Capteur de température à fibre optique, introduction au principe. Quel capteur de température à fibre optique est le meilleur-INNO

1、 Types de Capteurs de température à fibre optique
Il existe différents types de capteurs de température à fibre optique basés sur différentes normes de classification.

Type de composant et type de transmission
Type de composant capteur de température à fibre optique:
Ce type de capteur utilise des fibres optiques comme composants sensibles. Par exemple, en utilisant un capteur qui modifie l'amplitude de la lumière avec la température, le principe est que le diamètre du noyau et l'indice de réfraction de la fibre optique changent avec la température, provoquant la diffusion de la lumière se propageant dans la fibre vers l'extérieur en raison de chemins inégaux, entraînant des changements dans l’amplitude de la lumière; Il existe également des capteurs qui utilisent la rotation de la surface de polarisation de la lumière.. La surface de polarisation des fibres optiques monomodes tourne avec les changements de température, et cette rotation est détectée par un polariseur pour obtenir des changements d'amplitude; En outre, utiliser des capteurs qui détectent les changements de phase optique, la longueur, indice de réfraction, et le diamètre du noyau des fibres optiques monomodes varie avec la température, provoquant des changements de phase dans la lumière se propageant dans la fibre. Ce changement de phase est obtenu grâce à un interféromètre pour mesurer le changement d'amplitude. Les exigences de configuration des interféromètres dans les capteurs de température à fibre optique de type composant sont très strictes., et une des difficultés est que le plan de polarisation de la lumière se diffuse après avoir traversé la fibre optique, et les franges d'interférence peuvent ne pas être observées en raison de la polarisation orthogonale du faisceau de référence et du faisceau de signal. Cependant, si le chemin optique de référence est stable, il peut mesurer les changements de température d'une fraction de Celsius.
Capteur de température à fibre optique à transmission:
Les capteurs de température à fibre optique de type transmission utilisent des fibres optiques comme lignes de transmission. One type is a fiber optic temperature sensor that combines a thermal sensor, DIRIGÉ, and optical fiber; Another method is to install sensitive components that convert temperature into light transmittance and reflectance on the fiber optic end face to form a fiber optic temperature sensor. Par exemple, a fiber optic temperature sensor with a liquid crystal panel installed on the fiber optic end face can mix three types of liquid crystals in proportion into the liquid crystal panel. À 10-45 °C, the color changes from green to deep red, and the reflectance of light changes accordingly. Transmission type sensors can obtain a lot of light flux in optical fibers, so multimode optical fibers are commonly used with an accuracy of about 0.1 °C.

Other classifications based on working principles
Radiation (infrarouge) type fiber optic temperature sensor:
Composé d'un optocoupleur, fibre de transmission, et convertisseur optoélectronique. Utilisant principalement les caractéristiques de couplage et de transmission des fibres optiques, l'énergie de rayonnement de surface de l'objet mesuré (qui est liée à la température de surface de l'objet mesuré) est conduit au photodétecteur et converti en sortie électrique. L'optocoupleur est le composant principal qui détermine la sensibilité des capteurs, et son efficacité de couplage est directement liée à l'ouverture numérique de la fibre optique. Pour améliorer la sensibilité des capteurs, des fibres optiques avec des ouvertures numériques plus grandes doivent être utilisées, mais cela affectera également les indicateurs de performance du coefficient de distance du capteur, qui doit être considéré de manière globale. Le paramètre principal de la fibre optique de transmission est la transmission. Pour améliorer la transmission, quand le matériel est fixé, des méthodes telles que l'augmentation du diamètre de la fibre et le raccourcissement de la longueur de la fibre peuvent être adoptées. Les éléments de conversion optoélectroniques utilisent généralement des cellules photovoltaïques au silicium, PbS ou autres détecteurs. Lorsque la fibre optique est directement couplée au détecteur, l'efficacité peut atteindre plus 85%. En plus du couplage direct, le couplage à disque de modulation peut également être utilisé.
Capteur de température à fibre optique à absorption semi-conductrice:
Une fibre optique coupée est installée à l'intérieur d'un mince tuyau en acier, avec un film mince de détection de température semi-conducteur (comme GaAs ou InP) pris en sandwich entre les deux extrémités de la fibre. L'intensité de la lumière transmise de ce film mince semi-conducteur détectant la température varie en fonction de la température mesurée.. Lorsqu'une intensité lumineuse constante est entrée à une extrémité de la fibre optique, la capacité de transmission du film mince de détection de température du semi-conducteur change avec la température, et l'intensité lumineuse reçue par l'élément récepteur à l'autre extrémité de la fibre optique change également avec la température mesurée. En mesurant la tension de sortie de l'élément récepteur, la température à la position du capteur peut être mesurée à distance.
