Capteurs de température à fibre optique INNO ,Systèmes de surveillance de la température.
1. Principe de Surveillance de la température par fibre optique
Le capteur de température à fibre optique est un capteur avancé qui mesure les changements de température en utilisant des effets optiques. Il utilise les propriétés uniques des fibres optiques, tels que leur sensibilité thermique et leur effet de réseau de Bragg. Le principe de base est d'utiliser les propriétés optiques des fibres optiques pour refléter les changements de température ambiante en mesurant les paramètres du signal optique. (comme l’intensité lumineuse, phase, etc.) dans la fibre. Voici plusieurs méthodes courantes de surveillance de la température par fibre optique basées sur différents principes.:
1.1: Basé sur le principe de variation de l'amplitude de la lumière:
Capteurs de température à fibre optique de type composant, le diamètre du noyau et l'indice de réfraction de la fibre 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. Par exemple, dans certaines structures fibreuses spéciales, les changements de température peuvent entraîner des changements dans la répartition du matériau ou dans les caractéristiques structurelles à l'intérieur de la fibre, entraînant des changements dans la diffusion de la lumière pendant la propagation, et provoquant ainsi des changements dans l'amplitude de la lumière. En détectant ces changements d'amplitude, des informations sur la température peuvent être obtenues.
Basé sur le principe de l'interférence: Dans l'instrument, la lumière de la fibre de signal est mélangée à un faisceau de référence stable. En raison de l'influence des paramètres mesurés (comme la température) sur la fibre de signal, la phase du signal optique qui se propage change, entraînant une interférence entre les deux faisceaux lumineux. En principe, un détecteur de phase approprié peut détecter de petits changements, tandis qu'un compteur de bandes peut détecter des changements importants. Cela utilise les caractéristiques d'interférence de la lumière, convertir l'influence de la température sur la phase des signaux optiques dans les fibres optiques en phénomènes d'interférence détectables, réalisant ainsi la surveillance de la température.
1.2: Basé sur le principe de l'effet de diffusion Raman:
Le principe de base de Système de détection de température à fibre optique distribuée (L') est basé sur la réflectométrie optique dans le domaine temporel (OTDR) principe de la fibre optique et effet de diffusion Raman de la fibre optique. Les impulsions laser interagissent avec les molécules de fibres, entraînant divers phénomènes de diffusion tels que la diffusion Rayleigh, Diffusion Brillouin, et diffusion Raman. Sélectionnez la diffusion Raman la plus sensible aux changements de température lors de la sélection du signal de référence du système. Le mécanisme de mesure de la température par fibre optique est basé sur l'effet de diffusion Raman vers l'arrière., qui obtient des informations sur la température en analysant le signal lumineux de diffusion Raman. Parce que l’intensité de la lumière diffusée Raman a une relation spécifique avec la température, les changements de température peuvent entraîner des changements dans l'intensité de la diffusion Raman. En mesurant les changements dans l'intensité de la diffusion Raman, la valeur de la température peut être déterminée.
1.3: Basé sur le principe du réseau de Bragg en fibre de Bragg:
Presque Fibre optique distribuée technologie de mesure de la température, une solution représentative est un système de mesure de température avec plusieurs réseaux de Bragg à fibres connectés en série. Plusieurs réseaux de fibres de Bragg avec différentes longueurs d'onde centrales sont formés par exposition et gravure le long de la direction longitudinale de la fibre optique par rayonnement ultraviolet.. Chaque réseau de fibres de Bragg est doté d'une réflexion totale pour une longueur d'onde spécifique de la lumière.. Lorsque la température ambiante du réseau de Bragg à fibre change, la longueur d'onde du signal réfléchi par le réseau changera également. Injecter un faisceau de lumière à large spectre contenant plusieurs longueurs d'onde dans une fibre optique, et le faisceau traverse une série de réseaux de Bragg à fibres. Chaque réseau réfléchit un signal lumineux monochromatique correspondant à sa longueur d'onde, et les changements de température sont reflétés en détectant les changements dans la longueur d'onde de la lumière réfléchie.
