光ファイバーを使用して温度を監視する方法? 光ファイバー温度測定システム, アプリケーション, 完全ガイド, 2025

1. の原理 光ファイバーによる温度監視

光ファイバー温度センサーは、光学効果を利用して温度変化を測定する高度なセンサーです。. 光ファイバーの特性を活かしたものです, 熱感度やブラッググレーティング効果など. 基本原理は、光ファイバーの光学特性を利用して、光信号パラメータを測定することで環境温度の変化を反映することです。 (光の強さなど, 位相, 等。) 繊維の中で. 以下に、さまざまな原理に基づいた一般的な光ファイバー温度監視方法をいくつか示します。:

1.1: 光振幅変化の原理に基づく:

 

インコンポーネント型光ファイバー温度センサー, ファイバーのコア直径と屈折率は温度によって変化します, 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. 例えば, いくつかの特殊な繊維構造で, 温度の変化により、繊維内の材料分布や構造特性が変化する可能性があります。, 伝播中に光の散乱が変化する, したがって、光の振幅に変化が生じます. この振幅変化を検出することで, 温度情報が得られる.
干渉原理に基づいて: 楽器の中で, 信号ファイバーからの光は安定した参照光と混合されます。. 測定パラメータの影響により (温度など) 信号ファイバー上で, 伝播する光信号の位相が変化する, 2つの光ビーム間に干渉が生じる. 原則として, 適切な位相検出器は小さな変化を検出できます, ストライプカウンターは大きな変化を検出できますが、. 光の干渉特性を利用したものです, 光ファイバー内の光信号の位相に対する温度の影響を検出可能な干渉現象に変換する, それにより温度監視を実現します.

1.2: ラマン散乱効果の原理に基づく:

基本原理 分散型光ファイバー温度センシングシステム (DTSの) 光学的時間領域反射率測定法に基づいています (OTDRの) 光ファイバーの原理と光ファイバーのラマン散乱効果. レーザーパルスはファイバー分子と相互作用します, レイリー散乱などのさまざまな散乱現象を引き起こす, ブリルアン散乱, とラマン散乱. システム基準信号を選択するときに、温度変化に最も敏感なラマン散乱を選択します。. 光ファイバー温度測定のメカニズムは後方ラマン散乱効果に基づいています, ラマン散乱光信号を解析することで温度情報を取得します. ラマン散乱光の強度は温度と特定の関係があるため, 温度変化はラマン散乱強度の変化を引き起こす可能性があります. ラマン散乱強度の変化を測定することで, 温度値を決定することができます.

1.3: ブラッグファイバーブラッググレーティングの原理に基づく:

ほとんど 分散型光ファイバー 温度測定技術, 代表的なソリューションは、複数のファイバー ブラッグ グレーティングを直列に接続した温度測定システムです。. 中心波長の異なる複数のブラッグファイバグレーティングを、紫外線照射による光ファイバの長手方向に沿った露光とエッチングにより形成します。. 各ブラッグ ファイバ グレーティングは、特定の波長の光に対して全反射パワーを発揮します。. ファイバーブラッググレーティングの周囲温度が変化した場合, 回折格子からの反射信号の波長も変化します. 複数の波長を含む広域スペクトル光のビームを光ファイバーに注入します。, そしてビームは一連のファイバーブラッググレーティングを通過します. 各格子はその波長に対応する単色の光信号を反射します。, 反射光の波長変化を検出することで温度変化を反映.

1.4: 蛍光放射の原理に基づいて:

蛍光放射ファイバー温度センシング技術における, ファイバーの先端に蛍光体がコーティングされている, 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することで、測定点の温度値を求めることができます。. 蛍光体の残光時間は温度によって変化します, この特性は温度測定に使用されます. 適用温度範囲は-50～200℃です。, ±程度の精度で 1 °C°C, 電気機器内部の温度測定によく使用されます。.

