專利名稱：溫度傳感器探針的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及溫度傳感器探針，詳細(xì)地說，涉及具有粉狀熒光體的溫度 傳感器探針。
背景技術(shù)：
作為溫度傳感器，使用熒光體的熒光式溫度傳感器得到廣泛應(yīng)用 (專利文獻(xiàn)1 )。熒光式溫度傳感器使用熒光特性隨溫度而變化的熒光體 來測定溫度。具體地說，將光源發(fā)出的激發(fā)光照射到熒光體上，檢測熒 光體發(fā)出的熒光。并且，依據(jù)熒光壽命等熒光特性的變化，測定溫度。
含有熒光體的熒光材樸沒置在光纖前端。從光源射出的氣t光通過光 纖射入熒光體。此外，熒光體發(fā)出的熒光通過光纖被光傳感器檢出。用于 這種溫度傳感器的溫度傳感器探針有使用粉狀熒光體的。并且，熒光體粉
末粒徑在40nm以下的已被/>開(專利文獻(xiàn)2 )。專利文獻(xiàn)1日本特開2002-71473號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2日本特開平2-290518號(hào)公才艮

發(fā)明內(nèi)容
但是，專利文獻(xiàn)2的探針存在由于粒徑小，而不能得到充分的熒光 強(qiáng)度的問題。例如，雖然每個(gè)粒子是透明的，但是細(xì)小的粒子曲折重疊 后會(huì)形成層狀。如果熒光體的粒徑小，則激發(fā)光如圖7所示，會(huì)由于各 個(gè)粒子而向不特定的方向漫反射，而不透射。在圖7中，實(shí)線箭頭表示 入射光的傳播路徑，虛線箭頭表示熒光的傳播路徑。從光纖射出的激發(fā) 光未到達(dá)熒光體的深處就在其表面附近反射了。因此，只有表面的熒光 體發(fā)出熒光，所以不能得到充分的熒光強(qiáng)度。不能得到充分的熒光強(qiáng)度， 則相對(duì)于檢測電路中的噪聲，熒光強(qiáng)度小，算出的測定結(jié)果每次都有波 動(dòng)。此外，粒徑大小不一致，則由于粉末的內(nèi)部應(yīng)力，熒光壽命會(huì)有差 異，每份粉末的測定結(jié)果會(huì)不同。如上所述，對(duì)于以往的溫度探針傳感 器而言，存在不能得到充分的熒光強(qiáng)度，難以進(jìn)行穩(wěn)定的測量這一問題。本發(fā)明就是為了解決上述問題而進(jìn)行的，其目的是提供能夠穩(wěn)定測 量的溫度傳感器探針及其制造方法。
本發(fā)明的第1方式的溫度傳感器探針是一種用于使用熒光特性隨著 溫度而變化的熒光體來測定溫度的溫度傳感器探針，它具有粉狀熒光體 和波導(dǎo)元件，所述波導(dǎo)元件傳播照射到上述熒光體上的激發(fā)光和由上述
熒光體產(chǎn)生的熒光，上述粉狀螢光體的粒徑在60-100^im的范圍內(nèi)。 由此，因?yàn)槟軌蛱岣邿晒鈴?qiáng)度，所以能夠穩(wěn)定測量。
在上述溫度傳感器探針中，上述熒光體優(yōu)選的是紅寶石。
在上述溫度傳感器探針中，照射到上述熒光體上的激發(fā)光優(yōu)選的是 黃色LED發(fā)出的光。由此能夠降低測定的噪聲。
本發(fā)明能夠提供可以穩(wěn)定測量的溫度傳感器探針。


圖1是表示本發(fā)明實(shí)施方式1的溫度傳感器的構(gòu)成的側(cè)視截面圖。
圖2是表示在本實(shí)施方式的傳感器探針中熒光材料中的激發(fā)光以及熒 光的傳播路徑的示意圖。
圖3《一表示改變粒徑范圍時(shí)的熒光壽命差異的曲線。
圖4《_表示改變粒徑范圍時(shí)的熒光壽命差異的曲線。
圖5是表示改變粒徑范圍時(shí)的熒光強(qiáng)度的曲線。
圖6是表示改變粒徑范圍時(shí)的熒光強(qiáng)度的曲線。
圖7是表示在以往的傳感器探針中熒光材料中的激發(fā)光以及熒光的傳 播#的示意圖。
符號(hào)說明
l-主體部分、2-傳感器探針、21-熒光材料、25-熒光體、26-顆粒、 100-溫度傳感器。
具體實(shí)施例方式