Capteur de température à fluorescence à fibre optique:
En recouvrant l'extrémité de la fibre optique d'un matériau fluorescent et en mesurant le temps de décroissance de l'énergie de fluorescence, la valeur de température du point mesuré peut être obtenue en utilisant la corrélation intrinsèque de température et de temps de rémanence du matériau fluorescent. Plage de température applicable -50-200 °C, avec une précision d'environ ± 1 °C. Actuellement, il est principalement utilisé pour la mesure de la température à l'intérieur des équipements électriques. Il a les caractéristiques de petite taille, intégration facile, performances fiables, anti-interférence électromagnétique, bonne performance d'isolation, installation pratique, et une mise en réseau flexible.
Capteur de température à réseau de Bragg en fibre:
Utiliser la sensibilité unique à la température des réseaux pour surveiller les changements de température, avec une petite taille, vitesse de réponse rapide, haute stabilité, haute précision, et une mise en réseau facile pour une surveillance multipoint. The monitoring installation is convenient and can be installed on the surface or embedded in the structure to be tested for internal temperature monitoring. Suitable for long-term temperature monitoring in power plants, chemins de fer, and oil tanks, as well as temperature measurement in fields such as electricity, militaire, aérospatial, etc.. Par exemple, the ADCD03-51-0001 high-temperature resistant fiber Bragg grating temperature sensor has an outer diameter of no more than 5mm. Multiple sensors are connected in series on one fiber without any fusion points in between, and can measure temperatures ranging from -40 °C à 300 °C. The length of each sensor’s sensing part does not exceed the sensor’s length, diamètre, number of sensors, sensing points, and their distance from each other can be set according to user needs.
Capteur de température à fibre optique distribué:
By using optical fibers as sensing and signal transmission media, the signal of specific scattered light in the fiber (comme la diffusion Rayleigh, diffusion Raman, et diffusion Brillouin) can be measured to reflect changes in strain or temperature of the fiber itself or the environment it is in. One fiber can achieve simultaneous measurement of hundreds or thousands of sensing points.
2、 Comparison of Fluorescent Fiber, Réseau de Bragg en fibre, and Distributed Fiber
Principle aspect
Fibre fluorescente:
Fluorescent fiber is composed of fluorescent substances and certain rare elements doped into the core and cladding. Fluorescent substances can absorb light within a specific wavelength range, excite themselves, and emit fluorescence in various directions. Fluorescence that satisfies the total reflection condition of the fiber core cladding interface in the radiation direction will be transmitted along the fiber axis. The temperature measurement is obtained by measuring the decay time of fluorescence energy and utilizing the temperature correlation of the intrinsic afterglow time of the fluorescent substance to determine the temperature value of the measured point.
Réseau de Bragg en fibre:
Réseau de Bragg en fibre (FBG) utilizes the temperature sensitive properties of the grating structure in optical fibers. Quand la température change, the refractive index and grating period of the optical fiber will change, resulting in a change in the wavelength of light reflected or transmitted by the grating. Determine temperature changes by detecting changes in this wavelength. Par exemple, when the temperature changes, the Bragg wavelength of the Bragg fiber grating will drift. By monitoring this drift, temperature change information can be obtained.
Distributed optical fiber:
Based on scattering effects in optical fibers, comme la diffusion Rayleigh, diffusion Raman, et diffusion Brillouin. Taking Raman scattering as an example, when light is transmitted in an optical fiber, Raman scattering occurs, and the intensity of Raman scattering light is related to temperature. By measuring the intensity distribution of Raman scattering light along the fiber, temperature information at different positions along the fiber can be obtained. Different scattering mechanisms have different characteristics and applicable ranges when measuring temperature. La diffusion Brillouin est sensible à la fois à la température et à la contrainte, and it is necessary to distinguish or compensate for strain when measuring temperature; The Rayleigh scattering intensity is relatively weak, but it can provide information on fiber loss and can also be used as a reference for temperature measurement.
In terms of performance characteristics
Fibre fluorescente:
Temperature measurement range and accuracy: applicable temperature range -50-200 °C, avec une précision d'environ ± 1 °C. Cette plage de température peut répondre aux besoins de mesure de température interne de nombreux équipements industriels et électriques conventionnels. Par exemple, dans certains scénarios de surveillance de la température à l'intérieur des appareillages de commutation et des transformateurs, sa précision peut également répondre aux exigences de surveillance du fonctionnement normal des équipements.