1.5: ガリウムヒ素結晶による光吸収・透過特性の原理:

ガリウムヒ素ファイバー温度測定技術は、ガリウムヒ素結晶材料を温度プローブとしてファイバーの遠端に埋め込みます。, 入射光をファイバーの近端デバイスに注入します。. センサー光源が多波長の入射光を発し、ガリウムヒ素結晶に照射される場合, ガリウムヒ素結晶材料は、異なる温度で異なる波長の入射光を吸収します。, 吸収されなかった光の波長は反射されてデバイスに戻ります。. 反射光のスペクトルを解析することで, プローブの温度パラメータを取得できます. このセンサーの利点は、温度変化測定ではなく絶対スペクトル測定を通じてプローブ温度を取得できることです。, そのため、現場での校正は必要ありません. プローブは汎用性が高い, 感知距離は500mを超える場合があります. オンライン検出の光源寿命と長期安定性は、 30 月日. しかし, ガリウムヒ素ファイバーのコストは比較的高い.

2. 光ファイバーによる温度監視の方法

さまざまなアプリケーションシナリオに応じて, 光ファイバー温度測定技術は次のカテゴリに分類できます。:

2.1: 点温度測定:

蛍光放射ファイバー温度センシング技術: ファイバーの先端に蛍光体がコーティングされている, 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取得します。. -50～200℃の温度範囲に対応, ±程度の精度で 1 °C°C, 現在は主に電気機器内部の温度測定に使用されています. 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.

2.2 ガリウムヒ素光ファイバー温度測定技術:

ガリウムヒ素結晶材料を温度プローブとして光ファイバーの遠端に埋め込む, 入射光をファイバーの近端デバイスに注入する. センサー光源が多波長の入射光を発し、ガリウムヒ素結晶に照射される場合, ガリウムヒ素結晶材料は、異なる温度で異なる波長の入射光を吸収します。, 吸収されなかった光の波長は反射されてデバイスに戻ります。. プローブの温度パラメータは、反射光のスペクトルを分析することによって取得されます。. その利点は、絶対スペクトル測定を通じてプローブ温度が得られることです。, 現場での校正なし, プローブは優れた汎用性を持っています, 感知距離は500mを超える場合があります, 光源寿命とオンライン検出の長期安定性が超過 30 月日, しかし、コストが比較的高い.

2.3 準分散測定:

ファイバーブラッググレーティングシリーズ温度測定システム: 繊維の長手方向に沿った紫外線照射により, 異なる中心波長を持つ複数のブラッグファイバグレーティングが露光とエッチングによって形成されます. 各ブラッグ ファイバ グレーティングは、特定の波長の光に対して全反射パワーを発揮します。. 複数のブラッグファイバーグレーティングがファイバー伝播方向に連続して直列に接続され、空間的に離散した準空間分布温度測定システムを形成します。. 広帯域光を光ファイバーに注入する, ビームがファイバーブラッググレーティングを通過するとき, 各格子はその波長に対応する単色の光信号を反射します。. ファイバーブラッググレーティングの周囲温度が変化した場合, グレーティングの反射信号の波長が変化します. プローブの体積が小さい, 光路を適切に曲げることができる, 電磁放射に対して耐性があります, 遠隔測定も簡単. しかし, ファイバーブラッググレーティングの機械的強度が低い, 複雑な作業条件下では簡単に損傷します, センサーの信頼性が求められる. さらに, 波長復調の感度が問題, 数十度の温度上昇による反射光の波長ドリフトは1nmを超えません.

