| Ires [jednostki umowne] | 250 j.u. |
| Lres [jednostki umowne] | 30j.u. |
| Δ | 7.3 |
| T | 39°C |
Przykład 2
Element detekcyjny luminescencyjnego detektora temperatury stanowił luminofor LiLaP4Oi2 domieszkowany jonami 1% Ti3+. Wykonano pomiar krzywej kalibracyjnej polegający na odczycie zmian parametru Δ w zakresie temperatur 10-70°C.
Dokonano pomiaru widma emisji luminoforu, na którym osadzono komórki mysich makrofagów J774.E i analizę zmiany intensywności pasma 550 nm pochodzącego od jonu Ti3+ przy wzbudzeniu wiązką promieniowania laserowego długości fali 400 nm a następnie wiązką promieniowania o długości fali 350 nm. Dokonano odczytu temperatury komórek mysich makrofagów J774.E poprzez porównanie zmiany wartości parametru Δ z wartościami krzywej kalibracyjnej.
Przykład 3
Element detekcyjny luminescencyjnego detektora temperatury stanowił luminofor Y2O3 domieszkowany jonami 0,5% Ti3+. Wykonano pomiar krzywej kalibracyjnej polegający na odczycie zmian parametru Δ w zakresie temperatur 30-600°C.
Dokonano pomiaru widma emisji luminoforu, osadzonego na pokrywie kotła grzewczego i analizę zmiany intensywności pasma 750 nm pochodzącego od jonu Ti3+ przy wzbudzeniu wiązką promieniowania laserowego długości fali 500 nm a następnie wiązką promieniowania o długości fali 400 nm. Dokonano odczytu temperatury pokrywy kotła grzewczego poprzez porównanie zmiany wartości parametru Δ z wartościami krzywej kalibracyjnej.
PL 233 598 Β1
Przykład 4
Element detekcyjny luminescencyjnego detektora temperatury stanowił luminofor CaF2 domieszkowanego jonami 0,1% Mn2+. Wykonano pomiar krzywej kalibracyjnej polegający na odczycie zmian parametru Δ w zakresie temperatur 50-500°C.
Dokonano pomiaru widma emisji luminoforu, osadzonego na płycie grzewczej i analizę zmiany intensywności pasma 550 nm pochodzącego od jonu Mn2+ przy wzbudzeniu wiązką promieniowania laserowego długości fali 400 nm a następnie wiązką promieniowania o długości fali 500 nm. Dokonano odczytu temperatury płyty grzewczej poprzez porównanie zmiany wartości parametru Δ z wartościami krzywej kalibracyjnej.
Przykład 5
Element detekcyjny luminescencyjnego detektora temperatury stanowił luminofor Y3AI5O12 domieszkowanego jonami 0,1% Mn4+. Wykonano pomiar krzywej kalibracyjnej polegający na odczycie zmian parametru Δ w zakresie temperatur 10-200°C.
Dokonano pomiaru widma emisji luminoforu, osadzonego na procesorze komputera i analizę zmiany intensywności pasma 600 nm pochodzącego od jonu Mn4+ przy wzbudzeniu wiązką promieniowania laserowego długości fali 550 nm a następnie wiązką promieniowania o długości fali 420 nm. Dokonano odczytu temperatury procesora komputera poprzez porównanie zmiany wartości parametru Δ z wartościami krzywej kalibracyjnej.
Przykład 6
Element detekcyjny luminescencyjnego detektora temperatury stanowił luminofor Y3AI5O12 domieszkowanego jonami 0,5% Cr3+. Wykonano pomiar krzywej kalibracyjnej polegający na odczycie zmian parametru Δ w zakresie temperatur 30-150°C.
Dokonano pomiaru widma emisji luminoforu, na którym umieszczono drut miedziany i analizę zmiany intensywności pasma 720 nm pochodzącego od jonu Cr3+ przy wzbudzeniu wiązką promieniowania laserowego długości fali 550 nm a następnie wiązką promieniowania o długości fali 625 nm. Dokonano odczytu temperatury drutu miedzianego poprzez porównanie zmiany wartości parametru Δ z wartościami krzywej kalibracyjnej.