Capacité anti-interférence: Il possède une forte capacité anti-interférence électromagnétique car son principe de mesure est basé sur les caractéristiques de fluorescence et est indépendant des signaux électromagnétiques.. Dans certains environnements électromagnétiques forts tels que les sous-stations et à proximité de gros moteurs, il peut fonctionner de manière stable sans être affecté par les interférences électromagnétiques et sans affecter les résultats de mesure.
Performances d'isolation: Étant donné que les fibres optiques sont des matériaux non métalliques et que la combinaison de substances fluorescentes et de fibres optiques, ils présentent d'excellentes performances d'isolation. Dans la surveillance de la température des équipements haute tension, il n'y a pas lieu de s'inquiéter des problèmes d'isolation, et la mesure de la température peut être effectuée en toute sécurité.
Volume et intégration: De petite taille, facile à intégrer. Cela facilite l'installation à l'intérieur d'appareils avec un espace limité ou dans des espaces étroits, tels que des scénarios de mesure de température dans de petits micro-environnements difficilement accessibles, tels que des micro-tuyaux et des fentes étroites.
Réseau de Bragg en fibre:
Temperature measurement range and accuracy: Par exemple, Le capteur de température à réseau de Bragg en fibre résistant aux hautes températures ADCD03-51-0001 peut mesurer des températures allant de -40 °C à 300 °C, et a une bonne adaptabilité dans certains environnements à haute ou basse température. Il a une grande précision et peut répondre aux besoins de scénarios sensibles aux changements de température., tels que des scénarios de surveillance de la température à long terme dans les centrales électriques, chemins de fer, and oil tanks. Il peut surveiller avec précision les changements de température et détecter en temps opportun les risques potentiels pour la sécurité..
Stabilité et fiabilité: Il a une grande stabilité et peut fonctionner de manière stable pendant longtemps dans des environnements industriels complexes. Par exemple, dans la surveillance de la température des voies ferrées, il est possible de fournir des données de mesure de température stables et précises face aux vibrations fréquentes des trains et aux changements de température au cours des différentes saisons.
Capacité de mise en réseau: Il facilite la surveillance multipoint du réseau, permettant à plusieurs capteurs d'être connectés en série sur un seul câble à fibre optique sans aucun point de fusion entre les deux. This facilitates temperature monitoring of large areas or structures, such as temperature monitoring of different locations inside large building structures. Through networking, a comprehensive understanding of the temperature distribution of the entire structure can be achieved.
Distributed optical fiber:
Measurement range and resolution: A single optical fiber can achieve simultaneous measurement of hundreds or thousands of sensing points, with a large measurement range that can monitor temperature over long fiber optic lines or large areas. Cependant, its temperature resolution may be slightly lower for measuring individual points, but it is very suitable for monitoring the overall temperature distribution trend in some scenarios, such as monitoring the temperature distribution along long-distance oil pipelines, which can quickly detect whether there are local temperature abnormal areas.
Spatial resolution: It can achieve distributed measurement along optical fibers and determine the specific location of temperature changes. In temperature monitoring of some large-scale infrastructure such as bridges and tunnels, it is possible to accurately locate the location of temperature anomalies, which helps to timely detect structural safety hazards.
In terms of application scenarios
Fibre fluorescente:
Mainly used for temperature measurement inside electrical equipment, such as switch cabinets, transformateurs, etc.. In these scenarios, due to the limited internal space of the equipment, strong electromagnetic interference exists, and insulation performance is required. The small size, anti-interférence électromagnétique, and good insulation properties of fluorescent optical fibers make them an ideal temperature measurement tool.
Réseau de Bragg en fibre:
Suitable for long-term temperature monitoring in power plants, chemins de fer, and oil tanks, as well as temperature measurement in fields such as electricity, militaire, aérospatial, etc.. La surveillance de la température peut être effectuée sur des parties clés du groupe électrogène dans la centrale électrique pour garantir le fonctionnement sûr de l'équipement de production d'électricité.; La surveillance de la température peut être effectuée sur les voies ferrées, commutateurs, et d'autres pièces pour éviter des problèmes tels que la déformation des rails causée par les changements de température; Dans la surveillance des réservoirs d'huile, des changements anormaux dans la température de l'huile peuvent être détectés en temps opportun pour éviter les accidents de sécurité.
