Sub-∘C-precision temperature imaging using phase-shift luminescence thermometry
Imagerie de température avec précision inférieure au degré en exploitant une technique de décalage de phase de la luminescence
Résumé
This work explores the potential of luminescence thermometry to provide temperature imaging with high temperature resolution using the phase-shift method. Phosphor thermometry has been widely used for temperature imaging, especially with the decay-time method. However, the phase-shift method was rarely used. In this approach, excitation is modulated in time, and due to the temperature-dependent luminescence dynamics of the painted luminescent probe, the emission waveform is phase-shifted with respect to the excitation waveform. Initially, a parametric study was performed on the effect of excitation waveform frequency and shape, based on a millisecond-decay time phosphor. The study found that the best precision is achieved with a square waveform at a frequency such that the phase shift is at the target temperature. Then, this method was compared with the well-established decay-time method. Phase-shift method offered a three-fold improvement in temperature precision under identical peak excitation power. Finally, two-dimensional measurements were demonstrated on a temperature-controlled plate using a high speed CMOS camera, and an LED illumination. A temperature precision of 0.13 ∘C was obtained at a temporal resolution of 0.25 s and a spatial resolution of around 1 mm, due to a pre-processing binning of 7 by 7 pixels. This technique can be used as a robust alternative to infrared thermometry to probe the thermal processes with small temperature differences.
Ce travail explore le potentiel de la thermométrie par luminescence pour fournir une imagerie de température avec une haute résolution en température en utilisant la méthode de décalage de phase. La thermométrie à luminophore a été largement utilisée pour l'imagerie de la température, en particulier avec la méthode du temps de décroissance. Cependant, la méthode du décalage de phase a été rarement utilisée. Dans cette approche, l'excitation est modulée dans le temps et, en raison de la dynamique de luminescence de la sonde luminescente peinte qui dépend de la température, la forme d'onde d'émission est déphasée par rapport à la forme d'onde d'excitation. Dans un premier temps, une étude paramétrique a été réalisée sur l'effet de la fréquence et de la forme de l'onde d'excitation, sur la base d'un luminophore à temps de déclin de l'ordre de la milliseconde. L'étude a montré que la meilleure précision est obtenue avec une forme d'onde carrée à une fréquence telle que le déphasage est de π/4 à la température cible.
Cette méthode a ensuite été comparée à la méthode bien connue du temps de décroissance. La méthode de déphasage a permis de tripler la précision de la température pour une puissance d'excitation identique. Enfin, des mesures bidimensionnelles ont été effectuées sur une plaque à température contrôlée à l'aide d'une caméra CMOS à grande vitesse et d'un éclairage LED. Une précision de température de 0,13 ◦C a été obtenue avec une résolution temporelle de 0,25 s et une résolution spatiale d'environ 1 mm, pour un filtre spatial de 7 par 7 pixels. Cette technique peut être utilisée comme une alternative robuste à la thermométrie infrarouge pour sonder les processus thermiques avec de faibles différences de température.
Origine | Fichiers éditeurs autorisés sur une archive ouverte |
---|---|
licence |