faseroptische Sensorsysteme

Fluorescent fiber optic temperature sensing system

The fluorescent fiber optic temperature sensor consists of a multimode fiber optic and a fluorescent object (Film) mounted on top of it. Its working principle is based on the fluorescence energy emitted by a fluorescent substance under specific wavelength (Anregungsspektrum) light excitation. Danach wird die Anregung abgebrochen, the persistence of the fluorescence afterglow is affected by factors such as the characteristics of the fluorescent substance and environmental temperature. The fluorescence usually decays exponentially, und die Abklingzeitkonstante ist die Fluoreszenzlebensdauer oder Fluoreszenznachleuchtzeit (ns). Darüber hinaus, the fluorescence afterglow decay varies at different environmental temperatures. daher, the environmental temperature can be determined by measuring the fluorescence afterglow lifetime.

This sensing system has multiple advantages. Erstens, the core technology lies in fluorescent substances and corresponding simulation algorithms. The technical principle and product structure are simple, und die temperature measuring fluorescent material used is calcined at 1200 Grad Celsius, which has extremely long lifespan and stable and reliable working characteristics. It is very suitable for large-scale industrial mass production and widely used in the industrial field. Zweitens, pure fiber optic probes have the characteristics of intrinsic safety, Hochspannungsisolierung, und Beständigkeit gegen elektromagnetische Störungen; The system operates stably without drift and does not require calibration or verification throughout its entire lifespan; Adopting modular design, it can be flexibly networked and infinitely expanded at any time without causing resource waste; Equipped with digital and analog outputs, it is convenient for automated real-time control and data management; The probe and demodulator are compact and flexible, einfach zu installieren und zu warten. It is widely used in various application fields. In the field of power grid, it can be used to monitor the temperature of hot spots such as switchgear and transformers, detect temperature anomalies in a timely manner, and ensure the safe and stable operation of power; In the field of laboratory research, it is possible to monitor the temperature changes of reaction systems in chemical experiments to ensure the accuracy of experimental results, and in biological experiments, it is possible to monitor the temperature distribution inside the organism, which helps medical researchers study the thermal stability of organisms; Im medizinischen Bereich, temperature changes of patients can be monitored during surgery to ensure smooth operation, and can be used in rehabilitation centers to evaluate the patient’s recovery status. Zusätzlich, it has unique advantages in many special scenarios, such as measuring the internal temperature of chicken nuggets in the food industry to ensure that the interior is cooked and the surface is not burnt during the baking process; When precise coupling of small components is carried out in the electronic industry in a microwave environment for temperature monitoring, traditional thermocouple thermometers cannot accurately measure due to the influence of microwaves, while fluorescent fiber optic temperature sensors have obvious advantages of not being affected by electromagnetic interference. Experiments have shown that in this scenario, fiber optic thermometers read accurately and are not affected by external factors, while thermocouple thermometers have large errors.

Multi domain related application supplement

In addition to the common application areas mentioned earlier, fluoreszierende faseroptische Temperatursensoren also have important value in other industries. In der petrochemischen Industrie, places such as refineries have flammable, explosiv, und korrosiven Umgebungen. The intrinsic safety and corrosion resistance of fluorescent fiber optic temperature sensors enable them to effectively monitor the temperature of pipelines, reaction vessels, und andere Ausrüstung, ensuring that the production process is carried out under appropriate temperature conditions and the safety of personnel and equipment is guaranteed. Im Luft- und Raumfahrtbereich, temperature detection can be performed on key components such as engines, which requires sensors to have high accuracy, hohe Temperaturbeständigkeit, und elektromagnetische Störfestigkeit. Fluorescent fiber optic temperature sensors can precisely meet these requirements and help improve the safety and reliability of aerospace equipment operation. In the field of new energy such as solar power generation, temperature measurement can be carried out on solar panels to optimize their energy conversion efficiency through temperature data acquisition. Once the temperature is too high and affects the power generation efficiency, timely adjustment measures can be taken. Zusamenfassend, the characteristics of fluorescent fiber optic temperature sensors enable them to continuously open up new application scenarios in many fields with special requirements for temperature detection.

