用于感测系统的单片磷光体复合物的制作方法

1.本公开总体上涉及单片陶瓷磷光体复合物，并且更具体地涉及一种用于对被测物体的参数进行测量的单片陶瓷磷光体复合物。


背景技术：

2.除非本文另有指出，否则本节中描述的材料对于在本技术中所要求保护的内容不是现有技术，并且由于包含在本节中而不应认为是现有技术。
3.当由某一波长的光激发磷光体时，该磷光体会发出不同波长的光。发射光的某些特性随温度变化，包括亮度、颜色和余辉持续时间。发射光对温度的响应通过各种方法进行监测，例如分析单个波长的发射强度的变化或者两个或更多个波长的强度比变化、寿命衰减和发射波长峰值的偏移。用于对物体温度进行测量的磷光体，该磷光体可以直接涂覆在表面上，也可以放置在探头内并与表面接触，然后用光源照射，并根据发射出的光的响应确定物体的温度。磷光体通常使用粘合剂粘合以获得良好的热接触和均匀的温度响应。环氧树脂和聚硅氧烷通常用作化学粘合剂，但由于粘合剂的热稳定性有限，这将用于高温感测的磷光体的使用限制在几百度(200℃至400℃)。用于高温感测的化学粘合剂可以是热稳定的，并且这种化学粘合剂不应在高温热循环和长时间暴露下变化热成像磷光体的温度响应。


技术实现要素：

4.在一个方面，提供了一种用于对物体参数进行测量的单片陶瓷金属氧化物磷光体复合物，其包括热成像磷光体和金属氧化物材料。所述热成像磷光体与所述金属氧化物材料混合以形成金属氧化物磷光体复合物，所述金属氧化物磷光体复合物随后被进行干燥和煅烧以形成陶瓷金属氧化物磷光体复合物。所述复合物用于对被测量物体的参数进行测量。
5.在另一方面，提供了一种用于对物体的参数进行测量的光学装置。该装置包括光纤探头，该光纤探头包括光导、在工作上联接至光导以向光纤探头的稍端提供激发光的光源，单片陶瓷金属氧化物磷光体复合物在功能上耦合至光纤探头的稍端，传感器在工作上联接至光纤以对从单片陶瓷金属氧化物磷光体复合物发射出的光进行检测，并且处理单元在功能上耦合至传感器以对由单片陶瓷金属氧化物磷光体复合物发射出的光进行处理。当单片陶瓷金属氧化物磷光体复合物被激发光照射时，它发射出的光的波长与激发光不同，并且单个波长的发射强度的变化或者两个或更多个波长的强度比的变化、寿命衰减或发射波长峰值的偏移都是测量参数的函数。
6.除了上述方面和实施方式之外，通过参考附图和对以下详细描述的研究，其他的方面和实施方式将变得显而易见。
附图说明
7.在所有附图中，附图标记可以被重复使用以指示所参考的元件之间的对应关系。提供附图是为了说明本文所描述的示例实施方式，而无意于限制本公开的范围。附图中元件的尺寸和相对位置不一定按比例绘制。例如，各个元件的形状和角度不是按比例绘制的，其中一些元件是任意放大和定位以提高附图的易读性。
8.图1是用于制造单片陶瓷金属氧化物磷光体复合物的方法的示例的流程图。
9.图2是用于对物体的参数进行测量的光学装置的示例的示意图，其中将单片陶瓷金属氧化物磷光体复合物安装在光学装置的稍端。
10.图3是用于对物体的参数进行测量的光学装置的示例的示意图，其中将单片陶瓷金属氧化物磷光体复合物嵌入在被测物体内。
具体实施方式
11.本技术公开了一种用于对物体的参数进行测量的单片陶瓷金属氧化物磷光体复合物。磷光体可以是任何热成像磷光体。在一个实施方式中，测量参数可以是物体的温度。单片陶瓷金属氧化物磷光体复合物可在高于250℃的温度下执行可重复且稳定的温度感测，而无任何热降解。例如，它可用于测量400℃以上的温度，而不会发生热降解。因此，本发明的单片陶瓷金属氧化物磷光体复合物是稳定的(在1000℃以下不会热分解)，同时保持注入的磷光体的温度感测特性。在一个实施例中，单片陶瓷金属氧化物磷光体复合物可以用于需要高温感测和耐久性的任何应用中。
