一种非接触式稀土荧光自参比温度传感器

发展了一种非接触式稀土荧光自参比温度传感器，即将有机稀土配合物K[Yb(Az)₄]包埋在苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物中，并附着在洁净的石英片上制备得到了温度传感薄膜Yb@PSMM。通过研究不同温度下Yb3+的荧光发射光谱，利用其在近红外波段荧光性质随温度变化的规律，开发了一种比率型稀土荧光温度传感方法，其原理是通过不同温度下Yb3+的荧光发射光谱的形状随温度的变化，结合在不同温度下Yb3+的核外电子在外层Stark劈裂亚能级上的分布符合Boltzmann分布律的特点，利用其近红外荧光发射光谱中900 nm~990 nm波长范围内与990~1 150 nm波长范围内的积分峰面积比的自然对数与温度的倒数呈现的线性关系作为温度测量的标准曲线，实现了-195~105 ℃范围内的温度精确测量。经考察，该发光温度传感器在0 ℃附近的温度测量分辨率达到了0.1 ℃。与已报道的发光温度传感器相比，提出的新型温度传感器具有如下几个优势：其一，所选用的发光材料的Stokes位移大于500 nm，有效地避免了环境背景干扰；其二，由于采用荧光积分峰面积而非荧光强度作为考察对象，大大减小了测量中由于仪器或测量次数较少引入的随机误差；其三，采用同一发光材料的荧光发射光谱中两个荧光峰面积的比值，相当于在体系中引入了自参比，有效避免了由于荧光材料的浓度、几何构型以及光源强度等外界因素变化对测量结果产生的影响；其四，利用稀土发光材料作为温度传感材料，可以利用其荧光寿命长、单色性好、强度高的特点；其五，温度传感膜本身不溶于水，也不在水中扩散，便于直接测量原位温度变化；其六，Yb3+的发光位于900~1 150 nm的近红外波长范围，而这个波段的荧光具有较好的穿透性使得该温度传感器有望在复杂体系的温度传感、成像等领域发挥重要作用。在实际测量的装置中，通过调整光路使得辐照在样品上的入射光斑大小仅约为1 mm2，并将Yb@PSMM固体膜样品的放置方向与入射激发光的夹角设置为225°，从而规避了入射光源的反射光对检测器的影响，而具有较好穿透能力的近红外荧光几乎不受影响，从而进一步确保了该温度传感器的测量结果。     

面向对象的有限元程序设计

本文按照面向对象的程序设计方法,遵循有限元分析的本质,采用Ｃ＋＋语言,建立了有关描述有限元模型的类,给出了类的描述和它的实现方法。相关的类和方法包括处理矩阵的类、节点类、单元类、材料类、形函数类等。据此编制了有限元分析的数值计算程序,并给出了一个实例。