本发明公开了一种拉曼频移测温方法和系统，本发明专利是根据键弛豫理论，建立的拉曼频移测温算法，并通过配置相应程序计算出相应结果。与同类分布式光纤拉曼测温系统相比较，本发明不受制于拉曼散射强度大小的影响。本发明专利不但能测温，还能有效的预测物质的结合能，德拜温度。本发明专利相应的配置软件(APP手机平台或PC机应用)与同类的测温软件相比，有了专业性的突破。它不但有电脑同类的测温应用，而且更重要的是：“运用到现在最为广泛的手机系统上”，极大的方便和简化了测温人员的操作过程，同时也与当今时代的发展主流密切相关。
1.一种拉曼频移测温方法，其特征在于，使用拉曼频移值来测量被测物体的温度，包括如下步骤：得到被测物体的德拜温度；根据被测物体的拉曼频移值得到被测物体的温度，其中拉曼频移与被测物体温度的关系式如下：其中，
z表示被测物体材料的最近邻原子数；zb表示块体材料的配位数，ω(z,T)为z配位数的材料在温度T下的拉曼频移值；ω(1,T0)为材料双原子拉曼频移值；T表示被测物体的温度；
T0表示0K；ω(zb,T0)为所测物质为块体尺寸大小时的拉曼频移值；Tm为所测物质的熔点温度；Eb表示物质单条化学键的键能；θD表示德拜温度；η(T)表示单条化学键的比热，η(T)＝CV(T)/z，CV表示材料的比热；Ecoh＝zEb表示原子结合能；x＝θD/T；e表示自然常数；T>θD/3时，单键比热η＝τR/z，R≈8.63*10^(-5)表示理想气体常数；τ表示维度，τ＝1、2、3分别对应材料维度为薄膜尺寸大小、杆状尺寸大小及颗粒尺寸大小；
其中，所测物质为未知物质，采用等式(2)，并对未知物质进行测量，分别确认不同参数，具体步骤如下：步骤一、通过测量确认未知物质的尺寸大小，确定其维度τ的取值，τ＝1、2、3分别对应材料维度为薄膜尺寸大小、杆状尺寸大小及颗粒尺寸大小；并测量未知物质块体尺寸大小的拉曼频移值；
步骤二、根据未知物质的尺寸确定未知物质的配位数z；
步骤四、测量三个或三个以上不同拉曼频移值及对应的温度，选最大拉曼频移值之外的两个数据，并按拉曼频移值大的温度低，拉曼频移值小的温度高的顺序进行画图，得到对应的斜率；通过等式：“((ω(zb,T)-ω(1,T0))*0.5*3*8.63*10^(-5))/斜率＝Eb”可计算得未知物质的物质单条化学键的键能；计算得到原子结合能Ecoh＝zEb；
步骤五、根据未知物质的拉曼频移值通过式(2)得到对应的温度值。
2.如权利要求1所述的拉曼频移测温方法，其特征在于，所述被测物体的德拜温度通过测量法得到，具体步骤为：逐步提高或降低被测物体的温度，并测量被测物体的拉曼频移值，拉曼频移值随被测物体的温度变化而变化的区域为高温区，拉曼频移值保持不变的区域为低温区，高温区与低温区的温度分界点为三分之一的德拜温度。
3.如权利要求1所述的拉曼频移测温方法，其特征在于，测量被测物体的拉曼光谱，将被测物体的拉曼频移值输入到计算机中，计算得到被测物体的温度。
4.如权利要求1所述的拉曼频移测温方法，其特征在于，输入三个或三个以上不同的被测物体的拉曼频移值及其对应的温度值，计算得到被测物体当前的原子结合能。
5.一种拉曼频移测温系统，其特征在于，包括用于输入数据的输入单元，用于计算的计算单元和用于显示输出数据的显示单元；所述计算单元使用的计算公式为：其中，
z表示被测物体材料的最近邻原子数；zb表示块体材料的配位数，ω(z,T)为z配位数的材料在温度T下的拉曼频移值；ω(1,T0)为材料双原子拉曼频移值；T表示被测物体的温度；
T0表示0K；ω(zb,T0)为所测物质为块体尺寸大小时的拉曼频移值；Tm为所测物质的熔点温度；Eb表示物质单条化学键的键能；θD表示德拜温度；η(T)表示单条化学键的比热，η(T)＝CV(T)/z，CV表示材料的比热；Ecoh＝zEb表示原子结合能；x＝θD/T；e表示自然常数；T>θD/3时，单键比热η＝τR/z，R≈8.63*10^(-5)表示理想气体常数；τ表示维度，τ＝1、2、3分别对应材料维度为薄膜尺寸大小、杆状尺寸大小及颗粒尺寸大小；
