光ファイバー温度センサ, 原理紹介. どの光ファイバー温度センサーが最適ですか-INNO

1、の種類 光ファイバー温度センサー
光ファイバー温度センサーには、さまざまな分類基準に基づいたさまざまなタイプがあります。.

コンポーネントの種類と伝送の種類
コンポーネントの種類光ファイバー温度センサー:
このタイプのセンサーは、高感度コンポーネントとして光ファイバーを使用します。. 例えば, 温度によって光の振幅が変化するセンサーを使用する, 原理は、光ファイバーのコア径と屈折率が温度によって変化することです。, 不均一な経路により、ファイバー内を伝播する光が外側に散乱する, 光の振幅が変化する; 光の偏光面の回転を利用したセンサーもあります. シングルモード光ファイバーの偏光面は温度変化とともに回転します, この回転は偏光子によって検出され、振幅変化が取得されます。; さらに, 光位相の変化を検出するセンサーを使用する, 長さ, 屈折率, シングルモード光ファイバのコア径は温度によって変化します, ファイバー内を伝播する光に位相変化を引き起こす. この位相変化は干渉計を介して取得され、振幅変化が測定されます。. コンポーネントタイプの光ファイバー温度センサーの干渉計のレイアウト要件は非常に厳しいです, 問題の 1 つは、光ファイバーを通過した後に光の偏光面が散乱することです。, 参照光と信号光の偏光が直交しているため、干渉縞が観察されない場合があります。. しかし, 基準光路が安定している場合, 摂氏の何分の１かで温度変化を測定できる.
透過型光ファイバー温度センサー:
伝送路として光ファイバーを使用した透過型光ファイバー温度センサー. 1 つは熱センサーを組み合わせた光ファイバー温度センサーです。, 導かれた, と光ファイバー; もう 1 つの方法は、温度を光の透過率と反射率に変換する高感度コンポーネントを光ファイバーの端面に取り付けて、光ファイバー温度センサーを形成することです。. 例えば, 光ファイバー端面に液晶パネルを設置した光ファイバー温度センサーで、液晶パネルに3種類の液晶を比例して混合することができます。. で 10-45 °C, 色は緑から深紅に変わります, それに応じて光の反射率も変化します. 透過型センサは光ファイバ内で多くの光束が得られる, そのため、マルチモード光ファイバーは一般的に約 0.1 °C.

動作原理に基づくその他の分類
放射線 (赤外線) タイプ光ファイバー温度センサー:
フォトカプラで構成, 伝送ファイバー, および光電変換器. 主に光ファイバーの結合・伝送特性を利用, 測定対象物の表面放射線エネルギー (測定対象物の表面温度に関係します) 光検出器に伝導され、電気出力に変換されます. フォトカプラはセンサーの感度を決定する主要なコンポーネントです, そしてその結合効率は光ファイバーの開口数に直接関係します。. センサーの感度を向上させるには, より大きな開口数を持つ光ファイバーを使用する必要があります, ただし、これはセンサーの距離係数の性能指標にも影響します, 総合的に検討する必要がある. 伝送用光ファイバーの主なパラメータは透過率です. 透過率を向上させるには, 素材が固まったら, 繊維径を太くする、繊維長を短くするなどの方法が採用可能. 光電変換素子にはシリコン太陽電池が使われるのが一般的です, PbS またはその他の検出器. 光ファイバーと検出器を直結する場合, 効率は超過する可能性があります 85%. 直結に加えて, モジュレーションディスクカップリングも使用可能.
半導体吸収型光ファイバー温度センサー:
切断した光ファイバーを細い鋼管の中に設置, 半導体温度感知薄膜を使用 (GaAsやInPなど) ファイバーの両端の間に挟まれている. この半導体感温薄膜の透過光強度は測定温度に応じて変化します。. 光ファイバーの一端に一定の光強度が入力された場合, 半導体温度感知薄膜の伝達能力は温度によって変化します, また、光ファイバーのもう一方の端にある受光素子が受け取る光の強度も測定温度によって変化します。. 受信素子の電圧出力を測定することで, センサー位置の温度を遠隔測定可能.