12.图1是用于制造单片陶瓷金属氧化物磷光体复合物的方法的示例的流程图。热成像的磷光体是分散在溶剂和金属有机前体材料(例如金属醇盐)中的细粉末材料，并且机械地混合(图1中的步骤10)以产生称为混合溶胶的混合溶液。随后，添加催化剂(图1中的步骤12)用于将混合溶胶转化为注入磷光体的凝胶以形成金属氧化物溶胶
‑
凝胶磷光体复合物，如图1的步骤14所示。例如，催化剂可以是可形成凝胶状双相系统的任何合适的酸或碱。
13.在一个实施方式中，将金属氧化物溶胶
‑
凝胶磷光体复合物材料浇铸到模具中或压铸以形成预定的形状和尺寸(图1的步骤16)，然后在约400℃至1500℃的高温下被进行干燥和煅烧(图1的步骤18所示)，以形成具有预定形状和尺寸的单片陶瓷金属氧化物磷光体复合物。
14.在另一实施方式中，可以在高压下将步骤14中获得的金属氧化物溶胶
‑
凝胶磷光体复合物材料压制成预定的形状和尺寸(图1的步骤20)。例如，可以使用热压或冷压来形成压制的金属氧化物磷复合物。在一种实施方式中，可以将来自图1的步骤14的材料被进行干燥和粉末化，并且可以将粉末压制成预定的形状和尺寸(按照图1的步骤20)。然后将压制的金属氧化物溶胶
‑
凝胶磷光体复合物被干燥并在约400℃至1500℃的高温下被煅烧(图1的步骤22)以形成单片陶瓷金属氧化物磷光体复合物。图1的干燥和煅烧步骤22可以在大气压和压力下或在特定的气体气氛(例如氮气，氧气或氩气)下在环境压力下或在减压条件下进行。
15.通过在步骤10(图1)期间调节金属有机前体材料和磷光体的量来调整磷光体和金属氧化物材料的比率，使得溶胶
‑
凝胶复合物中磷光体的含量均匀。相对于金属氧化物材料的重量，所述复合物中磷光体的重量比率在2wt％到90wt％之间变化。
16.在一些实施例中，溶剂和金属有机前体材料(例如金属醇盐)在不添加磷光体粉末的情况下机械地混合(类似于图1中的步骤10)，然后通过添加催化剂将磷光体粉末转化为金属氧化物溶胶
‑
凝胶。然后使用研钵和杵或球磨机将获得的金属氧化物溶胶
‑
凝胶与磷光体粉末机械地混合，以获得均匀的金属氧化物溶胶
‑
凝胶和磷光体粉末。然后在高压下将混合金属氧化物溶胶
‑
凝胶磷光体复合物压制成预定的形状和尺寸(图1的步骤20)，并按照图1的步骤22干燥和煅烧，形成具有预定形状和尺寸的单片陶瓷金属氧化物磷光体复合物。在一个实施方式中，将混合的金属氧化物溶胶
‑
凝胶磷光体复合物首先浇铸到模具中或压铸以形成预定的形状和尺寸(类似于图1的步骤16)，然后在高温下被进行干燥和煅烧(按照图1的步骤18所示)，以形成具有预定形状和尺寸的单片陶瓷金属氧化物磷光体复合物。
17.在一个实施方式中，省略了步骤10至步骤14，并且可以通过机械地混合磷光体和金属氧化物粉末来制备金属氧化物磷光体复合物，以获得均匀的金属氧化物和磷光体粉末，然后根据图1的步骤20和22对其进行处理。
18.热成像磷光体可以选自：掺杂锰的mg4fgeo6:mn和该类别内所有可能的化学计量比，掺杂铕的la2o2s:eu，掺杂铕的y2o3:eu，掺杂铕的lupo4:eu，掺杂镝的yvo4:dy，掺杂镝的y2o3:dy，掺杂镝的lupo4:dy，掺杂镝的钇铝石榴石yag:dy及其任何组合。
19.金属氧化物选自二氧化硅(sio2)、氧化锆(zro2)、氧化铝(al2o3)、二氧化钛(tio2)及其组合。