1.4: Basé sur le principe du rayonnement fluorescent:
Dans la technologie de détection de température par fibre de rayonnement fluorescent, une substance fluorescente est appliquée à l'extrémité de la fibre, et la valeur de température du point mesuré peut être obtenue en mesurant le temps de décroissance de l'énergie de fluorescence et en utilisant la corrélation de température du temps de rémanence intrinsèque de la substance fluorescente. Le temps de rémanence des substances fluorescentes change avec la température, et cette caractéristique est utilisée pour la mesure de la température. Sa plage de température applicable est de -50 ~ 200 ℃, avec une précision d'environ ± 1 °C, et il est couramment utilisé pour la mesure de la température à l'intérieur des équipements électriques.
1.5: Principe des caractéristiques d'absorption/transmission de la lumière basées sur les cristaux d'arséniure de gallium:
La technologie de mesure de la température des fibres d'arséniure de gallium intègre un matériau cristallin d'arséniure de gallium à l'extrémité de la fibre en tant que sonde de température., et injecte la lumière incidente dans le dispositif d'extrémité proche de la fibre. Lorsque la source de lumière du capteur émet une lumière incidente à plusieurs longueurs d'onde et rayonne sur le cristal d'arséniure de gallium, le matériau cristallin d'arséniure de gallium absorbera différentes longueurs d'onde de lumière incidente à différentes températures, et les longueurs d'onde de lumière non absorbées seront réfléchies vers l'appareil. En analysant le spectre de la lumière réfléchie, les paramètres de température au niveau de la sonde peuvent être obtenus. L'avantage de ce capteur est qu'il obtient la température de la sonde par mesure spectrale absolue plutôt que par mesure du changement de température., cela n'implique donc pas d'étalonnage sur site. La sonde a une bonne universalité, et la distance de détection peut dépasser 500 m. La durée de vie de la source lumineuse et la stabilité à long terme de la détection en ligne peuvent dépasser 30 années. Toutefois, le coût de la fibre d'arséniure de gallium est relativement élevé.
2. Méthode de surveillance de la température par fibre optique
Selon différents scénarios d'application, la technologie de mesure de la température par fibre optique peut être divisée dans les catégories suivantes:
2.1: Mesure de température ponctuelle:
Technologie de détection de température par fibre de rayonnement fluorescent: une substance fluorescente est appliquée à l'extrémité de la fibre, et la valeur de température du point mesuré est obtenue en mesurant le temps de décroissance de l'énergie de fluorescence et en utilisant la corrélation de température du temps de rémanence intrinsèque de la substance fluorescente. Convient pour une plage de température de -50 ~ 200 ℃, avec une précision d'environ ± 1 °C, actuellement 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-interférences électromagnétiques, bonnes performances d’isolation, Installation pratique, et une mise en réseau flexible.
2.2 Technologie de mesure de la température par fibre optique à l'arséniure de gallium:
Intégration d'un matériau cristallin d'arséniure de gallium à l'extrémité de la fibre optique comme sonde de température, injecter de la lumière incidente dans le dispositif d'extrémité proche de la fibre. Lorsque la source de lumière du capteur émet une lumière incidente à plusieurs longueurs d'onde et rayonne sur le cristal d'arséniure de gallium, le matériau cristallin d'arséniure de gallium absorbe différentes longueurs d'onde de lumière incidente à différentes températures, et les longueurs d'onde de lumière non absorbées sont réfléchies vers l'appareil. Les paramètres de température au niveau de la sonde sont obtenus en analysant le spectre de la lumière réfléchie. Ses avantages sont que la température de la sonde est obtenue par mesure spectrale absolue, sans étalonnage sur site, la sonde a une bonne universalité, la distance de détection peut dépasser 500 m, la durée de vie de la source lumineuse et la stabilité à long terme de la détection en ligne dépassent 30 années, mais le coût est relativement élevé.