下面，對(duì)應(yīng)用本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，參照附圖進(jìn)行詳細(xì)說明。圖1是示意性表示溫度傳感器的構(gòu)成的側(cè)視圖。
溫度傳感器100具有主體部分1和傳感器探針2。溫度傳感器100 是用熒光特性隨溫度變化的熒光體來測量溫度的熒光式溫度傳感器。因 此，傳感器探針2上設(shè)有具有熒光體25的熒光材料21。傳感器探針2 通過連接器(圖上未表示)等安裝在主體部分1上。主體部分1上設(shè)有 光源、光檢測器和半透半反鏡等，所述光源發(fā)出照射于熒光材料21上 的激發(fā)光Le,光檢測器檢測熒光材料21中所含的熒光體產(chǎn)生的熒光Lf，
半透半反鏡用于分離激發(fā)光Le和熒光Lf。主體部分l不限于上述構(gòu)成。
主體部分l依據(jù)照射脈沖光時(shí)的熒光壽命的變化來測定溫度。
優(yōu)選用于光源的是波長約600nm的黃色LED(發(fā)光二極管)。這里， 例如使用易于獲得的、中心波長590nm的LED。通過使用黃色LED, 能夠穩(wěn)定地對(duì)熒光材料21照射激發(fā)光。此外，因?yàn)辄S色LED的光源壽 命長，所以可以使其長時(shí)間工作。再者，將黃色光作為激發(fā)光，能夠降 低測定噪聲。即，例如，作為光檢測器使用硅制光電二極管時(shí)，波長短 的激發(fā)光(例如波長405nm)入射后，硅芯片中就會(huì)形成能級(jí)。由此， 暗電流增加，長時(shí)間使用會(huì)導(dǎo)致噪聲增加。另一方面，激發(fā)光使用黃色 光，能夠降低此類暗電流的增加。由此，能夠降低噪聲，進(jìn)行高精度的 測量。此外，用紅寶石作為熒光體25時(shí)，對(duì)黃色光的吸收大。因此， 能夠增強(qiáng)熒光強(qiáng)度。
下面，對(duì)本實(shí)施方式中的傳感器探針2詳細(xì)地進(jìn)行說明。傳感器探針 2具有熒光材料21和波導(dǎo)棒23。在波導(dǎo)棒23的前端設(shè)有熒光材料21。
波導(dǎo)棒23呈細(xì)長棒形。波導(dǎo)棒23是例如傳播光的石英棒、光纖等波 導(dǎo)元件。也可以使用將多個(gè)光纖集束而成的光纖束。因此，波導(dǎo)棒23由石 英、玻璃等折射率高的透明材質(zhì)構(gòu)成。主體部分l發(fā)出的激發(fā)光Le和熒光 材料21產(chǎn)生的熒光Lf在波導(dǎo)棒23內(nèi)反復(fù)發(fā)生全反射，并傳播出去。即， 波導(dǎo)棒23成為用于將激發(fā)光Le照射到熒光材料21上的投射光路。
熒光材料21具有粉狀熒光體25。即，熒光材料21由熒光體粉末的 集聚物構(gòu)成?？梢栽O(shè)置保護(hù)波導(dǎo)棒23以及熒光材料21的保護(hù)管。作為熒 光體25，可以使用例如紅寶石、金綠寶石等的粉末。這里，將紅寶石粉末 作為熒光體25使用。此外，也可用粘合劑等將含有熒光體25的熒光材料 21固定于波導(dǎo)棒23的前端。
5使熒光體25的粉末粒徑在60~100nm之間。即，熒光材料21中所含 的熒光體25的粒徑在60 100fim范圍內(nèi)。由此，可以增強(qiáng)熒光強(qiáng)度，能夠 穩(wěn)定測量。即，與以往的技術(shù)相比，增大了粒徑，此時(shí)，如圖2所示，熒 光體25的顆粒26與顆粒26之間會(huì)形成間隙。圖2是將熒光材料中的熒光 體25的粉末放;^示的圖。在圖2中，實(shí)線箭頭表示入射光的傳播路徑， 虛線箭頭表示熒光的傳播路徑。在圖2中，各顆粒26用球形表示，但是實(shí) 際的粉末為有微小凹凸的不規(guī)則形狀。由于在熒光體顆粒26和所涂布的物 質(zhì)的界面上的菲涅耳反射，亂良光被漫反射。由此，亂t光能夠深入到熒 光材料中。^L光在熒光材料中的傳播距離變長，能夠增強(qiáng)熒光強(qiáng)度。