光ファイバー蛍光温度センサー:
光ファイバーの端を蛍光物質でコーティングし、蛍光エネルギーの減衰時間を測定することにより、, 蛍光体の固有残光時間温度相関を利用して測定点の温度値を求めることができます。. 適用温度範囲 -50-200 °C, 約±の精度で 1 °C. 現在は, 主に電気機器内部の温度測定に使用されます。. 小さいサイズが特徴です, 簡単な統合, 信頼できるパフォーマンス, 電磁干渉防止, 優れた断熱性能, 便利なインストール, 柔軟なネットワーキング.
ファイバーブラッググレーティング温度センサー:
グレーティング特有の温度感度を利用して温度変化を監視, 小さいサイズで, 速い応答速度, 高い安定性, 高精度, 多点監視のための簡単なネットワーク接続. モニタリングの設置は便利で、表面に設置したり、内部温度モニタリングをテストする構造物に埋め込んだりできます。. 発電所の長期温度監視に最適, 鉄道, とオイルタンク, 電気などの分野での温度測定も可能, 軍, 航宇, 等. 例えば, ADCD03-51-0001 高温耐性ファイバーブラッググレーティング温度センサーの外径は 5mm 以下です. 複数のセンサーが 1 本のファイバー上に直列に接続されており、間に融着点はありません。, からの範囲の温度を測定できます。 -40 ℃～ 300 °C. 各センサーの感知部分の長さはセンサーの長さを超えない, 直径, センサーの数, センシングポイント, ユーザーのニーズに応じて相互の距離を設定できます.
分散型光ファイバー温度センサー:
光ファイバーをセンシングおよび信号伝送媒体として使用することにより, ファイバー内の特定の散乱光の信号 (レイリー散乱など, ラマン散乱, とブリルアン散乱) ファイバー自体またはファイバーが置かれている環境のひずみや温度の変化を反映するために測定できます。. 1 本のファイバで数百または数千のセンシングポイントの同時測定が可能.
2、蛍光ファイバーの比較, ファイバーブラッググレーティング, および分散型ファイバー
原則的な側面
蛍光ファイバー:
蛍光ファイバーは、コアとクラッドにドープされた蛍光物質と特定の希少元素で構成されています。. 蛍光物質は特定の波長範囲内の光を吸収することができます, 自分自身を興奮させる, さまざまな方向に蛍光を発します. 放射方向におけるファイバコアクラッド界面の全反射条件を満たす蛍光はファイバ軸に沿って伝播します。. 温度測定は、蛍光エネルギーの減衰時間を測定し、蛍光物質の固有残光時間の温度相関を利用して測定点の温度値を求めることによって得られます。.
ファイバーブラッググレーティング:
ファイバーブラッググレーティング (FBGの) 光ファイバーの回折格子構造の温度に敏感な特性を利用します. 温度が変化するとき, 光ファイバーの屈折率と格子周期が変化します, その結果、回折格子によって反射または透過される光の波長が変化します。. この波長の変化を検出することで温度変化を判断します. 例えば, 温度が変化すると, ブラッグファイバーグレーティングのブラッグ波長はドリフトします. このドリフトを監視することで, 温度変化情報が得られる.
分散型光ファイバー:
光ファイバーの散乱効果に基づく, レイリー散乱など, ラマン散乱, とブリルアン散乱. ラマン散乱を例にとると、, 光が光ファイバー内を伝わるとき, ラマン散乱が発生する, ラマン散乱光の強度は温度に関係します. ファイバーに沿ったラマン散乱光の強度分布を測定することにより, ファイバーに沿ったさまざまな位置の温度情報を取得可能. 散乱機構が異なれば、温度測定時の特性や適用範囲も異なります。. ブリルアン散乱は温度とひずみの両方に影響を受けます, 温度を測定する際にはひずみを区別したり補正したりする必要がある; レイリー散乱強度は比較的弱い, ただし、ファイバー損失に関する情報が得られ、温度測定の基準としても使用できます。.