2.3 Mesure quasi distribuée:
Système de mesure de température de la série de réseaux de Bragg à fibre: Par rayonnement ultraviolet dans le sens longitudinal de la fibre, plusieurs réseaux de fibres de Bragg avec différentes longueurs d'onde centrales sont formés par exposition et gravure. Chaque réseau de fibres de Bragg est doté d'une réflexion totale pour une longueur d'onde spécifique de la lumière.. Plusieurs réseaux de fibres de Bragg sont connectés séquentiellement en série dans la direction de propagation des fibres pour former un système de mesure de température à distribution quasi spatiale spatialement discret.. Injection de lumière à large bande dans une fibre optique, lorsque le faisceau traverse un réseau de Bragg à fibre, chaque réseau réfléchit un signal lumineux monochromatique correspondant à sa longueur d'onde. Lorsque la température ambiante du réseau de Bragg à fibre change, la longueur d'onde du signal réfléchi du réseau changera. Sa sonde a un petit volume, le chemin optique peut être plié de manière appropriée, il résiste aux rayonnements électromagnétiques, et facile à télémétrie. Toutefois, la résistance mécanique du réseau de Bragg en fibre est faible, et il est facilement endommagé dans des conditions de travail complexes, ce qui nécessite la fiabilité du capteur. En outre, la sensibilité de la démodulation de longueur d'onde est un problème, et la dérive de longueur d'onde de la lumière réfléchie provoquée par une augmentation de température de plusieurs dizaines de degrés ne dépasse pas 1 nm.
2.4 Mesure entièrement distribuée:
Système de mesure distribué de la température des fibres (L') Basé sur l'effet de diffusion Raman: Utilisation du réflecteur optique du domaine temporel (OTDR) principe des fibres optiques et effet de diffusion Raman. Les impulsions laser interagissent avec les molécules de fibres pour générer divers phénomènes de diffusion tels que la diffusion Raman, et la température est mesurée sur la base de l'effet de diffusion Raman. Ce système peut être mis en œuvre en déployant un dispositif de surveillance et une fibre de détection, et le coût de surveillance par unité de longueur de fibre diminue avec l'augmentation de la distance de détection. Il s'agit actuellement d'une solution technique de mesure de la température très prometteuse.. Il peut réaliser une mesure de température en un seul point, multipoint, et zones continues, et peut servir de support pour la mesure et la transmission de la température simultanément. Il a une capacité anti-interférence électromagnétique, résistance à la corrosion, bonnes performances d’isolation, méthodes d'installation flexibles, peut être lié à la protection incendie, systèmes d'alarme, etc. Il peut également transmettre des données à distance, visualiser et contrôler à distance, et présente des avantages tels que l'analyse des données et le dépannage des points de défaut.
3. Cas d'application de la surveillance de la température par fibre optique
3.1 Application dans le renforcement des capacités de communication:
Problème résolu: La salle de communication dispose d'équipements denses et d'exigences de sécurité élevées. Lorsqu'un incendie se produit, cela entraînera la paralysie de tout le réseau de communication, nécessitant une surveillance en temps réel de la température ambiante. Et avec le développement rapide de la technologie 5G, les salles de communication sont rapidement construites et agrandies, entraînant une augmentation brutale du nombre et de la puissance des équipements dans les salles. Les méthodes électroniques traditionnelles de mesure de la température présentent des inconvénients tels que des points de mesure de température limités., installation complexe de câbles de transmission, et ne sont pas propices à la maintenance et à la gestion.