Distributed Fiber Optic Sensing System

Der verteilte Glasfaser sensing network system is a network system that integrates sensing, Kontrolle, and other functions. It uses optical fiber as a sensing medium, which can sense external physical quantities by changing its characteristics such as wavelength, Phase, and intensity. Gleichzeitig, optical fiber can be well integrated with optical fiber sensing network systems as a communication medium. This system has the characteristics of anti electromagnetic interference, hohe Zuverlässigkeit, and long-distance distributed monitoring, and has broad application value and market prospects.

From a technical perspective, nonlinear optical effects such as Raman and Brillouin effects in fiber optics are used to detect environmental temperature and pressure induced stress. Zum Beispiel, Raman scattering is used for distributed temperature sensing (DTS), which can accurately determine the temperature at any given position along the fiber by measuring the difference in the intensity of backscattered light in the Stokes and anti Stokes bands; The principle of Brillouin scattering is similar, where the wavelength of backscattered light is influenced by external temperature and acoustic stimuli in a predictable manner. By combining this data with temperature background knowledge at the same point, the strain experienced by the fiber can be accurately determined, and which areas of the fiber are affected can be analyzed.

It plays an irreplaceable role in many fields. In terms of security monitoring, it is a highly eye-catching new device of fiber optic sensing technology, which can achieve perimeter monitoring and alarm for special locations such as airports, borders, bases, Häfen, usw; Safety monitoring of oil/gas pipelines and refinery oil pipelines; It can achieve tunnel excavation detection for special locations such as military bases, Gefängnisse, Banken, and nuclear power plants, and timely detect potential threats; The long-distance distributed monitoring capability for optical cables in government, banking, intelligence agencies, and other locations is beyond the reach of traditional sensors. And it also has applications in industrial monitoring, such as temperature scanning of grain warehouses and oil depots to comprehensively understand temperature distribution and achieve more accurate monitoring. It can also be used for distributed temperature and strain monitoring of various structures such as bridges, Dämme, Tunnel, usw.

In terms of technical indicators and practical application characteristics, it is clearly reflected in a distributed fiber optic sensing early warning system. The single core positioning technology designed with a dual core optical path saves fiber resources and improves positioning accuracy compared to the international three core positioning technology; The system is divided into two types: fence type and buried type to adapt to different application scenarios of surface fences (such as wrought iron, Drahtgeflecht, Zäune, Wände, usw.) und unterirdisch (such as grasslands, gravel layers, cement floors, and ordinary soil); The warning system surpasses similar foreign systems in key technologies such as light intensity, Polarisationszustand, polarization angle, optical signal frequency, Phase, optical phase locking, chaotic neural network recognition algorithm, and fusion technology; It has the advantages of truly passive front-end sensing and transmission, easy construction, und niedrige Kosten (using ordinary communication optical cables as sensors); There are also multiple monitoring methods available, which can display real-time time-domain waveforms of fiber optic cable disturbances, monitor interference sounds along the fiber optic cable, count the number of fiber optic cable disturbance events at different time periods or distances, accurately classify and identify fiber optic cable disturbances along the route, and display alarms on geographic information diagrams; There are corresponding parameters and requirements for technical indicators such as response time, Frequenzgang, fiber optic service life, alarm probability, false alarm probability, Überwachungsabstand, Positionierungsgenauigkeit, and working temperature.

Supplement to the New Application Trends of Distributed Fiber Optic Systems

With the further development of technology, Die application scenarios of distributed fiber optic sensing systems are constantly expanding and extending. In the field of urban rail transit, the health status of subway tunnel structures can be monitored. By laying distributed fiber optic sensors inside or around the tunnel walls, changes in key parameters such as strain and temperature of the tunnel can be sensed in real time. If there are structural deformations (possibly caused by geological changes, Erdbeben, usw.) or temperature anomalies (such as fire hazards, usw.), the system can provide timely feedback data for the operator to take measures to prevent safety accidents from occurring. In the construction of smart grids, distributed fiber optic sensing systems can dynamically monitor ultra-high voltage transmission lines. They not only rely on traditional temperature monitoring to ensure the safe operation of the lines (as high line temperatures may increase line losses and make them prone to faults), but also monitor the mechanical properties of the lines (such as tension, Beanspruchung, usw.) by reflecting changes in fiber optic characteristics caused by physical quantities through faseroptische Sensoren, making the entire power grid more intelligent and reliable. Zusätzlich, there are potential applications and development prospects in the field of ocean engineering, such as monitoring submarine cables and monitoring the structural health of offshore oil platforms, to safeguard the development and utilization of marine resources.