其中，所测物质为未知物质，采用等式(2)，并对未知物质进行测量，分别确认不同参数，具体步骤如下：步骤一、通过测量确认未知物质的尺寸大小，确定其维度τ的取值，τ＝1、2、3分别对应材料维度为薄膜尺寸大小、杆状尺寸大小及颗粒尺寸大小；并测量未知物质块体尺寸大小的拉曼频移值；
步骤二、根据未知物质的尺寸确定未知物质的配位数z；
步骤四、测量三个或三个以上不同拉曼频移值及对应的温度，选最大拉曼频移值之外的两个数据，并按拉曼频移值大的温度低，拉曼频移值小的温度高的顺序进行画图，得到对应的斜率；通过等式：“((ω(zb,T)-ω(1,T0))*0.5*3*8.63*10^(-5))/斜率＝Eb”可计算得未知物质的物质单条化学键的键能；计算得到原子结合能Ecoh＝zEb；
步骤五、根据未知物质的拉曼频移值通过式(2)得到对应的温度值。
6.如权利要求5所述的拉曼频移测温系统，其特征在于，所述拉曼频移测温系统安装在智能设备上。
7.如权利要求6所述的拉曼频移测温系统，其特征在于，所述智能设备为电脑或手机。
一种拉曼频移测温方法及系统
技术领域：
[0001] 本发明属于检测领域，尤其涉及一种拉曼频移测温方法及系统。背景技术：
[0002] 分布式光纤传感器因具有非导电性、体积小、抗电磁干扰强等优点，故成为近些年来迅速发展的一种新型测温传感器。它的工作原理很多,有液芯光纤OTDR(瑞利散射)、喇曼散射、布里渊散射、光克尔(kerr)效应和四波混频等。但大部分的分布式光纤传感器使用的是拉曼强度，即利用的是自发喇曼散射产生的反斯托克斯光强Pas与斯托克斯光强Ps的比值来测量物质的温度，工作原理复杂且易受拉曼强度的影响。
[0003]
[0004] 式中,C是与温度无关的系统常数,λas、λs分别是反斯托克斯光和斯托克斯光的波长,h为普朗克常数、c为真空中光速、k为玻尔兹曼常数,ν是波数,T是纤芯温度即背测物体温度。发明内容：
[0005] 本发明的目的在于提供一种拉曼频移测温方法和系统，本发明相比于其它易受温度的限制的同类测温技术，本发明专利能够精确测量较大范围内的物质温度；本发明专利计算得到的物质温度应在物质德拜温度的三分之一倍和物质的熔点温度范围内—(物质温度超过熔点温度时，其内部结构将发生改变)。经过统计分析，目前已知的物质德拜温度最高为金钢石2230K,最低为铯38K,平均德拜温度在300K左右。即本发明的方法最低可测量温度约为13K。
[0006] 为解决上述问题，本发明的技术方案是：
[0007] 一种拉曼频移测温方法，使用拉曼频移值来测量被测物体的温度。
[0008] 进一步的改进，得到被测物体的德拜温度；根据被测物体的拉曼频移值得到被测物体的温度，其中拉曼频移与被测物体温度的关系式如下：
[0009]
[0010] 其中，
[0011]
[0012] z表示被测物体材料的最近邻原子数；zb表示块体材料的配位数，ω(z,T)为z配位数的材料在温度T下的拉曼频移值；ω(1,T0)为材料双原子拉曼频移值；T表示被测物体的温度；T0表示0K；ω(zb,T0)为所测物质为块体尺寸大小时的拉曼频移值；Tm为所测物质的熔点温度；Eb表示物质单条化学键的键能；θD表示德拜温度；η(T)表示单条化学键的比热，η(T)＝CV(T)/z，CV表示材料的比热；Ecoh＝zEb表示原子结合能；x＝θD/T；e表示自然常数；T>θD/3时，单键比热可近似等于η＝τR/z，R≈8.63*10^(-5)表示理想气体常数；τ表示维度，τ＝1、2、3分别对应材料维度为薄膜尺寸大小、杆状尺寸大小及颗粒尺寸大小；块体尺寸大小τ＝