Plan de mise en œuvre spécifique: Installer un distribué Système de surveillance de la température par fibre optique (comme la série FGT) sur les équipements et les lignes de la salle informatique pour réaliser un suivi de la température en temps réel, analyse des tendances, détection précise à distance des accidents, alerte précoce, alarme et autres fonctions. La partie centrale du système est principalement constituée d'un client local, hôte de mesure de température à fibre optique, câble optique de détection de température, et logiciel de mesure de température. Par exemple, les fibres optiques de détection de température pénètrent dans chaque armoire par le bas et mesurent la température à l'intérieur de l'armoire en faisant le tour de l'avant et de l'arrière de l'armoire; La fibre optique de mesure de la température est posée en forme de S le long du chemin de câbles sur la surface du chemin de câbles pour la surveillance de la température du chemin de câbles.; La fibre optique de mesure de la température est posée le long du chemin du câble du tunnel souterrain sur la surface du câble pour la surveillance de la température du câble du tunnel.; Téléchargement vers le client local et le client du centre de surveillance via le protocole TCP/IP, et le client peut afficher des informations sur la température en temps réel de chaque armoire grâce à un logiciel de surveillance. Basé sur la température en temps réel obtenue, dessiner une carte des nuages de température de la salle informatique; Lorsqu'une alarme de température élevée anormale se produit à un certain endroit de la salle informatique, l'hôte de mesure de température transmet les informations d'alarme au système d'alarme via le protocole série RS485 pour le traitement d'extinction d'incendie correspondant.
Valeur de l'application: En plus des alarmes régionales, le positionnement d'alerte précoce peut également localiser et régler la température des points d'alarme; L'affichage de la température en temps réel peut déterminer avec précision la tendance du développement des accidents d'incendie et fournir une base de données pour la lutte contre les incendies.; Il présente les avantages de la sécurité et de la fiabilité (Haute sensibilité, aucune interférence électromagnétique, surveillance passive en temps réel, bonne isolation électrique, Antidéflagrant, combiné avec des alarmes de température fixe et différentielle, pas de fausses alarmes), Installation facile (fibre optique anti tension, anti-impact, petit diamètre extérieur, bonne flexibilité, petit volume, Poids léger, peut être enroulé et installé sur la surface de la zone de test en forme droite ou en serpent), utilisation efficace (surveillance longue distance, la détection et la transmission du signal peuvent être complétées par un seul câble optique, tout est réglé au terminal, l'ensemble du système est simple et fiable, et la charge de travail d'exploitation et de maintenance est minime), et durée de vie ultra longue (le système de circuit à température constante intégré et le commutateur électro-optique avancé du micro-ordinateur améliorent considérablement la durée de vie de l'équipement, avec une durée de vie de plus de 15 années).
3.2 Applications dans le domaine des transports:
Dans les tunnels routiers, des capteurs à fibre optique peuvent être utilisés pour surveiller des paramètres tels que la température et l'humidité à l'intérieur du tunnel, détecter en temps opportun les situations dangereuses telles que les incendies et les inondations, et déclencher des systèmes d’alarme pour assurer la sécurité des véhicules et des passagers. Les capteurs à fibre optique ont également une valeur d'application importante dans la construction de systèmes de transport intelligents et dans la surveillance de la sécurité des véhicules., comme la surveillance de la température des pièces clés des véhicules pour garantir la sécurité et la fiabilité du fonctionnement du véhicule.
3.3 Application dans les centrales électriques:
Comparé au câble de détection de température traditionnel, le système de surveillance de la température de la fibre optique est progressif. Dans les centrales électriques, les capteurs de température à fibre optique peuvent surveiller la température de l'équipement en temps réel pendant le fonctionnement, comme la surveillance de la température des gros équipements tels que les générateurs et les transformateurs. Ils peuvent détecter à temps des situations anormales telles qu’une surchauffe., évitant ainsi les pannes d'équipement et assurant le fonctionnement normal des centrales électriques.