20.所获得的陶瓷金属氧化物磷光体复合物是机械上的硬材料，无需任何额外的黏合剂或粘合剂即可嵌入测量物体中。然后可以使用光学测量装置照射陶瓷金属氧化物磷光体复合物材料，并基于磷光体发光的衰减时间或通过确定单个波长的发射强度的变化或者两个或更多个波长的强度比的变化来检测测量参数，或者发射波长峰值的偏移。在一个实施方式中，陶瓷金属氧化物磷光体复合物材料可以合并到光学测量装置中。
21.图2示出了用于对物体102的参数进行测量的光学测量装置100的示例。装置100包括光纤探头104，该光纤探头104具有用于将激发光传递到单片陶瓷金属氧化物磷光体复合物112以及将从单片陶瓷金属氧化物磷光体复合物112发射的光传递到传感器114的光导106。在所示示例中，将单片陶瓷金属氧化物磷光体复合物112定位在探头104的稍端110的内表面上形成的凹口中。光源108在工作上联接至光导106以向单片陶瓷金属氧化物磷光体复合物112提供激发光。光源108可以提供uv波段中的激发光。例如，光源108可以提供波长在200nm至400nm之间的激发。在一个实施例中，光源108可提供蓝到绿波长范围(例如400nm至600nm)中的激发光。光源可以是激光或led。从单片陶瓷金属氧化物磷光体复合物112发射的光是由在工作上联接至光导106的传感器114检测的。例如，传感器可以是光电二极管。从单片陶瓷金属氧化物磷光体复合物112发射的光具有与激发光不同的波长。例如，发射出的光可以在红色波长范围内，诸如600nm至800nm。由于光导106既传递激发光和又传递发射光，因此可以提供分光器111以将激发光与发射光分离。例如，分光器111可以是与光导106在工作上联接的镜，使得该镜可以将激发光的uv/蓝色/绿色波长与发射光分离。
22.传感器114将发射的光转换为模拟电信号。由光电探测器(例如光电二极管)吸收的光子产生电流。可以使用在功能上耦合至传感器114的放大器113来使电信号增强。后可以使用a/d转换器115将模拟电信号数字化。然后，处理单元116对从a/d转换器获得的数字信号进行处理，以便确定单个波长处的发射强度的变化或者两个或更多个波长的强度比的
变化、寿命衰减或发射波长峰值的偏移，其中每个都是测量参数的函数。传感器114可以具有针对不同波长的灵敏度来调整的多个敏感区域，其允许在不同波长处测量发射强度。将具有单个波长的发射强度或者两个或更多个波长的强度比的变化、寿命衰减或发射波长峰值与测量参数值的偏移的预定查找表预编程到处理单元116中。因此，处理单元116处理数字信号并计算从单片陶瓷金属氧化物磷光体复合物112发射出的光的单波长发射强度的变化或者两个或更更多个波长的强度比的变化、寿命衰减或从该光源发射的光的发射波长峰值的偏移，并且处理单元116基于这样的计算值通过使用查找表来确定测量参数。在一个实施例中，光分配器111、传感器114、放大器113、a/d转换器115和处理单元116可以定位在同一组件中，然而本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，这些装置中的每一个或一些可以彼此分开地定位。
23.在一种操作模式中，使光纤探头104的稍端110与物体102接触。因此，装置100是能够在单个点测量物体102的参数的接触探头。在一个实施方式中，测量参数可以是物体102的温度。探头104的稍端110可以由金制成或可以镀金，从而可以增加装置100的热导率。当光源108接通时，它会激发定位在探头104的稍端110处的单片陶瓷金属氧化物磷光体复合物112。单片陶瓷金属氧化物磷光体复合物112可以发射与激发光不同波长的光(例如，它可发射红色波长范围的光，诸如600nm至800nm)。通过光导106的发射光在由传感器114检测之前穿过镜111。由放大器113放大并转换为数字信号的检测信号由处理单元116进行处理。例如，将处理单元预编程来确定发射出的光的寿命衰减的变化，并且基于预定的查找表，它提供物体的温度值。处理单元116还可以控制装置100的操作，例如，诸如光源108的触发时间。