3。
[0013] 若所测物质为已知物质，则可以查阅得到物质的双原子拉曼频移值、块体尺寸大小的拉曼频移值、原子结合能及单键能作为已知参量输入，通过等式(1)和(3)，测量物质的温度值。
[0014] 进一步的改进，
[0015] 若所测物质为未知物质，则采用等式(2)，并对未知物质进行测量，分别确认不同参数，具体步骤如下：
[0016] 步骤一、通过测量确认未知物质的尺寸大小，确定其维度τ的取值，τ＝1、2、3分别对应材料维度为薄膜尺寸大小、杆状尺寸大小及颗粒尺寸大小；并测量未知物质块体尺寸大小的拉曼频移值；
[0017] 步骤二、根据材料的尺寸确定未知物质的配位数z；如果为块体材料，则z＝12。如果为低维材料即薄膜尺寸大小、杆状尺寸大小及颗粒尺寸大小，则根据文献“XX Yang,et al.Raman spectroscopy determination of the Debye temperature and atomic cohesive energy of CdS,CdSe,Bi2Se3,and Sb2Te3 nanostructures.Journal of Applied Physics,2012.112(8):p.083508-083514.”进行计算得到配位数；
[0018] 步骤三、根据文献“XX Yang,et al.Raman spectroscopy determination of the Debye temperature and atomic cohesive energy of CdS,CdSe,Bi2Se3,and Sb2Te3 nanostructures.Journal of Applied Physics,2012.112(8):p.083508-083514.”确定未知物质的双原子拉曼频移值；
[0019] 步骤四、测量三个或三个以上不同拉曼频移值及其对应的温度，选最大拉曼频移值之外的两个数据，并按拉曼频移值大的温度低，拉曼频移值小的温度高的顺序进行画图，得到对应的斜率；通过等式：
[0020] “((ω(zb,T)-ω(1,T0))*0.5*3*8.63*10^(-5))/斜率＝Eb”可计算得未知物质的物质单条化学键的键能；计算得到原子结合能Ecoh＝zEb；
[0021] 步骤五、根据未知物质的拉曼频移值通过等式(2)得到对应的温度值。
[0022] 进一步的改进，所述被测物体的德拜温度通过测量法得到，具体步骤为：逐步提高或降低被测物体的温度，并测量被测物体的拉曼频移值，拉曼频移值随被测物体的温度变化而变化的区域为高温区，拉曼频移值保持不变的区域为低温区，高温区与低温区的温度分界点为三分之一的德拜温度。
[0023] 进一步的改进，测量被测物体的拉曼光谱，将被测物体的拉曼频移值输入到计算机中，计算得到被测物体的温度。
[0024] 进一步的改进，输入三个或三个以上不同的被测物体的拉曼频移值及其对应的温度值，计算得到被测物体当前的原子结合能。T>θD/3时，η＝3R/z,R≈8.63x10^(-5)表示理想气体常数；计算单键能算法：通过输入三个不同拉曼频率的数据，筛选出最小的两个数据或去掉最大拉曼频率的数据后随即选择两个数据，计算这两个数据在“频率—温度”的曲线上的斜率，通过。
[0025] “((ω(zb,T)-ω(1,T0))*0.5*3*8.63*10^(-5))/斜率＝Eb”可计算得该物质的单键能。
[0026] 一种拉曼频移测温系统，包括用于输入数据的输入单元，用于计算的计算单元和用于显示输出数据的显示单元；所述计算单元使用的计算公式为：
[0027]
[0028] 进一步的改进，所述拉曼频移测温系统安装在智能设备上。
[0029] 进一步的改进，所述智能设备为电脑或手机。
[0030] 本发明的优点为：
