Sensori di temperatura a fibra ottica INNO ,sistemi di monitoraggio della temperatura.
1. Principio di Monitoraggio della temperatura in fibra ottica
Il sensore di temperatura in fibra ottica è un sensore avanzato che misura le variazioni di temperatura utilizzando effetti ottici. Utilizza le proprietà uniche delle fibre ottiche, come la loro sensibilità termica e l'effetto reticolo di Bragg. Il principio di base è utilizzare le proprietà ottiche delle fibre ottiche per riflettere i cambiamenti nella temperatura ambientale misurando i parametri del segnale ottico (come l'intensità della luce, fase, and so on.) nella fibra. Di seguito sono riportati diversi metodi comuni di monitoraggio della temperatura in fibra ottica basati su principi diversi:
1.1: Basato sul principio della variazione dell'ampiezza della luce:
Sensori di temperatura in fibra ottica di tipo componente, il diametro del nucleo e l'indice di rifrazione della fibra cambiano con la temperatura, causando la dispersione della luce che si propaga nella fibra verso l'esterno a causa di percorsi irregolari, con conseguenti cambiamenti nell’ampiezza della luce. Per esempio, in alcune strutture di fibre speciali, i cambiamenti di temperatura possono causare cambiamenti nella distribuzione del materiale o nelle caratteristiche strutturali all'interno della fibra, con conseguenti cambiamenti nella diffusione della luce durante la propagazione, e causando così cambiamenti nell'ampiezza della luce. Rilevando questi cambiamenti di ampiezza, è possibile ottenere informazioni sulla temperatura.
Basato sul principio di interferenza: Nello strumento, la luce proveniente dalla fibra del segnale viene miscelata con un raggio di riferimento stabile. A causa dell'influenza dei parametri misurati (come la temperatura) sulla fibra del segnale, la fase del segnale ottico che si propaga cambia, con conseguente interferenza tra i due fasci luminosi. In linea di principio, un rilevatore di fase adatto può rilevare piccoli cambiamenti, mentre un contatore di strisce può rilevare grandi cambiamenti. Questo utilizza le caratteristiche di interferenza della luce, convertendo l'influenza della temperatura sulla fase dei segnali ottici nelle fibre ottiche in fenomeni di interferenza rilevabili, ottenendo così il monitoraggio della temperatura.
1.2: Basato sul principio dell'effetto di scattering Raman:
Il principio base di sistema di rilevamento della temperatura distribuito in fibra ottica (DTS) si basa sulla riflettometria ottica nel dominio del tempo (OTDR) principio della fibra ottica e effetto di diffusione Raman della fibra ottica. Gli impulsi laser interagiscono con le molecole della fibra, risultando in vari fenomeni di diffusione come lo scattering di Rayleigh, Scattering di Brillouin, e scattering Raman. Selezionare lo scattering Raman più sensibile alle variazioni di temperatura quando si seleziona il segnale di riferimento del sistema. Il meccanismo di misurazione della temperatura in fibra ottica si basa sull'effetto di diffusione Raman all'indietro, che ottiene informazioni sulla temperatura analizzando il segnale luminoso di diffusione Raman. Perché l'intensità della luce diffusa Raman ha una relazione specifica con la temperatura, i cambiamenti di temperatura possono causare cambiamenti nell'intensità della diffusione Raman. Misurando i cambiamenti nell'intensità dello scattering Raman, è possibile determinare il valore della temperatura.
1.3: Basato sul principio del reticolo di Bragg in fibra di Bragg:
In quasi Fibra ottica distribuita tecnologia di misurazione della temperatura, una soluzione rappresentativa è un sistema di misurazione della temperatura con più reticoli di Bragg in fibra collegati in serie. Diversi reticoli in fibra di Bragg con diverse lunghezze d'onda centrali sono formati mediante esposizione e attacco lungo la direzione longitudinale della fibra ottica attraverso la radiazione ultravioletta. Ogni reticolo in fibra di Bragg è una riflessione totale di potenza per una specifica lunghezza d'onda della luce. Quando cambia la temperatura ambiente del reticolo in fibra di Bragg, cambierà anche la lunghezza d'onda del segnale riflesso dal reticolo. Iniettare un raggio di luce ad ampio spettro contenente più lunghezze d'onda in una fibra ottica, e il fascio passa attraverso una serie di reticoli in fibra di Bragg. Ciascun reticolo riflette un segnale luminoso monocromatico corrispondente alla sua lunghezza d'onda, e i cambiamenti di temperatura vengono riflessi rilevando i cambiamenti nella lunghezza d'onda della luce riflessa.