Fiber Bragg Grating Temperature Sensing System

Fiber Bragg Grating sensing technology uses fiber Bragg gratings as sensing elements to measure physical quantities through optical fibers, and temperature sensing is a widely used sensing type. Faser-Bragg-Gitter (FBG) is a frequency selective optical reflector made using the principle of fiber optics. Under the excitation of a light source, the optical signal reaches the grating through the fiber and is reflected back. The change in sensing quantity of the FBG can be determined from the reflected light intensity and wavelength distribution.

The principle of fiber optic grating temperature sensing is based on the change in grating Bragg wavelength caused by temperature changes. The reflected spectrum is captured by a CCD camera, and the reflected light signal is processed by a signal processor to achieve temperature measurement. In terms of control system, if a temperature control system is built based on fiber Bragg grating sensing technology, it mainly consists of four parts: Signalerfassung, Signalverarbeitung, control module, and actuator. The fiber Bragg grating sensor in the signal acquisition process transmits the collected signals to the signal processing module for preprocessing; The signal processing module is based on the collected temperature and is controlled by an incremental PID controller for temperature related control; The control module can adopt an embedded system, which can communicate with the upper computer, achieve real-time monitoring of temperature and control standards, and be used for developing other advanced applications; The executing mechanism includes DC motor, variable frequency motor, stepper motor, usw.

Fiber Bragg grating temperature sensors have multiple advantages. Erstens, it has high sensitivity, which is related to its sensing technology principle and can accurately sense temperature changes; Zweitens, it does not require an external power supply and is not affected by electromagnetic interference. Zusätzlich, its probe can resist mechanical, elektromagnetisch, and chemical interference well, and can reliably measure physical quantities in harsh environmental conditions such as oil and gas exploration (often with complex electromagnetic interference and possible chemical corrosion environments), Luft- und Raumfahrt (with various complex radiation and other interference sources in space and special requirements for equipment weight), medizinische Diagnose (with numerous surrounding devices in medical environments, complex electromagnetic environments and high requirements for detection equipment safety), und industrielle Prozesskontrolle (affected by electromagnetic field environments and various chemical substances in industry); And it has the characteristics of high stability, not affected by light intensity and spots, as well as advantages such as small size, geringes Gewicht, schnelle Reaktionszeit, Anti-elektromagnetische Interferenz, and strong corrosion resistance, which make it more competitive than other types of sensors in a wide range of application scenarios. Zusätzlich, Die fiber Bragg grating temperature sensing technology based on phase sensitive detection is worth mentioning. This is a commonly used fiber Bragg grating temperature sensing technology, which uses an interferometer to coherently interfere the reflected light of FBG (Faser-Bragg-Gitter) with the reference light, thereby improving the sensitivity and stability of the sensor. It has achieved ultra-high sensitivity at the sub millikelvin level, making it particularly suitable for precise measurement of small temperature changes, such as in biomedical imaging, microfluidics, and nanotechnology, and has broad application prospects.

Fiber Bragg Grating technology involves the supplementation of special materials

In the production and application of fiber Bragg grating temperature sensing systems, research and application of some special materials or structures are involved. The production of fiber optic gratings has special requirements, and the material composition of the fiber core and cladding needs to be precisely controlled in order to achieve the desired optical properties such as refractive index changes of the grating accurately. Zum Beispiel, fibers doped with specific elements such as germanium can optimize the performance of gratings. In terms of sensing applications, research on coating materials on the surface of fiber Bragg gratings is also constantly deepening. Special coating materials can enhance the corrosion resistance of fiber Bragg gratings or improve their interaction with the detected substance. Zum Beispiel, in some application scenarios of corrosion environment monitoring, by coating a corrosion-resistant and thermally conductive polymer coating, the grating itself is not corroded and the external temperature can be quickly transmitted to the grating area, making the measurement more accurate. There is also the selection and use of packaging materials for sensors. Suitable packaging materials can not only protect the fiber Bragg grating from working normally in complex external environments (such as high humidity, Hochdruck, usw.), but also minimize the impact on thermal conductivity during fiber Bragg grating temperature measurement. Zum Beispiel, composite materials with good sealing performance, appropriate thermal conductivity coefficient, and good rigidity and toughness can be used for packaging.