性能特性的には
蛍光ファイバー:
温度測定範囲と精度: 適用温度範囲 -50-200 °C, 約±の精度で 1 °C. この温度範囲は、多くの従来の産業用および電気機器の内部温度測定のニーズを満たすことができます。. 例えば, 開閉装置や変圧器内の一部の温度監視シナリオでは, その精度は、機器の通常の動作監視の要件にも適合します。.
耐干渉能力: 測定原理は蛍光特性に基づいており、電磁信号に依存しないため、強力な耐電磁妨害能力を備えています。. 変電所や大型モーターの近くなど、一部の強力な電磁環境, 電磁干渉の影響を受けず、測定結果に影響を与えることなく、安定して動作します。.
断熱性能: 光ファイバーは非金属材料であり、蛍光体と光ファイバーの組み合わせにより、, 優れた断熱性能を発揮します. 高電圧機器の温度監視に, 絶縁の問題を心配する必要はありません, 安全に温度測定が可能.
ボリュームと統合: サイズが小さい, 統合が簡単. 限られたスペースや狭いスペースの機器内への設置が容易になります。, 簡単にアクセスできない小さなミクロ環境での温度測定シナリオなど, マイクロパイプや細いスリットなど.
ファイバーブラッググレーティング:
温度測定範囲と精度: 例えば, ADCD03-51-0001 高温耐性ファイバーブラッググレーティング温度センサーは、以下の範囲の温度を測定できます。 -40 ℃～ 300 °C, 一部の高温または低温環境でも優れた適応性を備えています。. 高い精度を持ち、温度変化に敏感なシナリオのニーズを満たすことができます, 発電所における長期的な温度監視シナリオなど, 鉄道, とオイルタンク. 温度変化を正確に監視し、潜在的な安全リスクをタイムリーに検知することができます.
安定性と信頼性: 高い安定性を持ち、複雑な産業環境下でも長期間安定して動作できます. 例えば, 鉄道軌道の温度監視において, 列車の頻繁な振動や季節ごとの温度変化にも安定して正確な温度測定データを提供できます.
ネットワーキング機能: ネットワーク化された多地点監視を容易にします, 複数のセンサーを単一の光ファイバーケーブルに直列で接続でき、その間に融合ポイントを設ける必要がありません. これにより、広い領域や構造物の温度監視が容易になります。, 大きな建物構造内のさまざまな場所の温度監視など. ネットワーキングを通じて, 構造全体の温度分布を包括的に理解できる.
分散型光ファイバー:
測定範囲と分解能: 1本の光ファイバーで数百、数千のセンシングポイントの同時測定が可能, 広い測定範囲により、長い光ファイバー回線または広いエリアの温度を監視できます。. しかし, 個々の点を測定する場合、温度分解能はわずかに低くなる可能性があります。, ただし、一部のシナリオでは全体的な温度分布傾向を監視するのに非常に適しています。, 長距離の石油パイプラインに沿った温度分布の監視など, 局所的な温度異常箇所の有無を迅速に検知.
空間解像度: 光ファイバーに沿った分散測定を実現し、温度変化の特定の位置を特定できます。. 橋梁やトンネルなど一部の大規模インフラの温度監視に, 温度異常の位置を正確に特定することが可能, 構造上の安全上の危険をタイムリーに検出するのに役立ちます.
応用シナリオに関しては
蛍光ファイバー:
主に電気機器内部の温度測定に使用されます。, スイッチキャビネットなど, トランスフォーマー, 等. これらのシナリオでは, 機器の内部スペースが限られているため、, 強い電磁干渉が存在する, 絶縁性能も求められる. 小さいサイズ, 電磁干渉防止, 蛍光光ファイバーは優れた絶縁特性を備えているため、理想的な温度測定ツールになります。.
ファイバーブラッググレーティング:
発電所の長期温度監視に最適, 鉄道, とオイルタンク, 電気などの分野での温度測定も可能, 軍, 航宇, 等. 発電所内の発電機セットの主要部品の温度監視を行い、発電設備の安全な運転を確保します。; 線路上でも温度監視が可能, スイッチ, 温度変化によるレール変形等のトラブルを防止する部品等; オイルタンク監視において, 油温の異常な変化をタイムリーに検知し、安全事故を回避します。.