1.4: Basato sul principio della radiazione di fluorescenza:
Nella tecnologia di rilevamento della temperatura in fibra di radiazione a fluorescenza, una sostanza fluorescente è rivestita all'estremità della fibra, e il valore della temperatura del punto misurato può essere ottenuto misurando il tempo di decadimento dell'energia di fluorescenza e utilizzando la correlazione della temperatura del tempo di incandescenza intrinseco della sostanza fluorescente. Il tempo di incandescenza delle sostanze fluorescenti cambia con la temperatura, e questa caratteristica viene utilizzata per la misurazione della temperatura. L'intervallo di temperatura applicabile è -50~200 ℃, con una precisione di circa ± 1 °C, ed è comunemente utilizzato per la misurazione della temperatura all'interno delle apparecchiature elettriche.
1.5: Principio delle caratteristiche di assorbimento/trasmissione della luce basato su cristalli di arseniuro di gallio:
La tecnologia di misurazione della temperatura della fibra di arseniuro di gallio incorpora il materiale cristallino di arseniuro di gallio nell'estremità più lontana della fibra come sonda di temperatura, e inietta la luce incidente nel dispositivo dell'estremità vicina della fibra. Quando la sorgente luminosa del sensore emette luce incidente a più lunghezze d'onda e si irradia sul cristallo di arseniuro di gallio, il materiale cristallino di arseniuro di gallio assorbirà diverse lunghezze d'onda della luce incidente a diverse temperature, e le lunghezze d'onda della luce non assorbite verranno riflesse verso il dispositivo. Analizzando lo spettro della luce riflessa, è possibile ottenere i parametri di temperatura sulla sonda. Il vantaggio di questo sensore è che ottiene la temperatura della sonda attraverso la misurazione spettrale assoluta anziché la misurazione della variazione di temperatura, quindi non comporta la calibrazione in loco. La sonda ha una buona universalità, e la distanza di rilevamento può superare i 500 m. La durata della sorgente luminosa e la stabilità a lungo termine del rilevamento online possono superare 30 anni. Tuttavia, il costo della fibra di arseniuro di gallio è relativamente elevato.
2. Metodo di monitoraggio della temperatura in fibra ottica
Secondo diversi scenari applicativi, La tecnologia di misurazione della temperatura in fibra ottica può essere suddivisa nelle seguenti categorie:
2.1: Misurazione della temperatura puntuale:
Tecnologia di rilevamento della temperatura in fibra di radiazione a fluorescenza: una sostanza fluorescente è rivestita all'estremità della fibra, e il valore della temperatura del punto misurato si ottiene misurando il tempo di decadimento dell'energia di fluorescenza e utilizzando la correlazione con la temperatura del tempo di incandescenza intrinseco della sostanza fluorescente. Adatto per un intervallo di temperatura compreso tra -50 e 200 ℃, con una precisione di circa ± 1 °C, attualmente utilizzato principalmente per la misurazione della temperatura all'interno di apparecchiature elettriche. Ha le caratteristiche di piccola dimensione, facile integrazione, prestazioni affidabili, Anti Interferenze Elettromagnetiche, buone prestazioni di isolamento, installazione conveniente, e rete flessibile.
2.2 Tecnologia di misurazione della temperatura in fibra ottica all'arseniuro di gallio:
Incorporamento del materiale cristallino di arseniuro di gallio all'estremità della fibra ottica come sonda di temperatura, iniettando luce incidente nel dispositivo dell'estremità vicina della fibra. Quando la sorgente luminosa del sensore emette luce incidente a più lunghezze d'onda e si irradia sul cristallo di arseniuro di gallio, il materiale cristallino di arseniuro di gallio assorbe diverse lunghezze d'onda della luce incidente a diverse temperature, e le lunghezze d'onda della luce non assorbite vengono riflesse verso il dispositivo. I parametri di temperatura sulla sonda si ottengono analizzando lo spettro della luce riflessa. I suoi vantaggi consistono nel fatto che la temperatura della sonda viene ottenuta mediante misurazione spettrale assoluta, senza calibrazione in loco, la sonda ha una buona universalità, la distanza di rilevamento può superare i 500 m, la durata della sorgente luminosa e la stabilità a lungo termine del rilevamento online superano 30 anni, ma il costo è relativamente alto.
