Come selezionare il giusto sensore di temperatura in fibra ottica

La scelta di un sensore di temperatura a fibra ottica adatto dovrebbe basarsi sui requisiti specifici dello scenario applicativo, tenendo conto di fattori come l’ambiente elettromagnetico, limitazioni dello spazio di misura, ambienti pericolosi, punti di misurazione e layout, intervallo di temperatura di misurazione, requisiti di precisione e risoluzione, nonché il tipo di funzionamento della sonda, per garantire che il sensore possa soddisfare le esigenze di monitoraggio della temperatura di ambienti specifici.

1. Tipi di Sensori di temperatura a fibra ottica

1.1 Sensore di temperatura a reticolo in fibra di Bragg

principio
Il sensore di temperatura a reticolo di Bragg in fibra utilizza la fotosensibilità dei materiali in fibra ottica per formare un reticolo di fase spaziale nel nucleo della fibra per la misurazione della temperatura. Per esempio, Il reticolo in fibra di Bragg è un nuovo tipo di reticolo in fibra di Bragg formato irradiando fibra drogata al germanio monomodale con luce ultravioletta per formare una tecnologia a reticolo. Dopo aver grattugiato, the refractive index of the fiber core shows periodic distribution stripes and produces Bragg grating effect. Its basic optical characteristic is a narrowband optical filter centered on the resonance wavelength, which satisfies
Optical equations. Long period fiber Bragg grating couples the fundamental mode of forward transmission into the cladding mode of forward transmission.
caratteristica
Piccola dimensione: Compared with general light temperature sensors, fiber Bragg grating sensors have a smaller size, which makes them advantageous in some space limited application scenarios. Per esempio, in the aerospace field, where space is limited on aircraft, small-sized sensors are easier to install and use.
The detection quantity is wavelength information: it is not affected by factors such as light source fluctuations, perdite di flessione delle fibre, perdite di connessione, e invecchiamento del rilevatore. Per esempio, in long-distance fiber optic transmission, even if there is a certain degree of bending or connection points in the fiber optic, it will not have a significant impact on the measurement results.
Not sensitive to environmental interference: Inoltre, wavelength encoding allows for easy use of wavelength division multiplexing technology, enabling accurate temperature measurement in complex environments. Nel sistema di potere, there are complex environmental factors such as electromagnetic interference in places like substations, and fiber Bragg grating temperature sensors can work stably.
Fast measurement speed: La velocità di misurazione di una singola fibra ottica è generalmente dell'ordine delle decine di millisecondi, e la distanza di trasmissione della fibra può raggiungere più di 10 km, che può soddisfare alcuni requisiti di monitoraggio della temperatura con elevati requisiti in tempo reale, come il monitoraggio della temperatura di motori di grandi dimensioni, trasformatori e altre apparecchiature.

1.2 Sensore di temperatura distribuito in fibra ottica

principio
Principalmente basato sull'effetto di diffusione Raman e sul riflettometro ottico nel dominio del tempo (OTDR) tecnologia per ottenere misurazioni distribuite continue. La luce riflessa del laser nella trasmissione in fibra ottica include principalmente lo scattering di Rayleigh, Diffusione Raman, e diffusione Brillouin. Fibra ottica distribuita i sensori hanno attraversato il processo di sviluppo dal sistema iniziale di monitoraggio della temperatura distribuita in fibra con nucleo liquido basato sullo scattering di Rayleigh all'indietro, al sistema di misurazione della temperatura in fibra ottica basato sullo scattering Raman ottico nel dominio del tempo, e sistema di misurazione della temperatura in fibra ottica basato sullo scattering Raman nel dominio della frequenza ottica.
caratteristica
Capacità di misurazione distribuita: Può misurare in modo continuo e in tempo reale la temperatura in vari punti lungo il cavo in fibra ottica nel raggio di pochi chilometri, con una precisione di posizionamento fino a metri e una precisione di misurazione fino a 1 grado. È molto adatto per applicazioni come la misurazione della temperatura in punti di intersezione su larga scala. Per esempio, nei giacimenti petroliferi, può monitorare la distribuzione della temperatura lungo gli oleodotti e rilevare tempestivamente potenziali punti di perdita.
Ci sono molti hotspot di ricerca: Anche i sistemi di diffusione Brillouin nel dominio del tempo e della frequenza sono temi caldi nel campo dei sensori in fibra ottica. Diverse aziende hanno prodotti corrispondenti, il che significa che la loro tecnologia è in costante sviluppo e miglioramento, e le prospettive applicative future sono ampie.