Overview of Fiber Optical Sensor Systems

Fiber optic sensor system is a sensing system based on optical fibers, including various types such as fluorescent fiber optic temperature sensing system, Verteiltes faseroptisches Sensorsystem, fiber optic grating temperature sensing system, usw. Each type has different characteristics in terms of principle, Struktur, Leistung, usw. to adapt to different application scenarios.

Grundsätzlich, it is to use the modulation of some characteristics of light (such as wavelength, Intensität, Phase, usw.) by the fiber itself or the substances inside the fiber when light propagates in the fiber to reflect the information of external environmental changes, thus achieving the purpose of sensing and measurement. Zum Beispiel, the fluorescence fiber temperature sensing mentioned earlier is based on the relationship between fluorescence afterglow lifetime and temperature; Distributed fiber optic sensing utilizes phenomena such as Raman scattering and Brillouin scattering to measure physical quantities such as temperature or strain through differences in light intensity or wavelength changes; Fiber Bragg grating temperature sensing relies on temperature induced changes in grating Bragg wavelength to sense temperature.

Structurally, although there are differences among the systems, they are generally built around fiber optics. The fluorescent fiber temperature sensing system consists of a fluorescent material module at the top of the fiber, a fiber transmission part, and a signal demodulator to achieve temperature sensing and other functions; The entire network construction of the distributed fiber optic sensing system includes the fiber optic network layout in the operation, module components connected to the fiber optic network for different functions (such as acquisition, Verarbeitung, usw.), usw. The structure should ensure the ability to achieve continuous long-distance distributed measurement functions; The fiber optic grating temperature sensing system is built around the fiber optic grating, the relevant optical components for collecting and analyzing the reflected light from the grating, and the structure of the entire temperature sensing control system through additional circuit modules.

In terms of performance, the three systems face different evaluation metrics. The fluorescence fiber optic temperature sensing system focuses on the accuracy of measurement in different temperature ranges, the stability of the entire system (such as the important stability advantage of not requiring calibration and verification throughout the entire life), and the various properties of the probe (such as insulation, Korrosionsbeständigkeit, Sicherheit, usw.); Der Verteilte faseroptische Sensorik system requires positioning accuracy, Überwachungsabstand, Frequenzgang, usw. for long-distance measurement, so that it can play a role in application scenarios such as long-distance and large-scale safety monitoring; The fiber Bragg grating temperature sensing system mainly focuses on the sensitivity and anti-interference performance of the sensor (wie elektromagnetische Störungen, chemical environmental interference, usw.), as well as the convenience of using the sensor in different target application fields (such as the influence of size and weight on installation and use in special environments, usw.).

Fiber optic sensor systems have a wide range of applications in various fields such as industrial manufacturing, Energie, Kommunikation, security and safety, Luft- und Raumfahrt, Biomedizin, usw. due to their inherent ability to resist electromagnetic interference, feasibility of measuring multiple physical quantities, and adaptability in different environments. Zum Beispiel, in industrial manufacturing, monitoring the temperature, Beanspruchung, and other conditions of equipment in complex electromagnetic field environments can be achieved using fiber optic sensor systems, thereby ensuring the automation of industrial production processes and timely warning and maintenance needs for monitoring equipment usage status; In the field of energy, monitoring and ensuring the safe operation of facilities such as oil and gas pipelines and power transmission lines can be improved through fiber optic sensor systems; In terms of security and safety, fiber optic sensing systems can be deployed around the perimeter and key facilities (such as nuclear power facilities) to enhance defense and monitoring capabilities.