分散型光ファイバー:
橋やトンネルなどの大型構造物の温度監視に広く使用されています。, 石油やガスのパイプラインなどの長距離パイプラインも. 橋梁用, さまざまな季節や気象条件下での橋構造物の温度分布を監視できます, 橋梁のメンテナンスと安全性評価のためのデータサポートの提供; 長距離パイプライン用, パイプライン沿いの温度をリアルタイムで監視し、温度変化によるパイプラインの変形や漏れなどのトラブルを防止します。.
3、蛍光ファイバーのメリット
強力な干渉防止能力
蛍光ファイバー光センサーは、蛍光物質の残光時間の温度依存性に基づいて温度を測定します。, そしてその動作原理は電磁信号に依存しません。. 今日の複雑な電磁環境では, 変電所の近くなど, 高電圧開閉装置, および電力システム内の強い電磁場があるその他の場所, 電気原理に基づいた従来の温度センサーは電磁干渉を受ける可能性があります, 不正確な測定結果が生じる. 蛍光光ファイバーセンサーは安定して動作し、外部電磁界干渉の影響を受けずに正確に温度を測定します。. この特性により、電気機器内部などの強い電磁環境での温度測定に独特の利点がもたらされます。.
優れた断熱性能
蛍光ファイバー光センサーは主に光ファイバーと蛍光物質で構成されています。. 光ファイバー自体は非金属素材です, 蛍光体の添加によりセンサー全体の絶縁性能が向上します。. 変圧器などの高圧機器に, 高電圧開閉装置, 等。, 断熱性能は非常に重要です. 金属製温度センサーを使用する場合, 絶縁上の危険や短絡などの安全上の問題が発生する可能性があります. 蛍光ファイバー光センサーは、温度測定のためにこれらの高電圧デバイス内に直接取り付けることができます。, 絶縁の問題を心配することなく, 設備と人員の安全を確保する.
小型で統合が容易
蛍光ファイバー光センサーの構造は比較的シンプルで、サイズもコンパクトです。. 一部の限られたスペースのアプリケーションシナリオでは, マイクロパイプなど, 狭いスリット, および容易にアクセスできないその他の小規模およびマイクロ環境, 簡単に設置して温度測定に使用できます。. さらに, 統合が簡単で、スペースをあまりとらずに他のデバイスやシステムとうまく統合できます。. 厳しいスペース要件を必要とする一部のデバイス内の温度測定に優れた性能を発揮します。. 例えば, 一部の小型電子機器または精密機器内の温度監視シナリオで, 蛍光ファイバー光センサーは小型で簡単に統合できるため、非常に実用的です。.
信頼できるパフォーマンス
蛍光式光ファイバーセンサーは、適用温度範囲内で安定して動作します。 -50-200 °C, 約±の精度で 1 °C. 測定原理は蛍光物質の固有特性に基づいています, 蛍光体自体の性能が安定している限り, 信頼性の高い温度測定結果を提供できます. 電気機器が長時間稼働し、高温の監視が必要なシナリオ, 蛍光光ファイバーセンサーは正確な温度データを継続的かつ安定して提供できます。, これは、機器内部の温度異常をタイムリーに検出し、正常な動作を保証するのに役立ちます。.
簡単なインストールと柔軟なネットワーク
取り付けに関しては, 蛍光光ファイバーセンサー, 小さいサイズやその他の特徴により、, 各種機器内や温度測定が必要な場所に簡単に設置可能. ネットワーキングに関しては, 実際のニーズに応じて柔軟に温度測定ネットワークを構築できます. 例えば, 広い電気機器室で, 複数のデバイスまたはデバイス内の複数の場所で温度監視が必要な場合, 複数の蛍光光ファイバーセンサーを簡単にネットワーク接続して、エリア全体の温度監視を実現できます。, 温度分布状況をタイムリーに把握, 設備の保守管理を容易にします.
4、どのタイプの光ファイバー温度センサーが最適ですか
光ファイバー温度センサーの各タイプには、さまざまなアプリケーションシナリオにおいて独自の利点と強みがあります。, 複数の要素を考慮する場合, 蛍光光ファイバーセンサーは多くの面で独自の利点を示し、特定のシナリオでは優れた光ファイバー温度センサーと見なされます。.