1.3 Sensore di temperatura a fibra ottica fluorescente

principio
È un sensore che utilizza materiali fluorescenti per subire cambiamenti nell'intensità della fluorescenza o nella lunghezza d'onda in base ai cambiamenti di temperatura, e trasmette segnali attraverso fibre ottiche per ottenere il rilevamento della temperatura. Un tipico sensore di temperatura a fibra ottica fluorescente include una sorgente luminosa, fibra ottica, materiale fluorescente, e un analizzatore spettrale. The light source generates excitation light of a certain wavelength, which is transmitted to the fluorescent material through an optical fiber. After the fluorescent material absorbs the excitation light, it emits a fluorescence signal with a specific wavelength, which is transmitted back to the spectrometer for detection through the optical fiber. Quando la temperatura cambia, the fluorescence characteristics of the fluorescent material will change, which may be a change in fluorescence intensity or a shift in fluorescence wavelength. Il valore della temperatura può essere determinato misurando l'intensità o la lunghezza d'onda del segnale di fluorescenza.

caratteristica
Alta precisione: I materiali fluorescenti sono particolarmente sensibili ai cambiamenti di temperatura, making fluorescent fiber temperature sensors have high measurement accuracy and can be used in medical diagnostic fields that require high temperature measurement accuracy, such as temperature monitoring in some high-precision biomedical research.
Risposta rapida: capable of real-time monitoring of temperature changes and immediate response, suitable for scenarios that require high response speed to temperature changes, such as temperature monitoring in some chemical reaction processes.

Multi point temperature detection capability: It can monitor the temperature of multiple locations simultaneously through a fiber optic temperature transmitter, which is very useful in situations where multiple points need to be monitored. Per esempio, in the temperature monitoring of server rooms in large data centers, the temperature of multiple servers can be monitored simultaneously.
Forte capacità anti-interferenza: not affected by interference signals, able to work normally in complex electromagnetic environments. In industrial environments, such as places with a large number of electrical equipment generating electromagnetic interference, temperature can still be accurately measured.
Stabilità a lungo termine: I materiali fluorescenti hanno una forte durata e stabilità, e i sensori possono mantenere la stabilità delle prestazioni elevate durante l'uso a lungo termine, making them suitable for real-time temperature monitoring and control in energy management and other fields.
Wide environmental temperature range: Adatto per un'ampia gamma di temperature ambientali, da basso a meno Baidu ad alto fino a diverse centinaia di gradi, it can be used for temperature measurement in various extreme temperature environments, come ambienti polari o monitoraggio della temperatura vicino a forni industriali ad alta temperatura.

1.4. Sensore di temperatura a fibra ottica di tipo interferenziale

principio
Per esempio, il sensore di temperatura interferometrico Fabry Perot in fibra si basa sulle caratteristiche di sensibilità alla temperatura delle frange di interferenza dell'interferometro Fabry Perot. Quando la temperatura cambia, la posizione delle frange di interferenza si sposterà, consentendo una misurazione accurata della temperatura. Tali sensori richiedono in genere strutture ottiche fini per garantire letture della temperatura ad alta precisione.
caratteristica
Misurazione ad alta precisione: A causa della sua dipendenza dal movimento delle frange di interferenza per misurare la temperatura, purché il design della struttura ottica sia ragionevole e la precisione sia sufficientemente elevata, può ottenere una misurazione della temperatura molto accurata, che può essere utilizzato in campi come la ricerca scientifica che richiedono una precisione estremamente elevata.
Requisiti elevati per la struttura ottica: È necessaria una struttura ottica fine, ciò significa che i suoi costi di produzione e installazione possono essere relativamente elevati, e ci sono anche alcuni requisiti per l'ambiente di utilizzo, come evitare l'influenza di fattori di interferenza come le vibrazioni sulla struttura ottica.