2.4 完全分散測定:

分散型ファイバー温度測定システム (DTSの) ラマン散乱効果に基づく: 光タイムドメインリフレクターの利用 (OTDRの) 光ファイバーの原理とラマン散乱効果. レーザーパルスはファイバー分子と相互作用して、ラマン散乱などのさまざまな散乱現象を生成します。, 温度はラマン散乱効果に基づいて測定されます. このシステムは、監視デバイスとセンシングファイバーを導入することで実装できます。, 単位ファイバ長あたりの監視コストは、検出距離の増加とともに減少します。. 現在、非常に有望な工学温度測定ソリューションです。. 一点での温度測定が可能, マルチポイント, と連続領域, 温度測定と伝達を同時に行う媒体として機能します。. 抗電磁妨害能力を持っています, 耐食性, 優れた断熱性能, 柔軟な設置方法, 防火と連動できる, 警報システム, 等. 遠隔地からのデータ送信も可能, リモートで表示および制御する, データ分析や故障箇所のトラブルシューティングなどのメリットがあります.

3. 光ファイバー温度監視の応用例

 

3.1 コミュニケーションパワービルディングへの応用:

問題は解決しました: 通信室には高密度の機器と高いセキュリティ要件が備わっています. 一度火災が発生すると, 通信ネットワーク全体が麻痺してしまいます, 室温のリアルタイム監視が必要. そして、5G技術の急速な発展により、, コミュニケーション ルームは急速に建設および拡張されています, その結果、部屋内の機器の数と電力が急激に増加する. 従来の電子温度測定方法には、温度測定ポイントが限られているなどの欠点がありました。, 複雑な伝送ケーブルの設置, 維持管理に役立たない.
具体的な実施計画: 配布されたものをインストールする 光ファイバー温度監視システム (FGTシリーズなど) コンピュータルームの機器やライン上でリアルタイムの温度監視を実現します。, 傾向分析, 遠隔から事故を正確に検知, 早期警告, アラームやその他の機能. システムのコア部分は主にローカルクライアントで構成されます, 光ファイバー温度測定ホスト, 温度感知光ケーブル, および温度測定ソフトウェア. 例えば, 温度感知光ファイバーが各キャビネットの下から入り、キャビネットの前後を周回してキャビネット内の温度を測定します。; ケーブルトレイの表面に温度測定用光ファイバをケーブルトレイに沿ってS字状に敷設し、ケーブルトレイの温度を監視します; 地下トンネルケーブルのルートに沿ってケーブル表面に測温用光ファイバを敷設し、トンネルケーブルの温度監視を行います。; TCP/IPプロトコル経由でローカルクライアントおよび監視センタークライアントにアップロード, クライアントは監視ソフトウェアを通じて各キャビネットのリアルタイムの温度情報を表示できます。. 取得したリアルタイム温度に基づいて, コンピューター室の温度雲マップを描く; コンピュータ室内の特定の場所で異常高温警報が発生した場合, 温度測定ホストは、RS485 シリアル プロトコルを介して警報システムに警報情報を送信し、対応する消火処理を行います。.
応用価値: 地域警報に加えて, 早期警告の位置決めにより、アラームポイントの位置を特定して温度を設定することもできます; リアルタイムの温度表示により、火災事故の進展傾向を正確に判断し、消火のためのデータ基盤を提供できます。; 安全性と信頼性という利点があります (高感度, 電磁干渉がない, パッシブリアルタイムモニタリング, 良好な電気絶縁性, 防爆, 固定および差動温度アラームと組み合わせる, 誤報がない), 簡単なインストール (光ファイバーアンチテンション, アンチインパクト, 外径が小さい, 優れた柔軟性, 小さいボリューム, 軽量, まっすぐまたは蛇の形に巻いて試験エリアの表面に設置できます), 効率的な使用 (長距離監視, 検出と信号送信が1本の光ケーブルで完了, すべて端末で設定, システム全体がシンプルで信頼性が高い, 運用保守の負担も最小限に抑えられます), 超長寿命 (内蔵の恒温回路システムと高度なマイコン電気光学スイッチにより、装置の耐用年数が大幅に向上します。, 以上の耐用年数 15 月日).

3.2 輸送分野での応用:

道路トンネル内, 光ファイバーセンサーを使用して、トンネル内の温度や湿度などのパラメータを監視できます。, 火災や洪水などの危険な状況をタイムリーに検知する, 車両と乗客の安全を確保するために警報システムを作動させます. 光ファイバーセンサーは、インテリジェント交通システムの構築や車両の安全監視においても重要な応用価値を持っています。, 車両動作の安全性と信頼性を確保するために車両の主要部品の温度を監視するなど.