Claims (1)
- Zastrzeżenia patentowe1. Sposób bezkontaktowego optycznego pomiaru temperatury polegający na analizie tempa zmian intensywności emisji detektora stanowiącego materiał domieszkowany jonami metali przejściowych, znamienny tym, że detektor wzbudza się pierwszą wiązką promieniowania laserowego kres, której długość jest dopasowana do różnicy energetycznej pomiędzy poziomami elektronowymi wzbudzonym i podstawowym dla jonu metalu przejściowego materiału detektora i dokonuje się pomiaru intensywności emisji pasma emisyjnego lres, następnie detektor wzbudza się drugą wiązką promieniowania laserowego Xnres, której długość nie jest dopasowana do różnicy energetycznej pomiędzy poziomami elektronowymi wzbudzonym i podstawowym dla jonu metalu przejściowego materiału detektora i dokonuje się pomiaru intensywności emisji pasma emisyjnego lnres wyznaczając zależny od temperatury parametr Δ, korzystnie stosując zależność określoną wzorami 1-4
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL422277A PL233598B1 (pl) | 2017-07-19 | 2017-07-19 | Sposob bezkontaktowego optycznego pomiaru temperatury obiektow |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL422277A PL233598B1 (pl) | 2017-07-19 | 2017-07-19 | Sposob bezkontaktowego optycznego pomiaru temperatury obiektow |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL422277A1 PL422277A1 (pl) | 2019-01-28 |
| PL233598B1 true PL233598B1 (pl) | 2019-11-29 |
Family
ID=65033996
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL422277A PL233598B1 (pl) | 2017-07-19 | 2017-07-19 | Sposob bezkontaktowego optycznego pomiaru temperatury obiektow |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL233598B1 (pl) |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2718237B1 (fr) * | 1994-03-30 | 1996-06-21 | Europ Propulsion | Dispositif de mesure optique de température cryogénique. |
| CA2188478C (en) * | 1996-10-22 | 2005-05-17 | Nahla Khalil | Ruby decay-time fluorescence thermometer |
| PL232860B1 (pl) * | 2016-03-18 | 2019-08-30 | Inst Niskich Temperatur I Badan Strukturalnych Im Wlodzimierza Trzebiatowskiego Polskiej Akademii Na | Detektor luminescencyjny przeznaczony do pomiaru temperatury oraz sposób bezkontaktowego pomiaru temperatury obiektów |
| CN106840447B (zh) * | 2016-11-11 | 2019-04-12 | 南京师范大学 | 一种基于碳纳米颗粒的比例荧光温度计及制备方法和应用 |
-
2017
- 2017-07-19 PL PL422277A patent/PL233598B1/pl unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL422277A1 (pl) | 2019-01-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Jia et al. | What determines the performance of lanthanide-based ratiometric nanothermometers? | |
| Xiang et al. | Deep-tissue temperature sensing realized in BaY2O4: Yb3+/Er3+ with ultrahigh sensitivity and extremely intense red upconversion luminescence | |
| Klier et al. | Analysing the effect of the crystal structure on upconversion luminescence in Yb 3+, Er 3+-co-doped NaYF 4 nanomaterials | |
| Saidi et al. | A novel optical thermometry strategy based on emission of Tm 3+/Yb 3+ codoped Na 3 GdV 2 O 8 phosphors | |
| Zhang et al. | The enhanced photoluminescence and temperature sensing performance in rare earth doped SrMoO 4 phosphors by aliovalent doping: from material design to device applications | |
| Haouari et al. | Optical temperature sensing using green emissions of Er3+ doped fluoro-tellurite glass | |
| Saidi et al. | Ultralow pressure sensing and luminescence thermometry based on the emissions of Er 3+/Yb 3+ codoped Y 2 Mo 4 O 15 phosphors | |
| Savchuk et al. | Thermochromic upconversion nanoparticles for visual temperature sensors with high thermal, spatial and temporal resolution | |
| Paz-Buclatin et al. | GdVO4: Er3+/Yb3+ nanocrystalline powder as fluorescence temperature sensor. Application to monitor the temperature of an electrical component | |
| Marciniak et al. | The influence of dopant concentration on temperature dependent emission spectra in LiLa 1− x− y Eu x Tb y P 4 O 12 nanocrystals: toward rational design of highly-sensitive luminescent nanothermometers | |
| Zheng et al. | A strategy for enhancing the sensitivity of optical thermometers in β-NaLuF 4: Yb 3+/Er 3+ nanocrystals | |
| Wu et al. | Near-infrared long-persistent phosphor of Zn3Ga2Ge2O10: Cr3+ sintered in different atmosphere | |
| Pudovkin et al. | Temperature sensitivity of Nd3+, Yb3+: YF3 ratiometric luminescent thermometers at different Yb3+ concentration | |
| Kalinichev et al. | Yb3+/Er3+− codoped GeO2–PbO–PbF2 glass ceramics for ratiometric upconversion temperature sensing based on thermally and non-thermally coupled levels | |
| Rakov et al. | Exploring the 4I13/2→ 4I15/2 radiative transition from Er3+ in Y2O3 for temperature sensing | |
| PL232860B1 (pl) | Detektor luminescencyjny przeznaczony do pomiaru temperatury oraz sposób bezkontaktowego pomiaru temperatury obiektów | |
| Lei et al. | An up-conversion Ba 3 In (PO 4) 3: Er 3+/Yb 3+ phosphor that enables multi-mode temperature measurements and wide-gamut ‘temperature mapping’ | |
| Zhou et al. | Optical thermometry using fluorescence intensities multi-ratios in NaGdTiO4: Yb3+/Tm3+ phosphors | |
| Zheng et al. | Linear response fluorescent temperature-sensing properties based on Stark sublevels of Er3+-doped Pb (Mg1/3Nb2/3) O3-PbTiO3-Pb (Yb1/2Nb1/2) O3 ceramics | |
| Liao et al. | Afterglow-intensity-ratio-based temperature sensing using a persistent phosphor | |
| Wang et al. | Visualizing temperature inhomogeneity using thermo-responsive smart materials | |
| Bahrouni et al. | Cr 3+-doped CaMgGe 2 O 6 phosphors: crystal field effects and the synergistic role of FIR and fluorescence lifetime in multi-mode optical thermometry | |
| Stopikowska et al. | Influence of excitation and detection geometry on optical temperature readouts–reabsorption effects in luminescence thermometry | |
| Rakov et al. | Highly sensitive optical thermometry operation using Eu3+: Y2O3 powders excited under low-intensity LED light source at 395 nm | |
| Zhao et al. | Luminescent enhancement and multi-mode optical thermometry of erbium doped halide Cs2 (Na/Ag) BiCl6 microcrystals |