1.5. Sensore di temperatura a fibra ottica del tipo ad assorbimento a semiconduttore

principio
Questo tipo di sensore sfrutta la proprietà dello spettro di assorbimento dei materiali semiconduttori che cambia con la temperatura, e calcola la temperatura monitorando i cambiamenti nell'intensità della luce. La tecnologia di selezione e lavorazione dei materiali semiconduttori ha un impatto significativo sulle loro prestazioni.
caratteristica
Related to the characteristics of semiconductor materials: their performance depends on the selected semiconductor material and its processing technology, and different semiconductor materials may be suitable for different temperature ranges and measurement accuracy requirements.
Light intensity monitoring and measurement: By monitoring changes in light intensity to calculate temperature, this measurement method is relatively direct, but may be affected by factors such as light source stability. If the light intensity of the light source is unstable, it may cause certain errors in the measurement results.

2. Key factors for selecting fiber optic temperature sensors

2.1 Application scenario requirements

ambiente elettromagnetico
If there is strong electromagnetic interference in the application scenario, such as near substations, quadri ad alta tensione, or around some large industrial motors in the power system, traditional temperature measurement methods may be severely affected and unable to work properly. Fiber optic temperature sensors have the characteristics of light waves not producing electromagnetic interference and not afraid of electromagnetic interference. Fiber optic grating temperature sensors, sensori di temperatura a fibra ottica fluorescente, ecc. can accurately measure temperature in complex electromagnetic environments.
Measurement space limitations
When the measurement space is small, such as temperature measurement inside aerospace equipment or some precision instruments, a fiber optic temperature sensor with small size, peso leggero, no charge on the fiber itself, piccola dimensione, peso leggero, and easy bending is very suitable. The small size of fiber optic grating temperature sensors meets this requirement.

Dangerous environment
In flammable, esplosivo, and corrosive environments, such as refineries in the petrochemical industry and warehouses storing flammable and explosive chemicals, there are special requirements for safety and corrosion resistance. Fiber optic temperature sensors have good radiation resistance and are particularly suitable for use in harsh environments such as flammable, esplosivo, space limited, e forti interferenze elettromagnetiche. Per esempio, fiber optic sensors with special coatings or materials (such as polyimide coated fibers that can be used in certain high-temperature and corrosion-resistant environments) can be used in such hazardous environments
.

2.2 Measurement Points and Layout

Punto unico e distribuito
Based on the number of measurement points required, determine whether to use “distribuito” O “unico punto” sensori, che comporta problemi di costo per punto singolo, costo totale, e layout di installazione. Generalmente, quando ce ne sono meno di 50 punti di misurazione, UN “tipo a punto singolo” come ad esempio viene utilizzato un sensore fluorescente; Quando ce ne sono più di 50 punti di misurazione, “distribuito” vengono solitamente utilizzati sensori come i sensori a reticolo di Bragg in fibra. Se si misura la temperatura lungo un lungo oleodotto, sono necessari più punti di misurazione, e i sensori di temperatura a fibra ottica distribuiti sono più adatti; Se si misura solo la temperatura di una parte fondamentale all'interno di un piccolo dispositivo, un sensore a punto singolo può soddisfare i requisiti.