Supplementary Development Trends of Fiber Optic Sensor Systems

With the development of materials science, optical technology and other related fields, fiber optic sensor systems are moving towards higher sensitivity, höhere Genauigkeit, larger scale networking, and stronger adaptability to complex environments. New fiber optic materials are constantly being developed, which have advantages such as lower losses and higher optical performance, greatly improving the performance of fiber optic sensor systems in all aspects. Zum Beispiel, the development of special optical fibers enables sensors to work accurately and stably in extremely harsh environments such as high temperatures and strong corrosion. In terms of multifunctional integration, future fiber optic sensor systems may not be limited to measuring a single physical quantity (such as temperature or strain). A sensor system can simultaneously detect multiple physical quantities and perform comprehensive analysis to obtain more useful information. This requires further development in corresponding technologies such as integrated optics and intelligent algorithms. In terms of large-scale networking applications, with the development of new generation communication technologies such as 5G and the Internet of Things, faseroptische Sensorsysteme, as a monitoring method that can provide a large amount of raw data and has more advantages than traditional sensors, will play an increasingly important role in the construction of sensor networks for large-scale networking such as smart factories and smart cities in the future.

Comparison of various fiber optic sensor systems

 

1、 Comparison of Principle Characteristics

Fluorescent fiber optic temperature sensing system: With the help of fluorescent substances, the light characteristics of their fluorescence afterglow depend on temperature after being excited by specific light. The change in environmental temperature will cause a change in the decay mode of fluorescence afterglow, and temperature measurement can be achieved by detecting the length of fluorescence afterglow lifetime. This principle is based on the energy conversion and radiation characteristics between fluorescent substances and light, which is quite unique. Fiber optics mainly serve as channels for excitation light transmission and fluorescence transmission, and do not rely on the optical scattering or reflection phenomena of the fiber itself for sensing, unlike the other two systems. The sensitivity of the system under this principle can be adjusted according to the specific fluorescent substance selection and optimization algorithm, but in contrast, its response to temperature changes depends more on the inherent characteristics of the fluorescent substance, and the theoretical physical mechanism is directly related to the microscopic interaction between light and matter.
Distributed fiber optic sensing system: Die Eigenschaften der Glasfaser selbst als kontinuierliches Überwachungsmedium werden voll ausgenutzt, Nutzung nichtlinearer optischer Effekte wie Raman-Streuung und Brillouin-Streuung in der Faseroptik. Unter dem Raman-Streuungsmechanismus, Der Unterschied in der Intensität des rückgestreuten Lichts zwischen Stokes- und Anti-Stokes-Bändern wird gemessen, um die Temperatur an einer bestimmten Position der Faser zu bestimmen; Bei der Brillouin-Streuung kommt es zur Streuung, es basiert auf dem Einfluss externer Faktoren (such as temperature and strain) auf der Wellenlänge der zurückgestreuten Lichtwelle, um physikalische Größen wie die Dehnung der optischen Faser zu erfassen. Dieses auf dem inhärenten Streuphänomen optischer Fasern basierende Prinzip ermöglicht eine kontinuierliche und verteilte Überwachung physikalischer Größen entlang der Faser, ohne dass der Faser zusätzliche sensorische Substanzen oder Strukturen hinzugefügt werden müssen. Dieses Prinzip bestimmt, dass seine Überwachung eine kontinuierliche Informationserfassungsmethode ist, die entlang der Glasfaser verteilt ist, und kann größere Entfernungen messen. Jedoch, Aufgrund des physikalischen Prinzips wird die Gesamtgenauigkeit durch Faktoren wie schwache Streusignale und Rauschen beeinflusst.
Fiber Bragg Grating Temperature Sensing System: Es basiert auf dem Prinzip, dass Temperaturänderungen Änderungen in der Bragg-Wellenlänge des Faser-Bragg-Gitters bewirken. Diese Wellenlängenänderung ist sehr präzise, und Temperaturänderungen können durch Messung der Wellenlänge oder spektraler Änderungen des reflektierten Lichts wahrgenommen werden. Die Kernkomponente, Faser-Bragg-Gitter, ist eine periodische, den Brechungsindex ändernde Struktur, die künstlich in optischen Fasern hergestellt wird. Genau diese Struktur erzeugt spezifische Reflexionsmuster für Licht und wird maßgeblich von der Temperatur beeinflusst. Das Prinzip der Wellenlängenmodulation der Lichtreflexion auf Basis spezifischer optischer Strukturen ermöglicht Sensoren eine hohe Genauigkeit und Stabilität, und kann in andere optische Systeme integriert werden, um eine Erkennung mit höherer Empfindlichkeit zu erreichen. Jedoch, aufgrund der Komplexität und Stabilitätsanforderungen bei der Herstellung von Gitterstrukturen, Das System unterliegt möglicherweise bestimmten Anwendungseinschränkungen im Hinblick auf die Produktionskosten im großen Maßstab oder raue Umgebungen (wobei die Bragg-Wellenlänge durch äußere Faktoren beeinflusst wird und das Risiko einer nicht temperaturbedingten Abweichung besteht).