[0031] 1、相比于其它易受温度限制的同类测温技术，本发明专利能够精确测量较大范围内的物质温度。
[0032] 2、本发明专利计算得到的物质温度应在物质德拜温度的三分之一倍和物质的熔点温度范围内—(物质温度超过熔点温度时，其内部结构将发生改变)。经过统计分析，目前已知的物质德拜温度最高为金钢石2230K,最低为铯38K,平均德拜温度在300K左右。即本发明的方法最低可测量温度约为13K。附图说明：
[0033] 图1为测得的金刚石在不同拉曼频移下的温度；
[0034] 图2为通过测量三个拉曼频移下的被测物体温度得到的原子结合能，原子结合能Ecoh＝zEb。具体实施方式：
[0035] 实施例1
[0036] 本发明的公式推导过程如下：
[0037] 1、键参数与尺寸的关联性
[0038] 键弛豫理论(BOLS)核心：低配位原子(z)的化学键键长(d)将自发收缩变短，键能增强。其数学表达为：
[0039]
[0040] 下标z和b分别代表有z个最近邻原子配位数和块体配位数，b＝12；Cz键长收缩系数，仅仅是有效配位数的函数；m为键性质参数；Ecoh表示原子结合能，Ez表示配位数为z的物质单条键的能量，Eb表示物质为块体时单条键的能量。
[0041] 2、键参数与拉曼频移的关联性
[0042] 用泰勒级数对原子间作用势进行展开，忽略高阶微扰项，可得拉曼频移与键参数的正比关系式
[0043]
[0044] ω(z)表示拉曼光谱频率，z和b分别代表有z个最近邻原子配位数和块体配位数。db表示块体物质键长，Ez表示配位数为z的物质单条键的能量，μ为约化质量，约化质量μ＝m1m2/(m1+m2)，未相变则为常数。
[0045] 3、化学键和温度关系式
[0046] 当温度和配位数变化时，其材料的键长d(T)、键能E(T)的关系遵循以下函数式,[0047]
[0048] d(T)表示物质在T温度下的键长；db表示块体键长，b表示块体；α(t)表示热膨胀系数；E(T)表示物质在T温度下的键能；Eb表示物质单条化学键的键能。η(t)表示单条化学键的比热；t表示外界变化的温度；统一写为：Eb表示物质单条化学键的键能。
[0049] 根据德拜近似，热诱导的键能，遵循以下德拜比热模型关系式，
[0050]
[0051] θD表示德拜温度；η(T)表示单条化学键的比热，η(T)＝CV(T)/z，CV表示材料的比热；Ecoh＝zEb表示原子结合能；z表示被测物体材料的最近邻原子数；Eb表示物质单条化学键的键能。x表示θD/T；e表示自然常数。T>θD/3时，单键比热η可近似等于τR＝3R/z,R表示理想气体常数；τ表示维度，τ＝1、2、3分别对应材料维度为薄膜、杆状及颗粒；
[0052] 结合等式(1)—(4)，拉曼声子振动频率的相对变化值与键参数的关系式，[0053]
[0054] 其中，
[0055]
[0056] 本发明专利是根据键弛豫理论，建立的拉曼频移测温算法，并通过配置相应程序计算出相应结果。与同类分布式光纤拉曼测温系统相比较，本发明不受制于拉曼散射强度大小的影响。本发明专利不但能测温，还能有效的预测物质的结合能，德拜温度。
[0057] 本发明专利相应的配置软件(APP手机平台或PC机应用)与同类的测温软件相比，有了专业性的突破。它不但有电脑同类的测温应用，而且更重要的是：“运用到现在最为广泛的手机系统上”，极大的方便和简化了测温人员的操作过程，同时也与当今时代的发展主流密切相关。
[0058] 如图1所示为根据拉曼频移进行测温的结果；如图2为根据拉曼频移测量单键能即物质单条化学键的键能的结果，而根据单键能即可得到被测物质的原子结合能，原子结合能Ecoh＝zEb。
[0059] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