2.3 Intervallo di misurazione della temperatura

Applicabilità di diversi intervalli di temperatura
L'intervallo di misurazione della temperatura del sensore è un fattore importante.
Generalmente, il campo di misurazione della temperatura dei sensori è suddiviso in più segmenti, ad esempio -40 ℃ -+80 ℃,
-40 ℃ -+80 ℃ è l'intervallo di misurazione per ambienti ordinari, e possono essere utilizzati vari sensori;
−40℃−+250℃
-40 ℃ -+250 ℃ può essere utilizzato per misurare ambienti industriali ad alta temperatura come gli impianti elettrici, e sono applicabili anche la maggior parte dei sensori;
−40℃−+400℃
-40 ℃ -+400 ℃ appartiene agli ambienti ad alta temperatura, e i sensori in tali ambienti devono essere trattati in modo speciale. I normali sensori a fibra ottica generalmente non soddisfano questi requisiti di test, e le fibre di trasmissione devono utilizzare materiali resistenti alle alte temperature come la poliimmide. Per esempio, nel normale monitoraggio della temperatura dell'ambiente interno, È possibile selezionare più tipi di sensori di temperatura a fibra ottica, mentre la misurazione della temperatura vicino a forni industriali ad alta temperatura richiede la selezione di speciali sensori di temperatura a fibra ottica in grado di resistere alle alte temperature.

2.4 Requisiti di precisione e risoluzione

Selezione di sensori con diversi livelli di precisione
Generalmente, La precisione della misurazione della temperatura è divisa in cinque livelli:
± 0.05 ℃, ± 0.1 ℃, ± 0.3 ℃, ± 0.5 ℃, ± 1 ℃. High precision sensors generally include fiber Fabry Perot interference type, fluorescence type, semiconductor absorption type, and sensitized fiber Bragg grating temperature sensors. Se si tratta di uno scenario nella ricerca biomedica che richiede una precisione della temperatura estremamente elevata, come il monitoraggio della temperatura durante alcuni processi di coltura cellulare, è necessario scegli i sensori di temperatura in fibra ottica con elevati livelli di precisione; In alcuni processi di produzione industriale il monitoraggio non richiede una precisione della temperatura particolarmente elevata, è possibile selezionare sensori con precisione relativamente bassa per ridurre i costi.

2.5 Tipi di sonde funzionanti

Immersion type, tipo di contatto, tipo medico, ecc
I sensori ad immersione possono essere utilizzati per misurare la temperatura dei solidi, liquidi, e gas. Immersion sensors are specially treated, e le fibre ottiche hanno una forte resistenza e tenacità, che può resistere alla corrosione chimica nei serbatoi di liquidi. Per esempio, nella produzione chimica, i sensori ad immersione possono essere utilizzati per misurare la temperatura del liquido all'interno del bollitore di reazione. I sensori di contatto sono specializzati nella misurazione della temperatura delle superfici degli oggetti, come il monitoraggio della temperatura di apparecchiature ad alta tensione come i trasformatori a secco, quadri ad alta tensione, e sbarre ad alta tensione. I sensori medici sono appositamente progettati per la misurazione nelle scienze della vita, con sonde piccole e sottili che, se abbinato a dispositivi di demodulazione dedicati, può raggiungere una velocità di risposta rapida e una precisione molto elevata. Possono essere utilizzati in scenari medici come il monitoraggio della temperatura dei tessuti interni nel corpo umano.