2、 Vergleich der strukturellen Komplexität

Fluorescent fiber optic temperature sensing system: Der Aufbau ist relativ einfach. Es besteht im Wesentlichen aus drei Teilen: probe (Multimode-Faser und oberes fluoreszierendes Material), transmission fiber, und Signaldemodulator. Fluoreszierende Substanzen befinden sich ausschließlich an der Spitze der optischen Faser, direktes Empfangen des Anregungslichts von der Übertragungsfaser und Übertragen der angeregten Fluoreszenz über die Faser an den Demodulator. Ein solcher Geräteaufbau ist relativ einfach und funktional klar, mit klarer Modularität zwischen verschiedenen Teilen und einem einfachen und unkomplizierten Herstellungsprozess. Allerdings geht es dabei auch darum, fluoreszierende Stoffe zu integrieren und an Faserenden zu befestigen, Die Gesamtkomplexität ist nicht hoch. The large-scale production process is relatively easy to control, hat eine gute Verträglichkeit, and can be flexibly combined with different probes for use. It is convenient to layout probes for measurement in various simple or complex environments.
Distributed fiber optic sensing system: structurally more complex. The system has built a multifunctional detection and analysis system around fiber optic networks. From the selection and laying of optical fibers themselves (considering the differences in fiber properties in different environments, including the use of ordinary communication optical cables and other resource utilization methods), to the distributed installation of numerous sensing and monitoring area positioning and analysis modules along the fiber optic cables. It not only includes basic signal generation and transmission, sondern erfordert auch eine komplexe optische Signalerkennung, Demodulation und Analyse optischer Wellensignale unter dem Einfluss verschiedener physikalischer Größen. Zum Beispiel, optische Pfadmodule, die eine Aufteilung und Interferenzverarbeitung erfordern, sowie komplexe elektronische Signalverarbeitungsteile, die eine Hochgeschwindigkeits-DSP-Verarbeitung und Analyse von Vibrationssignalen umfassen, um eine präzise Positionierung und Ereignisbeurteilung zu erreichen, Mehrere Funktionsmodule im gesamten Netzwerksystem arbeiten zusammen, um eine verteilte Überwachung und Analyse verschiedener physikalischer Größen wie Temperatur und Dehnung über große Entfernungen und Regionen hinweg zu ermöglichen. daher, der bauliche Aufwand ist relativ hoch. Sobald in einem bestimmten Link dieser Struktur ein Fehler oder eine Leistungseinbuße auftritt, Der Fehlerbehebungs- und Reparaturprozess ist relativ umständlich, aber sobald es erfolgreich konstruiert ist, Es kann eine leistungsstarke verteilte Überwachungsfunktion übernehmen.
Fiber Bragg Grating Temperature Sensing System: Die Struktur ist von mäßiger Komplexität. Der Kern ist die faseroptische Gitterkomponente, und die Herstellung von Glasfasergittern selbst erfordert spezielle Prozesse wie die Fotolithographie. Jedoch, im Vergleich zu verteilten faseroptischen Sensorsystemen, Seine Struktur ist relativ einfach, da keine komplexen Mehrpunktverarbeitungsmechanismen für die verteilte Überwachung erforderlich sind. Jedoch, beim Aufbau eines kompletten Temperaturerfassungssystems, Es ist außerdem notwendig, mit einer Lichtquelle und Geräten zur Verarbeitung und Analyse reflektierten Lichts zusammenzuarbeiten (wie CCD-Kameras, Signalprozessoren, und andere Geräte zur Erfassung und Verarbeitung von Lichtsignaländerungen auf der Grundlage von Gitterreflexionen, um Temperaturinformationen zu erhalten). Zusätzlich, beim Aufbau eines Temperaturkontrollsystems, Es ist notwendig, Komponenten wie Steuermodule und Aktoren hinzuzufügen, um allgemeine Steuerfunktionen zu erreichen. Allerdings ist die Anzahl der Komponenten nicht so zahlreich wie bei verteilten faseroptischen Sensorsystemen, Die Gesamtstruktur erfordert eine genaue Abstimmung und Zusammenarbeit zwischen den optischen Komponenten des Faser-Bragg-Gitters und der Hilfsschaltkreissteuerung, Erkennung, und andere Links. Auch bei der Systemintegration und beim Debuggen gelten gewisse Komplexitätsanforderungen.