3.3 発電所での応用:

従来の温度感知ケーブルとの比較, 光ファイバー温度監視システムは進歩的です. 発電所内, 光ファイバー温度センサーは、動作中に装置の温度をリアルタイムで監視できます。, 発電機や変圧器などの大型機器の温度監視など. 過熱などの異常事態をタイムリーに検知できます。, これにより、機器の故障を回避し、発電所の正常な稼働を確保します。.

4. 推奨される光ファイバー温度監視装置

FJINNOのIF-C 蛍光光ファイバー温度測定システム:
蛍光耐干渉性能と測定方法: 電磁波障害に強い特性を持っています, 信号伝送媒体としての光ファイバーは電磁干渉の影響を受けません。, 高電圧電源装置の近くで正確な温度監視を確保. 多点測定をサポート, 複数の測定インターフェースを蛍光ファイバー光温度トランスミッタに設定して、多点温度監視を実現できます。.

5. 適切な光ファイバー温度監視ソリューションを選択する方法

 

5.1: 測定シナリオの要件を考慮する:

温度範囲の要件: さまざまな光ファイバー温度監視テクノロジーがさまざまな温度範囲に適用可能. 例えば, 蛍光放射光ファイバー温度感知技術は、-50~200℃の温度範囲に適しています。. 測定周囲温度が低い場合、または高い場合, この温度範囲をカバーできるカスタマイズされた光ファイバー温度監視スキームが必要です.

5.2: 測定点とエリア:

一点温度測定の場合, 電気機器内部の重要な部分の温度測定など, 蛍光放射ファイバー温度検知技術やガリウムヒ素ファイバー温度測定技術などの点ベースの温度測定方法がより適しています。; 連続領域または複数点の温度監視が必要な場合, キャビネットなどの, ケーブルトレイ, 通信電力ビル内の地下トンネルケーブル, 分散型光ファイバー温度監視システム (DTSの) 複数のエリアの温度監視に適しています。.

5.3: センサーの性能特性を考慮する:

精度と安定性: 高い温度測定精度が必要な一部のシナリオでは, 医療分野における外科手術中のリアルタイム温度モニタリングなど, 高精度の光ファイバー温度センサーを選択する必要があります.

5.4: センサーの応答速度:

急激な温度変化が必要な一部のシナリオでは, 火災警報器など, 異常な温度上昇をタイムリーに検出して警報を発するために、センサーには速い応答速度が必要です. 光ファイバー温度センサーの応答速度はさまざまであり、特定のアプリケーション シナリオに応じて選択する必要があります。.

5.5: コスト要因を考慮する:

設備費: 高性能光ファイバー温度センサーの製造プロセスは複雑でコストがかかります, 大規模なアプリケーションが制限される. 例えば, ガリウムヒ素光ファイバーセンサーには多くの利点があります, しかし、そのコストは比較的高いです. 予算が限られている場合, 設備コストを総合的に考慮し、費用対効果の高い蛍光ファイバー温度監視ソリューションを選択する必要があります.

5.6: 設置とメンテナンスの費用:

さまざまな光ファイバー温度監視ソリューションの設置の複雑さはさまざまです, 設置費用も異なる場合があります. 例えば, で 分散型光ファイバー温度監視システム コミュニケーションパワービル内, 光ファイバーケーブルの敷設方法, 機器の設置と試運転はすべて設置コストに影響します. 同時に, 維持費も考慮する必要がある, 設備の寿命など, 故障しやすいかどうか, 故障後の修理の難しさ. 自己診断機能やリモートメンテナンス機能を備えた一部の機器では、設備コストが高くなる場合があります, しかし、長期的なメンテナンスコストの観点からは、, そちらのほうが費用対効果が高いかもしれません.

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