3. Selection method of fiber optic temperature sensors in different application scenarios

3.1 Industrial sector

Power system
Nelle centrali elettriche, substations and other places, there are a large number of electrical equipment with strong electromagnetic interference, and temperature monitoring of key parts of the equipment (come i trasformatori, quadri, ecc.) is required. For this scenario, fiber Bragg grating temperature sensors are a more suitable choice. Because of its small size and insensitivity to environmental interference, può misurare con precisione la temperatura superficiale dell'attrezzatura, inoltre è possibile collegare più sensori a una singola fibra ottica per monitorare più aree chiave. Se si monitora la distribuzione della temperatura lungo il cavo, i sensori di temperatura distribuiti in fibra ottica sono più adatti. Possono ottenere misurazioni distribuite continue, rilevare tempestivamente gli hotspot via cavo, e prevenire guasti ai cavi.
Industria petrolchimica
Ci sono ambienti pericolosi come quelli infiammabili, esplosivo, e gas corrosivi nelle raffinerie, impianti di stoccaggio del petrolio, e altri luoghi. In questo caso è necessario il monitoraggio della temperatura di apparecchiature quali tubazioni e recipienti di reazione. I sensori di temperatura a fibra ottica fluorescenti sono una buona scelta, poiché hanno una forte capacità anti-interferenza e possono funzionare in ambienti difficili. Possono anche misurare la temperatura con elevata precisione, rilevare tempestivamente anomalie di temperatura nelle apparecchiature, e prevenire incidenti legati alla sicurezza. Se si monitora la distribuzione della temperatura degli oleodotti a lunga distanza, I sensori di temperatura distribuiti in fibra ottica possono sfruttare i loro vantaggi nella misurazione distribuita per cogliere con precisione le condizioni di temperatura lungo la tubazione.

3.2 Campo aerospaziale

All'interno dell'aereo
A causa dello spazio interno limitato dell'aereo, esistono requisiti severi per le dimensioni e il peso dei sensori, inoltre i sensori devono essere in grado di adattarsi a vari ambienti complessi durante il funzionamento dell'aereo. Sono più adatti i sensori di temperatura a reticolo in fibra di Bragg o i piccoli sensori di temperatura a fibra ottica fluorescente. Sono di piccole dimensioni, leggero, e hanno una forte resistenza alle interferenze elettromagnetiche. They can accurately measure temperature in the electromagnetic environment and limited space of aircraft, such as monitoring the internal temperature of aircraft engines or the temperature of aircraft electronic equipment cabins.

3.3. Campo medico

Internal measurement of the human body
When measuring the temperature of internal tissues in the human body, such as temperature monitoring in some minimally invasive surgeries or research on organ temperature, medical fiber optic temperature sensors are the best choice. Because its probe is small and thin, it can minimally damage human tissue, and when combined with a dedicated demodulator, it can achieve fast response speed and very high accuracy, accurately obtaining temperature information inside the human body.
Temperature monitoring of medical equipment
For temperature monitoring of some medical equipment in hospitals, such as large X-ray machines, Apparecchiature per risonanza magnetica, ecc., due to the possible electromagnetic interference around these devices, temperature monitoring of key parts of the equipment is required. Fiber Bragg grating temperature sensors or fluorescent fiber optic temperature sensors can meet the requirements. They have strong electromagnetic interference resistance and can accurately measure the surface temperature of equipment, ensuring the normal operation of medical equipment.

3.4. Construction field

Building structure monitoring
When monitoring the structural safety of buildings, such as monitoring temperature changes inside concrete structures such as bridges and dams, fiber optic grating temperature sensors are easily embedded in materials to measure the internal temperature with high resolution and wide range. It can be combined with building materials to monitor long-term and stable temperature changes inside the structure, providing data support for evaluating the structural performance of buildings.
Building fire warning
Distribuito sensori di temperatura a fibra ottica can play an important role in fire warning systems for buildings. Può essere schierato lungo i corridoi, stanze, e altre aree dell'edificio per ottenere il monitoraggio in tempo reale della distribuzione della temperatura in tutto l'edificio. Una volta rilevato un aumento anomalo della temperatura locale, un segnale di allarme incendio può essere emesso in modo tempestivo.

4. Confronto e valutazione delle marche di sensori di temperatura a fibra ottica

4.1 Tecnologia Fuzhou Yingnuo

Caratteristiche e vantaggi del prodotto
Il sensore di temperatura in fibra ottica del produttore adotta una tecnologia avanzata di misurazione della temperatura in fibra ottica fluorescente, che ha le caratteristiche di un ampio intervallo di misurazione della temperatura, alta precisione, e forte capacità anti-interferenza. Per esempio, i suoi prodotti possono misurare con precisione la temperatura in ambienti industriali complessi o in ambienti con forti interferenze elettromagnetiche, and can cover a wide temperature measurement range to meet the needs of different scenarios.
Service advantages
Provide personalized customization services, tailored according to the needs of customers, to meet the application requirements of different fields. This can well meet the sensor requirements for some special application scenarios, such as specific shapes or special functional requirements. Nell'industria petrolchimica, customized services have great advantages in measuring the temperature of reaction vessels with special shapes.