Distributed optical fiber:
Largement utilisé pour la surveillance de la température dans les grandes structures telles que les ponts et les tunnels, ainsi que les pipelines longue distance tels que les oléoducs et les gazoducs. Pour les ponts, la répartition de la température des structures de pont peut être surveillée selon différentes saisons et conditions météorologiques, fournir un support de données pour l'entretien des ponts et l'évaluation de la sécurité; Pour les pipelines longue distance, the temperature along the pipeline can be monitored in real-time to prevent problems such as pipeline deformation and leakage caused by temperature changes.
3、 Advantages of Fluorescent Fiber
Forte capacité anti-interférence
Fluorescent fiber optic sensors measure temperature based on the temperature dependence of the afterglow time of fluorescent substances, and their working principle is independent of electromagnetic signals. In today’s complex electromagnetic environment, such as near substations, appareillage haute tension, and other places with strong electromagnetic fields in the power system, traditional temperature sensors based on electrical principles may be subject to electromagnetic interference, entraînant des résultats de mesure inexacts. Fluorescent fiber optic sensors can work stably and will not be affected by external electromagnetic field interference to accurately measure temperature. Cette caractéristique lui confère des avantages uniques dans la mesure de la température dans des environnements électromagnétiques forts tels que l'intérieur des équipements électriques..
Bonne performance d'isolation
Les capteurs fluorescents à fibre optique sont principalement composés de fibres optiques et de substances fluorescentes. Les fibres optiques elles-mêmes sont des matériaux non métalliques, et l'ajout de substances fluorescentes confère à l'ensemble du capteur de bonnes performances d'isolation. Dans les équipements haute tension tels que les transformateurs, appareillage haute tension, etc., les performances d’isolation sont très importantes. Si des capteurs de température métalliques sont utilisés, il peut y avoir des risques d'isolation et des problèmes de sécurité tels que des courts-circuits. Des capteurs fluorescents à fibre optique peuvent être directement installés à l'intérieur de ces appareils haute tension pour la mesure de la température., sans vous soucier des problèmes d'isolation, assurer la sécurité du matériel et du personnel.
Petite taille et intégration facile
La structure des capteurs fluorescents à fibre optique est relativement simple et compacte.. Dans certains scénarios d'application en espace limité, comme les micro-tuyaux, fentes étroites, et autres petits et micro-environnements qui ne sont pas facilement accessibles, il peut être facilement installé et utilisé pour la mesure de la température. De plus, il est facile à intégrer et peut être bien intégré à d'autres appareils ou systèmes sans prendre trop de place. Il fonctionne bien dans la mesure de la température à l'intérieur de certains appareils qui nécessitent des exigences d'espace strictes.. Par exemple, dans des scénarios de surveillance de la température à l’intérieur de certains appareils électroniques miniaturisés ou instruments de précision, la petite taille et l'intégration facile des capteurs fluorescents à fibre optique sont très pratiques.
Performances fiables
Les capteurs à fibre optique fluorescents peuvent fonctionner de manière stable dans la plage de température applicable de -50-200 °C, avec une précision d'environ ± 1 °C. Le principe de mesure est basé sur les caractéristiques inhérentes aux substances fluorescentes, et tant que les performances de la substance fluorescente elle-même sont stables, des résultats de mesure de température fiables peuvent être fournis. Dans les scénarios où les équipements électriques fonctionnent pendant une longue période et nécessitent une surveillance à haute température, les capteurs à fibre optique fluorescents peuvent fournir en continu et de manière stable des données de température précises, ce qui permet de détecter en temps opportun les anomalies de température à l'intérieur de l'équipement et d'assurer son fonctionnement normal.
Installation facile et mise en réseau flexible
En termes d'installation, capteurs à fibre optique fluorescents, en raison de leur petite taille et d'autres caractéristiques, peut être facilement installé à l’intérieur de divers appareils ou à des endroits où une mesure de température est requise. En termes de réseautage, il peut construire de manière flexible un réseau de mesure de température en fonction des besoins réels. Par exemple, dans une grande salle d'équipement électrique, si la surveillance de la température est requise pour plusieurs appareils ou plusieurs emplacements à l'intérieur des appareils, plusieurs capteurs à fibre optique fluorescents peuvent être facilement mis en réseau pour réaliser une surveillance de la température de toute la zone, saisir en temps opportun la situation de la répartition de la température, et faciliter la maintenance et la gestion des équipements.