5、なぜ蛍光繊維が最適なのか
独自の耐干渉性能と絶縁性能
現代の産業環境では, 電磁干渉は至る所に存在します, 特に変電所や配電室などの電気機器が密集している場所では. 蛍光光ファイバーセンサーは、特別な測定原理に基づいて電磁干渉に対する自然な耐性を備えています。. これは、蛍光エネルギーの減衰時間を測定することによって温度を決定するためです。, 電磁信号とは無関係です. 他のタイプの光ファイバー温度センサーとの比較, ある程度の抗干渉能力もありますが, 強い電磁環境では依然としてある程度の影響を受ける可能性があります. 例えば, ファイバーブラッググレーティングセンサー, それ自体は優れた安定性を持っていますが、, 非常に強い電磁干渉に直面すると、信号の送信と処理に何らかの干渉が発生する可能性があります。. 一部の複雑な電磁干渉環境では, 散乱原理に基づく信号検出分散型光ファイバーセンサーも変動する可能性があります.
蛍光ファイバー光センサーの絶縁性能も大きな利点です. 高電圧環境では, 内部変圧器や高圧開閉装置など, 優れた絶縁性能は、センサーの安全な動作と正確な測定を確保するための鍵です. 蛍光光ファイバセンサは非金属材料と構造特性により絶縁性能に優れています。. 他の光ファイバー温度センサーは、断熱性能において蛍光ファイバー光センサーに匹敵しない可能性があります。. 例えば, 金属コンポーネントまたは比較的複雑な構造を備えた一部の光ファイバー温度センサーは、高電圧環境では追加の絶縁対策が必要な場合があります。, コストと設置の複雑さの増加.
特殊な測定環境に適応
蛍光ファイバー光センサーは小型で簡単に統合できるため、一部の特殊な測定環境に適応できます。. 従来の温度センサーは、マイクロチャネルや狭いスリットなどの狭いスペースには設置できない場合があります, またはその設置が機器の通常の動作に影響を与える可能性があります. 蛍光光ファイバーセンサーはこれらの場所に簡単に設置でき、温度を正確に測定できます。. 厳密な空間レイアウト要件がある一部の電気機器では, 小型リレーなど, 精密電子機器, 等。, 蛍光ファイバー光センサーは、装置の構造や性能に影響を与えることなく、温度監視に使用できます。. それに対して, ファイバーブラッググレーティングセンサーも小型という特徴を持っていますが、, 蛍光光ファイバーセンサーは、一部の超狭いスペースや特殊な形状の測定環境において高い柔軟性を備えています。. 分散型光ファイバーセンサーは、通常、光ファイバーケーブル全体の測定に基づいているため、このような極めて狭いスペースの測定シナリオでは利点がありません。.
信頼性と費用対効果
蛍光光ファイバーセンサーの精度は約± 1 適用可能な温度範囲内の °C 50-200 °C, 安定した信頼性の高い温度測定を提供します. 測定原理は蛍光物質の固有特性に基づいています, 蛍光体の性能が安定している限り, 長期間安定して動作できます. 電気機器内の温度監視シナリオにおいて, その信頼性は、機器の長期稼働のための監視要件を満たすことができます。. さらに, 費用対効果の観点から, 蛍光光ファイバーセンサーは、電気機器内部の温度測定などの特定のシナリオを満たす場合、他の光ファイバー温度センサーと比べて費用対効果が優れている可能性があります。. 例えば, 超広範な温度測定範囲や超長距離の分散測定を必要としない一部のシナリオでは, 蛍光ファイバー光センサーのコストは低くなる可能性があります, 設置とメンテナンスが簡単になる可能性があります, 一方、光ファイバーグレーティングセンサーは、一部の高精度ではコストが高くなる可能性があります。, 広い温度範囲の測定シナリオ. また、分散型光ファイバーセンサーは、長距離の分散測定が必要な場合、機器と設置のコストが比較的高くなります。.