3、 Vergleich von Leistungsindikatoren

Fluorescent fiber optic temperature sensing system:
Messgenauigkeit: Die Messgenauigkeit des Systems kann je nach Bedarf angepasst werden, und der häufig verwendete Genauigkeitsbereich umfasst ± 0.05 ℃ – ± 1 ℃. Verschiedene Produkte, Anwendungsszenarien, usw. wird unterschiedliche Genauigkeitsstufen annehmen, aber insgesamt, Es kann die Anforderungen vieler Branchen und einiger spezieller Szenarien innerhalb eines bestimmten Bereichs erfüllen. Jedoch, seine Genauigkeit hängt noch relativ von Faktoren wie der Stabilität der fluoreszierenden Substanz und dem Optimierungsgrad des Messalgorithmus ab. Im Vergleich zu Faser-Bragg-Gitter-Sensoren, Es kann eine Lücke geben 1 im Hochpräzisionsbereich.
Messbereich: Der Temperaturmessbereich ist relativ groß, in vier Abschnitte unterteilt: -40 ℃ -+80 ℃- 40℃ – +250℃；- 40℃ – +400℃；+ 20 ℃ -+60 ℃ (medizinisch), Kann sich an die Anforderungen des Temperaturbereichs von kalt bis hoch anpassen, von gewöhnlichen zivilen Umgebungen bis hin zu speziellen medizinischen und gesundheitlichen Umgebungen, und viele andere Einsatzszenarien.
Anti interference performance: Starke Fähigkeit gegen elektromagnetische Störungen. Aufgrund der elektrischen Isolierung der optischen Faser selbst und der Tatsache, dass das interne Lumineszenz- und Detektionsprinzip fluoreszierender Substanzen nicht mit elektromagnetischen Störungen zusammenhängt, Es kann auch in Umgebungen mit hoher Spannung und komplexen elektromagnetischen Feldern stabil arbeiten (beispielsweise die Temperaturüberwachung von Geräten in der Nähe von Hochspannungsgeräten in Umspannwerken). Gleichzeitig, Die rein faseroptische Sonde kann sich an verschiedene korrosive Umgebungen anpassen, da sie keine Metallteile angreift. Dieser Anti-Interferenz-Vorteil macht es auch sehr gut an unterschiedliche elektrische Anforderungen anpassbar, magnetisch, und chemische Umgebungen, wie zum Beispiel die Messung der Materialtemperatur in Chemiewerkstätten.
Distributed fiber optic sensing system:
Messgenauigkeit: Was die Genauigkeit angeht, es ist aufgrund seiner komplexen physikalischen Mechanismen wie Raman- und Brillouin-Streuung relativ begrenzt, sowie verschiedene Faktoren wie Umgebungslärm und Veränderungen in der Faserleistung. Bei der Temperaturmessung, Obwohl eine Überwachung über große Entfernungen und in großem Maßstab möglich ist, Die Genauigkeit ist im Vergleich zu speziellen hochpräzisen Temperatursensoren relativ gering. Zum Beispiel, bei der Sicherheitsüberwachung von Ölfernleitungen, Die Hauptanforderung an die Temperaturgenauigkeit besteht darin, eine große Bandbreite an Temperaturanomalien zu erkennen, und die Forderung nach absoluter Temperaturgenauigkeit und numerischer Genauigkeit ist keine notwendige Bedingung.
Messbereich: Es bietet einen großen Anpassungsbereich bei der Temperatur- und Dehnungsüberwachung, Die spezifischen Werte hängen jedoch häufig von verschiedenen Faktoren ab, beispielsweise von der Art der optischen Faser, die im System verwendete Lichtquelle, und das Erkennungsgerät. Zum Beispiel, Es kann verwendet werden, um strukturelle Dehnungen und Temperaturdehnungen zu überwachen, die durch relevante Parameter in industriellen Umgebungen verursacht werden, die von Raumtemperatur bis zu einer bestimmten hohen oder niedrigen Temperatur reichen.
Anti interference performance: Die Fähigkeit, elektromagnetischen Störungen zu widerstehen, ist ein wichtiger Vorteil, da es in Umgebungen mit starken elektromagnetischen Feldern störungsfrei arbeiten kann. Gleichzeitig, Glasfaser selbst ist ein passives Erfassungs- und Übertragungsmedium, So kann es in einigen gefährlichen Bereichen sicher arbeiten (B. unterirdische Kohlebergwerke zur Überwachung von Tunnelstrukturen und Temperatur, um Gasexplosionen und andere Gefahren zu verhindern, ohne elektrische Risiken wie elektrische Funken). Jedoch, relativ gesehen, es ist empfindlicher gegenüber Schäden an der Faser selbst oder Umwelteinflüssen (wie übermäßiges Dehnen und Biegen der Faser, große Schwankungen der lokalen Umwelt Temperatur entlang der Faser, und Messeffekte auf Streusignale). Obwohl es im Design viele Methoden gibt, um diese Auswirkungen zu reduzieren, Stabilität bleibt eine Herausforderung bei der Leistungsbewertung.