4、 Quel type de capteur de température à fibre optique est le meilleur
Bien que chaque type de capteur de température à fibre optique présente ses propres avantages et points forts dans différents scénarios d'application., en considérant plusieurs facteurs, les capteurs à fibre optique fluorescents présentent des avantages uniques à bien des égards et peuvent être considérés comme un excellent capteur de température à fibre optique dans des scénarios spécifiques.

5、 Pourquoi la fibre fluorescente est-elle la meilleure
Performances anti-interférences et d'isolation uniques
Dans les environnements industriels modernes, les interférences électromagnétiques sont omniprésentes, en particulier dans les endroits avec des équipements électriques denses tels que les sous-stations et les salles de distribution. Les capteurs fluorescents à fibre optique présentent une immunité naturelle aux interférences électromagnétiques grâce à leurs principes de mesure spéciaux.. En effet, il détermine la température en mesurant le temps de décroissance de l'énergie de fluorescence., qui n'a aucun rapport avec les signaux électromagnétiques. Comparé à d'autres types de capteurs de température à fibre optique, bien qu'ils aient également une certaine capacité anti-interférence, ils peuvent encore être affectés dans une certaine mesure dans des environnements électromagnétiques forts. Par exemple, capteurs à réseau de Bragg à fibre, bien qu'ils aient eux-mêmes une bonne stabilité, peut subir des interférences dans la transmission et le traitement du signal en cas d'interférence électromagnétique extrêmement forte. Dans certains environnements d’interférences électromagnétiques complexes, la détection du signal basée sur le principe de diffusion de fibre optique distribuée les capteurs peuvent également subir des fluctuations.
Les performances d’isolation des capteurs fluorescents à fibre optique constituent également un avantage majeur. Dans des environnements à haute tension, tels que les transformateurs intérieurs et les appareillages haute tension, de bonnes performances d'isolation sont la clé pour garantir un fonctionnement sûr et une mesure précise des capteurs. Le matériau non métallique et les caractéristiques structurelles des capteurs à fibre optique fluorescents leur confèrent d'excellentes performances d'isolation.. Other fiber optic temperature sensors may not be comparable in insulation performance to fluorescent fiber optic sensors. Par exemple, some fiber optic temperature sensors with metal components or relatively complex structures may require additional insulation measures in high voltage environments, increasing costs and installation complexity.
Adapt to special measurement environments
The small size and easy integration of fluorescent fiber optic sensors enable them to adapt to some special measurement environments. Traditional temperature sensors may not be able to be installed in small spaces such as microchannels and narrow slits, or their installation may affect the normal operation of the equipment. Fluorescent fiber optic sensors can be easily installed in these locations and accurately measure temperature. Dans certains équipements électriques avec des exigences strictes en matière d'aménagement spatial, comme les petits relais, instruments électroniques de précision, etc., des capteurs à fibre optique fluorescents peuvent être utilisés pour surveiller la température sans affecter la structure et les performances de l'équipement. En revanche, bien que les capteurs à réseau de Bragg à fibre aient également la caractéristique d'être de petite taille, les capteurs à fibre optique fluorescents offrent une plus grande flexibilité dans certains espaces ultra réduits ou dans des environnements de mesure de forme spéciale. Les capteurs à fibre optique distribués ne présentent aucun avantage dans ces scénarios de mesure dans un espace extrêmement restreint, car ils sont généralement basés sur la mesure de l'intégralité du câble à fibre optique..
Fiabilité et rentabilité
Les capteurs fluorescents à fibre optique ont une précision d'environ ± 1 °C dans leur plage de température applicable de 50-200 °C, providing stable and reliable temperature measurements. The measurement principle is based on the intrinsic characteristics of fluorescent substances, and as long as the performance of the fluorescent substance is stable, cela peut fonctionner de manière stable pendant longtemps. In the temperature monitoring scenario inside electrical equipment, its reliability can meet the monitoring requirements for long-term operation of the equipment. De plus, from a cost-benefit perspective, fluorescent fiber optic sensors may have better cost-effectiveness compared to other fiber optic temperature sensors in meeting specific scenarios such as temperature measurement inside electrical equipment. Par exemple, in some scenarios that do not require ultra wide temperature measurement ranges or ultra long distance distributed measurements, le coût des capteurs fluorescents à fibre optique peut être inférieur, et l'installation et la maintenance peuvent être plus faciles, tandis que les capteurs à réseau de fibre optique peuvent avoir des coûts plus élevés dans certains systèmes de haute précision., scénarios de mesure sur une large plage de température. Les capteurs à fibre optique distribués ont également des coûts d'équipement et d'installation relativement plus élevés lorsque des mesures distribuées sur de longues distances sont nécessaires..