2.3 Misura quasi distribuita:
Sistema di misurazione della temperatura serie reticolo in fibra di Bragg: Attraverso la radiazione ultravioletta lungo la direzione longitudinale della fibra, diversi reticoli in fibra di Bragg con diverse lunghezze d'onda centrali vengono formati mediante esposizione e attacco. Ogni reticolo in fibra di Bragg è una riflessione totale di potenza per una specifica lunghezza d'onda della luce. Più reticoli in fibra di Bragg sono collegati sequenzialmente in serie nella direzione della propagazione delle fibre per formare un sistema di misurazione della temperatura a distribuzione quasi spaziale spazialmente discreto. Iniezione di luce a banda larga in una fibra ottica, quando il fascio passa attraverso un reticolo di Bragg in fibra, ciascun reticolo riflette un segnale luminoso monocromatico corrispondente alla sua lunghezza d'onda. Quando cambia la temperatura ambiente del reticolo in fibra di Bragg, la lunghezza d'onda del segnale riflesso del reticolo cambierà. La sua sonda ha un piccolo volume, il percorso ottico può essere opportunamente curvato, è resistente alle radiazioni elettromagnetiche, e facile da telemetria. Tuttavia, la resistenza meccanica del reticolo in fibra di Bragg è bassa, ed è facilmente danneggiato in condizioni di lavoro complesse, che richiede l'affidabilità del sensore. Inoltre, la sensibilità della demodulazione della lunghezza d'onda è un problema, e la deriva della lunghezza d'onda della luce riflessa causata da un aumento di temperatura di decine di gradi non supera 1 nm.
2.4 Misura completamente distribuita:
Sistema di misurazione della temperatura in fibra distribuita (DTS) Basato sull'effetto di diffusione Raman: Utilizzo del riflettore ottico nel dominio del tempo (OTDR) principio delle fibre ottiche ed effetto scattering Raman. Gli impulsi laser interagiscono con le molecole della fibra per generare vari fenomeni di diffusione come la diffusione Raman, e la temperatura viene misurata in base all'effetto di diffusione Raman. Questo sistema può essere implementato distribuendo un dispositivo di monitoraggio e una fibra di rilevamento, e il costo di monitoraggio per unità di lunghezza della fibra diminuisce con l'aumento della distanza di rilevamento. Attualmente è una soluzione ingegneristica di misurazione della temperatura molto promettente. Può ottenere la misurazione della temperatura in un singolo punto, multipunto, e aree continue, e può servire simultaneamente come mezzo per la misurazione e la trasmissione della temperatura. Ha capacità anti-interferenza elettromagnetica, resistenza alla corrosione, buone prestazioni di isolamento, metodi di installazione flessibili, può essere collegato alla protezione antincendio, sistemi di allarme, and so on. Può anche trasmettere dati in remoto, visualizzare e controllare da remoto, e presenta vantaggi come l'analisi dei dati e la risoluzione dei problemi dei punti guasti.
3. Caso applicativo del monitoraggio della temperatura in fibra ottica
3.1 Applicazione nella costruzione di energia di comunicazione:
Problema risolto: La sala comunicazioni ha attrezzature fitte e requisiti di sicurezza elevati. Una volta che si verifica un incendio, causerà la paralisi dell’intera rete di comunicazione, che richiedono il monitoraggio in tempo reale della temperatura ambiente. E con il rapido sviluppo della tecnologia 5G, le sale di comunicazione vengono rapidamente costruite e ampliate, con conseguente aumento improvviso del numero e della potenza delle apparecchiature presenti nelle sale. I tradizionali metodi elettronici di misurazione della temperatura presentano svantaggi come punti di misurazione della temperatura limitati, installazione complessa di cavi di trasmissione, e non sono favorevoli alla manutenzione e alla gestione.