24.在图3所示的另一操作模式中，单片陶瓷金属氧化物磷光体复合物112可以嵌入到被测物体102中。例如，可以在物体102中形成凹口120，并且可以将单片陶瓷金属氧化物磷光体复合物112插入并固定在该凹口中。单片陶瓷金属氧化物磷复合物112在没有任何黏合剂或粘合剂的情况下机械地保持在凹口120中。在一个实施例中，单片陶瓷金属氧化物磷光体复合物112可以使用黏合剂或粘合剂保持在凹口120中或保持在物体102的表面。探头104与靠近接近于单片陶瓷金属氧化物磷复合物112的测量物体102接触。当单片陶瓷金属氧化物磷复合物112被激发光激发时，其发射波长不同于激发光波长的光。然后，以与先前上文中所描述的相同的方式来检测和处理所发射出的光，并且提供测量参数。在一个实施方式中，测量参数可以是物体102的温度。在另一个实施方式中，测量参数可以是物体的压力。处理单元通过计算单个波长的发射强度的变化或者两个或更多个波长的强度比的变化、发射波长的偏移或磷光体发光的衰减时间来确定测量参数。
25.虽然已经示出和描述了本发明的特定元件、实施方式和应用，但是应当理解，本发明的范围不限于此，因为本领域技术人员可以在不脱离本发明范围的情况下进行修改，尤其是根据前面的教导。因此，例如，在本文公开的任何方法或过程中，构成该方法/过程的动作或操作可以以任何合适的顺序执行，并且不必限于任何特定的公开的顺序。在各种实施方式中，元件和组件可以不同地配置或布置、组合和/或移除。以上描述的各种特征和过程可以彼此独立地使用，或者可以以各种方式组合。所有可能的组合和子组合旨在落入本公开的范围内。在整个本公开中，对“一些实施方式”，“实施方式”等的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构、步骤、过程或特征包括在至少一个实施方式中。因此，在整个本公开中，短语“在一些实施例中”，“在实施例中”等的出现不一定全部指的是同一实施例，而是
可以指代相同或不同的实施例中的一个或更多个。
26.已经在适当的地方描述了实施方式的各个方面和优点。应当理解，根据任何特定实施方式，不一定可以实现所有这些方面或优点。因此，例如，应该认识到，可以以实现或优化如本文所教导的一个优点或一组优点的方式执行各种实施方式，而不必实现如本文所教导或建议的其他方面或优点。
27.除非另有具体说明或在所使用的上下文中以其他方式理解，否则本文中使用的条件语言，例如“能够”，“可能”，“应该”，“可以”，“例如”等，通常旨在传达某些实施方式包括某些特征，元素和/或步骤，而其他实施方式不包括某些特征，元素和/或步骤。因此，这种条件语言一般不意味着一个或更多个实施方式以任何方式需要特征、元素和/或步骤，或者不意味一个或多个实施方式必然包括以下逻辑，用于决定在任何特定实施方式中是否包括或将要执行这些特征、元素和/或步骤。对于任何特定实施方式，不需要单个特征或特征组，单个特征或特征组也不是必不可少的。术语“包括”，“包含”，“具有”等是同义词，以开放式方式包含在内，并且不排除其他元素、特征、动作、操作等。此外，术语“或”以其包含的含义使用((而不是以其专有的含义使用)，因此，例如在用于连接元素列表时，术语“或”意味着列表中的一个、一些或所有元素。本文描述的实施方式的示例计算、模拟、结果、图、值和参数旨在说明而不是限制所公开的实施方式。其他实施方式的配置和/或操作可以与本文描述的示例性示例不同。