這樣，熒光強(qiáng)度增強(qiáng)，從而能夠穩(wěn)定測量。即，在設(shè)置于主體部分1 的檢測電路中，能夠增強(qiáng)相對(duì)于噪聲的熒光強(qiáng)度。由此，能夠改善信噪比， 算出的熒光壽命不易受到噪聲影響。此外，將粒徑調(diào)整在一定范圍內(nèi)，則 粉末的內(nèi)部應(yīng)力會(huì)大小一致。因?yàn)榉勰┑膬?nèi)部應(yīng)力大小一致，所以能夠降 低熒光壽命的差異。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定測量。此外，能夠提高傳感器探 針間的互換性，不需要逐個(gè)校正傳感器探針。由此，能夠降低溫度傳感器 的調(diào)試成本。此外，因?yàn)榭梢?吏用粒徑60~100nm的寬范圍的粉末，因此 提高了粉末的利用率。
對(duì)熒光體25的制造方法進(jìn)行說明。首先使用伯努利法等結(jié)晶生長法 制造晶錠。由此，形成單晶或多晶的紅寶石晶錠。將紅寶石結(jié)晶制成粉末 之后攪拌，使其濃度分布均勻。由此，結(jié)晶方位的依存性消失。然后，將 紅寶石粉末的粒徑調(diào)整在一定范圍內(nèi)。這里，將紅寶石粉末按尺寸篩分。 粒徑可通過重量法、篩分法、激光粒度分布計(jì)測法區(qū)分。這里，為了簡易 地區(qū)分顆粒，使用篩分法。例如，根據(jù)篩子網(wǎng)眼尺寸不同，能夠按不同粒 徑進(jìn)行篩分。
這里，使用正方形網(wǎng)眼，將粉末按尺寸分別篩分。例如，準(zhǔn)備網(wǎng)眼尺 寸為約100nmxl00nm和約60jimx60nm的篩子。4吏粉碎過的粉末通過兩 個(gè)篩子，由此就能限定粒徑尺寸的范圍。例如，4吏粉末通過100nm的篩子 后，再^^其通過60nm的篩子，就能分離出粒徑在60 100jim間的粉末。 用這種方式，使用尺寸不同的篩子，就能夠簡便地分離顆粒，從而能夠提 高生產(chǎn)性。4吏粉末通過兩個(gè)以上的篩子，就能夠4吏粉末大小一致，將粒徑 控制在一定范圍內(nèi)。由此，能夠穩(wěn)定熒光特性。還可用尺寸為約80nmx80nm 和約40nmx40nm的篩子同樣地進(jìn)行篩分，進(jìn)行下述測定試驗(yàn)。下面，結(jié)合圖3~圖6，對(duì)改變熒光體25的粒徑范圍時(shí)的測定結(jié)果的 一個(gè)例子進(jìn)行說明。這里，使用鉻濃度為0.2mass% (wt%)的紅寶石粉 末測定熒光壽命。即，相對(duì)于氧化鋁，含有0.2mass。/。的鉻。將粒徑在某 個(gè)一定范圍內(nèi)的紅寶石粉末的集聚物各準(zhǔn)備40份樣品。將測定對(duì)象置于室 溫下，進(jìn)行全部樣品的測定，調(diào)查熒光壽命差異。具體地說，將40份樣品 的測定結(jié)果的均方差作為熒光壽命差異。
圖3及圖4表示改變粒徑范圍時(shí)的熒光壽命差異。圖3及圖4中，分 別示出四種粒徑范圍的樣品的熒光壽命差異。圖3是集聚了粒徑在某上限 值以下的范圍的紅寶石粉的樣品的測定結(jié)果，圖4是集聚了粒徑在某下限 值以上且在某上限值以下的范圍的紅寶石粉的樣品的測定結(jié)果。即，圖3 所示的結(jié)果中，只設(shè)定粒徑的上限值，圖4所示結(jié)果中，設(shè)定了粒徑的上 限值以及下限值。
將圖3的測定結(jié)果中使用的粒徑范圍設(shè)為范圍A 范圍D，將圖4的 測定結(jié)果中使用的粒徑范圍設(shè)為范圍E 范圍H。范圍A的測定是粒徑在 100jim以下的測定，范圍B的測定^1津立徑在80jim以下的測定，范圍C的 測定是粒徑在60nm以下的測定，范圍D的測定^1粒徑在40nm以下的測 定。范圍E的測定是粒徑在80~100nm范圍內(nèi)的測定，范圍F的測定是粒 徑在60~80nm范圍內(nèi)的測定，范圍G的測定^1粒徑在60~100nm范圍內(nèi) 的測定，范圍H的測定濕一津立徑在40~60jim范圍內(nèi)的測定。