Piano di attuazione specifico: Installa un file distribuito sistema di monitoraggio della temperatura in fibra ottica (come la serie FGT) sulle apparecchiature e sulle linee nella sala computer per ottenere il monitoraggio della temperatura in tempo reale, analisi delle tendenze, rilevamento remoto accurato degli incidenti, preavviso, allarme e altre funzioni. La parte centrale del sistema è costituita principalmente da un client locale, host di misurazione della temperatura in fibra ottica, cavo ottico per il rilevamento della temperatura, e software di misurazione della temperatura. Per esempio, le fibre ottiche con rilevamento della temperatura entrano in ogni armadio dal basso e misurano la temperatura all'interno dell'armadio girando intorno alla parte anteriore e posteriore dell'armadio; La fibra ottica per la misurazione della temperatura viene posata a forma di S lungo la passerella portacavi sulla superficie della passerella portacavi per il monitoraggio della temperatura della passerella portacavi; La fibra ottica per la misurazione della temperatura viene posata lungo il percorso del cavo del tunnel sotterraneo sulla superficie del cavo per il monitoraggio della temperatura del cavo del tunnel; Caricamento sul client locale e sul client del centro di monitoraggio tramite protocollo TCP/IP, e il cliente può visualizzare informazioni sulla temperatura in tempo reale di ciascun armadio tramite il software di monitoraggio. In base alla temperatura ottenuta in tempo reale, disegnare una mappa delle nuvole di temperatura della sala computer; Quando si verifica un allarme anomalo di temperatura elevata in una determinata posizione della sala computer, l'host di misurazione della temperatura trasmette le informazioni di allarme al sistema di allarme attraverso il protocollo seriale RS485 per il corrispondente trattamento antincendio.
Valore dell'applicazione: Oltre agli allarmi regionali, il posizionamento di allarme precoce può anche individuare e impostare la temperatura dei punti di allarme; La visualizzazione della temperatura in tempo reale può determinare con precisione la tendenza allo sviluppo degli incidenti antincendio e fornire una base dati per la lotta antincendio; Presenta i vantaggi di sicurezza e affidabilità (alta sensibilità, nessuna interferenza elettromagnetica, monitoraggio passivo in tempo reale, buon isolamento elettrico, a prova di esplosione, combinato con allarmi di temperatura fissi e differenziali, nessun falso allarme), facile installazione (anti tensione in fibra ottica, anti impatto, diametro esterno ridotto, buona flessibilità, piccolo volume, peso leggero, può essere avvolto e installato sulla superficie dell'area di prova in forma diritta o serpente), uso efficiente (monitoraggio a lunga distanza, il rilevamento e la trasmissione del segnale possono essere completati da un cavo ottico, tutto pronto al terminale, l'intero sistema è semplice e affidabile, e il carico di lavoro di funzionamento e manutenzione è minimo), e durata ultra lunga (il sistema di circuito a temperatura costante integrato e l'interruttore elettro-ottico avanzato del microcomputer migliorano notevolmente la durata dell'apparecchiatura, con una durata di servizio superiore a 15 anni).
3.2 Applicazioni nel campo dei trasporti:
Nelle gallerie stradali, i sensori in fibra ottica possono essere utilizzati per monitorare parametri quali temperatura e umidità all'interno del tunnel, rilevare tempestivamente situazioni pericolose come incendi e alluvioni, e attivare sistemi di allarme per garantire la sicurezza dei veicoli e dei passeggeri. I sensori in fibra ottica hanno anche un importante valore applicativo nella costruzione di sistemi di trasporto intelligenti e nel monitoraggio della sicurezza dei veicoli, come il monitoraggio della temperatura delle parti chiave dei veicoli per garantire la sicurezza e l'affidabilità del funzionamento del veicolo.
3.3 Applicazione nelle centrali elettriche:
Rispetto al tradizionale cavo di rilevamento della temperatura, il sistema di monitoraggio della temperatura in fibra ottica è progressività. Nelle centrali elettriche, I sensori di temperatura in fibra ottica possono monitorare la temperatura delle apparecchiature in tempo reale durante il funzionamento, come il monitoraggio della temperatura di apparecchiature di grandi dimensioni come generatori e trasformatori. Sono in grado di rilevare tempestivamente situazioni anomale come il surriscaldamento, evitando così guasti alle apparecchiature e garantendo il normale funzionamento delle centrali elettriche.