Fiber Bragg Grating Temperature Sensing System:

Messgenauigkeit: Es verfügt über eine hohe Messgenauigkeit, das auf dem Prinzip der äußerst präzisen Temperaturmodulation der Wellenlänge des Faser-Bragg-Gitters basiert. Zum Beispiel, Es kann seine Vorteile in Szenarien ausspielen, die eine hohe Präzision erfordern, wie Präzisionsgeräte und Temperaturüberwachung kleiner Bereiche innerhalb lebender Organismen. Es kann eine Erkennung mit extrem hoher Empfindlichkeit im Sub-Millikelvin-Bereich erreicht werden, und liefern genaue Daten bei der Temperaturüberwachung von Präzisionsinstrumenten und -geräten, sowie Erkennungsszenarien im biomedizinischen Bereich, bei denen Temperaturänderungen äußerst subtil sind.
Messbereich: Obwohl es die Anforderungen in vielen Szenarien erfüllen kann, Dies stellt erhebliche Herausforderungen an die Stabilität optischer Materialien und Gitterstrukturen unter extrem hohen oder niedrigen Temperaturbedingungen, und sein Messbereich ist nicht so groß wie der von Temperaturmesssystemen mit fluoreszierenden Fasern. Jedoch, Eine spezielle Fertigung und ein optimiertes Design für verschiedene Faser-Bragg-Gitter können den Messbereich teilweise erweitern, um den Anforderungen weiterer Arten von Szenarien gerecht zu werden.
Anti interference performance: Starke Fähigkeit gegen elektromagnetische Störungen, Aufgrund des Stroms, der keinen externen Anschluss erfordert, und des stabilen optischen Reflexionsmessprinzips, es wird weniger durch äußere elektromagnetische Störungen beeinträchtigt. Kann die Temperaturstabilität in normalen Industrieumgebungen überwachen, elektronische Umgebungen für medizinische Geräte, und einige grundlegende wissenschaftliche Forschungsumgebungen, in denen mehrere elektromagnetische Geräte nebeneinander existieren. Jedoch, aufgrund seiner relativ präziseren Struktur, Faser-Bragg-Gitter können unter bestimmten äußeren Bedingungen ihre Messleistung beeinträchtigen (B. erhebliche physische Stöße oder Belastungen, die die Gitterstruktur beschädigen können). Jedoch, unter normalen Umständen, sofern offensichtliche Risiken körperlicher Schäden vermieden werden, Die allgemeine Anti-Interferenz-Fähigkeit ist stark.

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