通過比較圖3和圖4可知，粒徑大小一致的粉末，其熒光壽命差異得 到抑制。即，不僅設(shè)定了上限值，還設(shè)定了下限值的粉末，其熒光壽命差 異小。例如，可以看出，與包含100nm以下的^P粒徑的范圍A相比， 粒徑在60 100nm的范圍G的粉末，其測得的均方差小。此外，范圍G的 粉末測得的熒光壽命差異比范圍H的小。因此，將粒徑調(diào)整在40~60nm 范圍內(nèi)，雖然4吏粒徑大小一致了，但是顆粒與顆粒之間的間隙變小了。由 此，激發(fā)光的傳^^巨離變短，熒光壽命差異變大。此外，范圍G的粒徑范 圍比范圍E、 F大，但是其熒光壽命差異卻小一些。綜上所述，將粒徑調(diào) 整在60nm以上100nm以下，能夠抑制熒光壽命差異。
下面，結(jié)合圖5及圖6，說明針對(duì)范圍A 范圍H測定時(shí)的熒光強(qiáng)度。 圖5是表示針對(duì)范圍A D測定的結(jié)果的曲線，圖6是表示針對(duì)范圍E~H 測定的結(jié)果的曲線?？v軸表示針對(duì)針對(duì)各個(gè)范圍測定40份樣品時(shí)的初始熒 光強(qiáng)度的A/D變換值的平均值。因此，縱軸表示各范圍的熒光強(qiáng)度。即，縱軸表示40份樣品的熒光強(qiáng)度平均值。此夕卜，使圖5和圖6中的縱軸刻度 一致。
可以看出，粒徑大，則熒光強(qiáng)度也大。即，由于相鄰粉末與粉末之間 的間隙變大，氣&光深入到內(nèi)部。由此，亂&光的傳播距離變長，能夠增 強(qiáng)熒光強(qiáng)度。此外，可以看出，與范圍C相比，針對(duì)范圍G測得的熒光強(qiáng) 度增強(qiáng)。這樣，使粒徑大小一致，可以增強(qiáng)熒光強(qiáng)度。此外，范圍G與范 圍F相比，粒徑范圍大，但是熒光強(qiáng)JLi4^目同。因此，能夠提高熒光體 粉末的利用率，提高生產(chǎn)性。
如上所述，使熒光材料21中所含的熒光體粒徑在60 100nm的范圍內(nèi)。 由此，熒光體25的顆粒26之間能夠形成間隙，齓義光的傳播距離變長。 因而激發(fā)光進(jìn)入熒光材料21的深處。由此，能夠增強(qiáng)熒光強(qiáng)度，能夠進(jìn)行 穩(wěn)定的測量。這樣，通過使用粒徑在60 100jtm的熒光粒子集聚物，能夠 穩(wěn)定地進(jìn)行測量。^"相對(duì)于氧化鋁的添加量，也可以在0,2mass。/。 (wt%) 之外。熒光粉末不限于紅寶石粉，金綠寶石粉也可以。
此外，可以將激發(fā)光的波長改為不是黃色光的波長(中心波長 590nm)。例如，如果波長小，則折射大，光充分折射，但是上述粒徑范圍 基本不變。由此，即使在激發(fā)光波長不同的情況下，也能夠使測量穩(wěn)定。
權(quán)利要求
1. 一種溫度傳感器探針，用于使用熒光特性隨著溫度而變化的熒光體來測定溫度，具有粉狀熒光體和波導(dǎo)元件，所述波導(dǎo)元件傳播照射到上述熒光體上的激發(fā)光和由上述熒光體產(chǎn)生的熒光，上述粉狀熒光體的粒徑在60-100μm的范圍內(nèi)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫度傳感器探針，其特征在于，上述熒 光體是紅寶石。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的溫度傳感器探針，其特征在于，照射 到上述熒光體上的激發(fā)光是由黃色LED產(chǎn)生的光。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能夠穩(wěn)定地進(jìn)行測定的溫度傳感器探針。本發(fā)明的溫度傳感器探針是一種使用熒光特性隨溫度而變化的熒光體來測定溫度的溫度傳感器探針。它具有粉狀熒光體(25)和波導(dǎo)元件，所述波導(dǎo)元件傳播照射到熒光體(25)上的激發(fā)光和熒光體(25)產(chǎn)生的熒光，粉狀熒光體(25)的粒徑在60～100μm的范圍內(nèi)。
文檔編號(hào)G01K11/00GK101441117SQ200810177039
公開日2009年5月27日 申請(qǐng)日期2008年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月22日
發(fā)明者加藤淳之, 衣笠靜一郎 申請(qǐng)人:株式會(huì)社山武