4. Attrezzatura consigliata per il monitoraggio della temperatura in fibra ottica
IF-C di FJINNO sistema di misurazione della temperatura a fibra ottica a fluorescenza:
Capacità anti-interferenza della fluorescenza e metodo di misurazione: Ha la caratteristica di resistere alle interferenze elettromagnetiche, e la fibra ottica come mezzo di trasmissione del segnale non è influenzata dalle interferenze elettromagnetiche, garantire un monitoraggio accurato della temperatura in prossimità di apparecchiature elettriche ad alta tensione. Supporta la misurazione multipunto, È possibile impostare più interfacce di misurazione su un trasmettitore di temperatura a fibra ottica fluorescente per ottenere un monitoraggio della temperatura multipunto.
5. Come scegliere una soluzione adeguata per il monitoraggio della temperatura in fibra ottica
5.1: Considerare i requisiti dello scenario di misurazione:
Requisiti dell'intervallo di temperatura: Diverse tecnologie di monitoraggio della temperatura in fibra ottica sono applicabili a diversi intervalli di temperatura. Per esempio, la tecnologia di rilevamento della temperatura a fibra ottica con radiazione fluorescente è adatta per un intervallo di temperatura compreso tra -50 ~ 200 ℃. Se la temperatura ambiente da misurare è bassa o alta, è necessario uno schema personalizzato di monitoraggio della temperatura in fibra ottica in grado di coprire questo intervallo di temperature.
5.2: Punti e aree di misurazione:
Se si tratta di una misurazione della temperatura a punto singolo, come la misurazione della temperatura in una parte fondamentale all'interno di un'apparecchiatura elettrica, metodi di misurazione della temperatura basati su punti come la tecnologia di rilevamento della temperatura in fibra di radiazione di fluorescenza o la tecnologia di misurazione della temperatura in fibra di arseniuro di gallio sono più adatti; Se è necessario il monitoraggio della temperatura per aree continue o più punti, come gli armadietti, passerelle portacavi, e cavi di tunnel sotterranei negli edifici elettrici di comunicazione, sistemi distribuiti di monitoraggio della temperatura in fibra ottica (DTS) sono più adatti per il monitoraggio della temperatura in più aree.
5.3: Considerare le caratteristiche prestazionali del sensore:
Precisione e stabilità: In alcuni scenari che richiedono precisione di misurazione ad alta temperatura, come il monitoraggio della temperatura in tempo reale durante le procedure chirurgiche in campo medico, È necessario selezionare sensori di temperatura a fibra ottica ad alta precisione.
5.4: Velocità di risposta del sensore:
In alcuni scenari in cui sono richiesti rapidi cambiamenti di temperatura, come i sistemi di allarme antincendio, i sensori devono avere una velocità di risposta rapida per rilevare tempestivamente aumenti anomali della temperatura ed emettere allarmi. La velocità di risposta dei diversi sensori di temperatura in fibra ottica varia e deve essere selezionata in base agli scenari applicativi specifici.
5.5: Considera i fattori di costo:
Costo dell'attrezzatura: Il processo di produzione dei sensori di temperatura in fibra ottica ad alte prestazioni è complesso e costoso, che ne limita l’applicazione su larga scala. Per esempio, I sensori in fibra ottica all'arseniuro di gallio presentano molti vantaggi, ma il loro costo è relativamente alto. In caso di budget limitato, è necessario considerare in modo globale i costi delle apparecchiature e scegliere una soluzione economicamente vantaggiosa per il monitoraggio della temperatura in fibra fluorescente.
5.6: Costi di installazione e manutenzione:
La complessità dell'installazione di diverse soluzioni di monitoraggio della temperatura in fibra ottica varia, e anche i costi di installazione possono variare. Per esempio, nel sistema di monitoraggio della temperatura distribuito in fibra ottica nel palazzo del potere comunicativo, il metodo di posa dei cavi in fibra ottica, l'installazione e la messa in servizio delle apparecchiature incideranno sui costi di installazione. Allo stesso tempo, bisogna considerare anche i costi di manutenzione, come la durata dell'apparecchiatura, se è soggetto a malfunzionamenti, e la difficoltà di riparazione dopo un malfunzionamento. Alcuni dispositivi con funzioni di autodiagnosi e manutenzione remota potrebbero avere costi di attrezzatura più elevati, ma in termini di costi di manutenzione a lungo termine, potrebbero essere più convenienti.
Sensore di temperatura in fibra ottica, Sistema di monitoraggio intelligente, Produttore distribuito di fibre ottiche in Cina
 |
 |
 |