4.2. Huaguang Tianrui

In terms of product performance
Huaguang Tianrui’s fiber optic temperature sensor is renowned for its high precision, stabilità, e sensibilità. The accuracy of its products can meet the needs of some industries that require high temperature measurement accuracy, come la misurazione della temperatura ad alta precisione in campo medico o esperimenti di controllo preciso della temperatura nella ricerca scientifica. L'elevata stabilità consente ai sensori di mantenere prestazioni di misurazione stabili per lunghi periodi di utilizzo, riducendo il verificarsi di errori di misurazione.
Diversità e applicabilità del prodotto
Il suo sensore di temperatura in fibra ottica ha diversi modelli e specifiche tra cui scegliere, adatto a vari scenari applicativi come l'energia industriale, metallurgia, medico, ecc. Nel campo della potenza industriale, è possibile selezionare tipi idonei di sensori in base alle diverse apparecchiature e ai requisiti di misurazione; In campo medico, ce ne sono anche di piccoli, sensori ad alta precisione adatti per misurare la temperatura del corpo umano tra cui scegliere.
servizio post-vendita
Provide comprehensive after-sales service to ensure smooth and satisfactory user experience during use. This enables timely resolution of issues encountered by users during use, ensuring the normal use of sensors and improving the user experience.

4.3 Comparison with other brands

Compared to traditional temperature sensor brands
Compared with traditional temperature sensor brands such as thermocouples and thermistors, fiber optic temperature sensor brands have unique advantages. Traditional temperature sensors have shortcomings in terms of electromagnetic interference resistance and adaptability to harsh environments, while products from fiber optic temperature sensor brands perform well in these areas. Per esempio, in industrial environments with strong electromagnetic interference, traditional thermocouples may be affected by interference and affect measurement accuracy, while fiber optic temperature sensors can work normally.
Collaborate with internationally renowned temperature sensor brands (non fiber optic)
Some well-known non fiber optic temperature sensor brands internationally have certain advantages in their traditional measurement fields, but fiber optic temperature sensor brands have irreplaceable advantages in some special fields such as flammable and explosive environment measurement, long-distance distributed temperature measurement, ecc. Per esempio, in long-distance temperature distribution monitoring of oil pipelines, fiber optic temperature sensors can utilize their distributed measurement characteristics, while traditional point temperature sensors cannot achieve this function.

5. Latest selection guide for fiber optic temperature sensors

5.1 Chiarire i requisiti dell'applicazione

Determine the measurement environment
Innanzitutto, it is necessary to clarify the characteristics of the measurement environment, such as whether there is strong electromagnetic interference, whether it is a hazardous environment (infiammabile, esplosivo, corrosivo, ecc.), and whether the measurement space is narrow. Se si trova in un ambiente con forti interferenze elettromagnetiche, such as inside a substation, it is necessary to prioritize fiber optic temperature sensors with strong anti electromagnetic interference capabilities, such as fiber optic grating temperature sensors or fluorescent fiber optic temperature sensors; If measuring in a narrow space, such as temperature measurement inside aerospace equipment, it is necessary to choose small-sized sensors, such as fiber Bragg grating temperature sensors.

5.2 Clearly define the number of measurement points and layout

Determine whether single point measurement or distributed measurement is required. If the number of measurement points is small (meno di 50), such as measuring the temperature of a small motor, a single point sensor (such as a fluorescent fiber optic temperature sensor) may be sufficient; If measuring the temperature along a long power cable with a large number of points, a distributed fiber optic temperature sensor needs to be selected.

Sensore di temperatura a fibra ottica, Sistema di monitoraggio intelligente, Produttore di fibra ottica distribuito in Cina