4. Équipement de surveillance de la température à Fiber optique recommandé
L'IF-C de FJINNO Système de mesure de température par fibre optique à fluorescence:
Capacité anti-interférence de fluorescence et méthode de mesure: Il a la particularité de résister aux interférences électromagnétiques, et la fibre optique en tant que support de transmission du signal n'est pas affectée par les interférences électromagnétiques, assurer une surveillance précise de la température à proximité des équipements électriques à haute tension. Prise en charge de la mesure multipoint, plusieurs interfaces de mesure peuvent être définies sur un transmetteur de température à fibre optique fluorescente pour réaliser une surveillance de la température multipoint.
5. Comment choisir une solution adaptée de surveillance de la température par fibre optique
5.1: Tenir compte des exigences du scénario de mesure:
Exigences de plage de température: Différentes technologies de surveillance de la température par fibre optique sont applicables à différentes plages de température. Par exemple, la technologie de détection de température par fibre optique à rayonnement fluorescent convient à une plage de température de -50 ~ 200 ℃. Si la température ambiante à mesurer est basse ou élevée, un système personnalisé de surveillance de la température par fibre optique pouvant couvrir cette plage de température est requis.
5.2: Points et zones de mesure:
S'il s'agit d'une mesure de température en un seul point, comme mesurer la température à un élément clé à l'intérieur d'un équipement électrique, les méthodes de mesure de la température basées sur des points telles que la technologie de détection de la température par fibre à rayonnement fluorescent ou la technologie de mesure de la température par fibre d'arséniure de gallium sont plus adaptées; Si la surveillance de la température est requise pour des zones continues ou plusieurs points, comme les armoires, chemins de câbles, et câbles de tunnel souterrains dans les bâtiments électriques de communication, systèmes distribués de surveillance de la température à fibre optique (L') sont plus adaptés à la surveillance de la température dans plusieurs zones.
5.3: Considérez les caractéristiques de performance du capteur:
Précision et stabilité: Dans certains scénarios nécessitant une précision de mesure de température élevée, comme la surveillance de la température en temps réel lors d'interventions chirurgicales dans le domaine médical, des capteurs de température à fibre optique de haute précision doivent être sélectionnés.
5.4: Vitesse de réponse du capteur:
Dans certains scénarios où des changements rapides de température sont nécessaires, tels que les systèmes d'alarme incendie, les capteurs doivent avoir une vitesse de réponse rapide pour détecter les augmentations anormales de température en temps opportun et émettre des alarmes. La vitesse de réponse des différents capteurs de température à fibre optique varie et doit être sélectionnée en fonction de scénarios d'application spécifiques.
5.5: Tenir compte des facteurs de coût:
Coût de l'équipement: Le processus de fabrication de capteurs de température à fibre optique haute performance est complexe et coûteux, ce qui limite leur application à grande échelle. Par exemple, Les capteurs à fibre optique en arséniure de gallium présentent de nombreux avantages, mais leur coût est relativement élevé. En cas de budget limité, il est nécessaire de considérer de manière globale les coûts de l'équipement et de choisir une solution rentable de surveillance de la température des fibres fluorescentes.
5.6: Frais d'installation et de maintenance:
La complexité de l'installation de différentes solutions de surveillance de la température par fibre optique varie, et les coûts d'installation peuvent également différer. Par exemple, dans le système distribué de surveillance de la température à fibre optique dans le bâtiment du pouvoir de communication, la méthode de pose des câbles à fibres optiques, l'installation et la mise en service de l'équipement affecteront toutes le coût d'installation. En même temps, les coûts de maintenance doivent également être pris en compte, comme la durée de vie de l'équipement, s'il est sujet à des dysfonctionnements, et la difficulté de réparer après un dysfonctionnement. Certains appareils dotés de fonctions d'autodiagnostic et de maintenance à distance peuvent avoir des coûts d'équipement plus élevés., mais en termes de coûts de maintenance à long terme, ils peuvent être plus rentables.
Capteur de température à fibre optique, Système de surveillance intelligent, Fabricant de fibre optique distribuée en Chine
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