光学式温度センサー-INNO

概要蛍光光ファイバー温度センサー

蛍光ファイバー光温度センサーは、蛍光物質の特性を温度測定に利用するタイプのセンサーです。. マルチモード光ファイバーと蛍光体で構成されています (膜) 上に取り付けられた. 蛍光物質が特定の波長の光で励起されると (励起スペクトル), 励起すると蛍光エネルギーを放出します. 励磁解除後, 蛍光残光の持続性は蛍光体の特性や環境温度などに依存します。. この励起された蛍光は通常、指数関数的に減衰します, 減衰時定数は蛍光寿命または蛍光残光時間です (ns). さまざまな周囲温度で, 蛍光残光の減衰は変化します, したがって、周囲温度は蛍光残光の寿命を測定することによって決定できます。. そのコア技術は蛍光物質とそれに対応するシミュレーションアルゴリズムにあります。. 測温用蛍光体は100℃以上の高温で焼成されています。 1200 度, 長寿命のもの, 安定した信頼性の高い動作特性, 大規模な工業生産に適しています, 産業分野で幅広く応用可能. 典型的な蛍光灯光ファイバー温度センサー光源が含まれています, 光ファイバー, 蛍光物質, と分光計. 光源は特定の波長の励起光を生成します。, 光ファイバーを介して蛍光物質に伝達されます。. 蛍光物質は励起光を吸収し、特定の波長の蛍光信号を放出します。, その後、光ファイバーを介して検出のために分光計に送り返されます。. 気温が変化すると, フラッシュ特性 (蛍光強度または波長) 蛍光物質の変化, 温度値はフラッシュ信号の強度または波長を測定することで決定できます。.

の利点蛍光光ファイバー温度センサー

1. 精度の面では
蛍光物質は特に温度変化に敏感です。, これにより、光ファイバー蛍光温度センサーが高い測定精度を実現し、高い温度精度を必要とする多くの測定シナリオのニーズを満たすことができます。. 例えば, 科学実験における反応温度の正確な制御や医療現場における患者の体温のモニタリングには、正確な温度測定が必要です, このセンサーはそのようなタスクを効果的に実行できます. 特定の特定のアプリケーションシナリオでは, その精度は±の精度レベルに達する可能性があります。 0.05 ℃以上.

2. 応答特性
センサーの応答速度が速く、温度変化をリアルタイムで監視し、即座に応答できます。. この機能は、温度が急速に変化するシナリオで特に役立ちます。, 電力システムの過負荷監視や、潜在的な安全上の危険を防ぐために工業生産プロセス中に突然熱が発生する領域の温度変化を迅速に検出する必要性など.

3. 分散測定機能
1本の光ファイバーで複数箇所の温度を同時に監視可能. 橋などの大きな土木構造物の内部の複数のポイントで温度監視を実行すると、次のようなことが想像できます。, トンネル, 等, この作業を完了するには光ファイバーケーブルが 1 本だけ必要です. これはコストを節約するだけではありません, 構造全体の各部の温度状態をリアルタイムかつ総合的に判断することが可能. さらに, 同じ光ファイバー上で温度を測定でき、データ送信などの他の機能も備えている場合があります。, 光ファイバーシステムの効率を大幅に改善.

4. 耐干渉特性
干渉信号の影響を受けない, 複雑な電磁環境でも正常に動作可能. 強い電磁場のある一部の産業環境では (変電所など) または電気機器の内部 (開閉装置など, 等), 従来の温度センサー (熱電対など, 熱抵抗器, 等) 独自の金属材料で作られた測定プローブとワイヤにより、電磁界に誘導電流が発生します。. この電流, 表皮効果と渦電流効果による, 自分自身の体温を上げることができる, 温度測定結果に影響を与える, または測定が不安定になる. The fluorescent fiber optic temperature sensor uses fiber optic transmission of optical signals, which are completely unaffected by electromagnetic interference, ensuring accurate and stable measurement.

5. 長期安定性
蛍光体は耐久性と安定性に優れています。, allowing sensors to maintain high performance stability over long periods of use. In situations where long-term uninterrupted temperature monitoring is required, such as during long-term scientific research experiments or temperature monitoring during the life cycle of some key industrial equipment, it can ensure stable and accurate temperature data collection for a long time without frequent calibration or sensor replacement.

6. Environmental temperature adaptability
幅広い環境温度に適合, effective measurements can be taken from as low as minus Baidu to as high as several hundred degrees Celsius. It can play a role in both low-temperature special experimental environments (such as temperature measurement related to ultra-low temperature superconducting experiments) and high-temperature industrial processing environments (such as metal smelting, 等).

7. Flexibility and Scalability
Fluorescent materials for sensors can be selected and designed according to actual needs to meet the requirements of various specific application fields. As long as the fluorescent material is adjusted or replaced, it can adapt to different application scenarios. 例えば, 医療分野で, targeted designs can be made for different human body parts or special environments of different medical devices.

Comparison between Fluorescent Fiber Optic Temperature Sensor and Other Optical Temperature Sensors

1. Comparison with infrared temperature sensors
Differences in working principles
蛍光ファイバー光温度センサーは、蛍光物質の温度蛍光特性に基づいています。, 蛍光灯の寿命や残光強度を測定することで温度測定を実現します。, 波長の変化も; 赤外線温度測定は、物体の赤外線放射エネルギーが温度によって変化するという原理を利用しています。, 対象物の赤外線放射強度を測定することで温度情報を取得します.
例えば, 加熱中の金属ブロックの温度を測定する場合, 蛍光ファイバー光温度センサーは、光ファイバーを金属ブロックの表面に近づけるか、金属ブロックの表面に接続する必要があります。 (接触および非接触の取り付け方法による), 内部の蛍光体の変化を利用して温度を測定します; 赤外線温度計は、金属ブロックから発せられる赤外線を直接受け、金属ブロックに非接触で温度を測定します。.
精度と感度の違い
赤外線温度測定は対象物の表面放射率などの要因に大きく影響されます。, 周囲温度, と測定距離, 精度と感度は比較的不安定です. 一部の中低温測定シナリオ向け, 重大な間違いがある可能性があります; 蛍光ファイバー光温度センサーの測定精度は比較的高い, 蛍光物質は温度に対する感度が高いため、温度変化をより正確に検出できるためです。, そして中低音域では, 蛍光ファイバー光温度センサーは良好な測定性能を維持できます.
例えば, 温度変動が小さく、高精度の測定が必要な化学反応容器内の温度監視シナリオで, 蛍光ファイバー温度センサーの精度を狭い範囲で制御可能, 一方、赤外線温度測定の精度は、反応容器の周囲環境や容器自体の光学特性などの要因により保証することが困難です。.
シナリオの違いに適応する
赤外線温度測定は、低温以外のシナリオでの表面温度の非接触かつ迅速な温度測定に適しています。, しかし、光沢のある金属表面や磨かれた金属表面の温度測定値には大きな影響を与えます。, 物体の外部温度のみを測定できます, 障害物があると内部温度の測定が不便になる; 蛍光ファイバー光温度センサーは表面温度測定だけに使用できるわけではありません, プローブ挿入などの適切な方法で内部温度を測定することもできます. 一部特殊な物質の光学的性質の干渉による測定精度への影響がなく、高い汎用性を持っています。.
例えば, 赤外線温度測定は、電子回路チップのヒートシンクの表面温度を測定する際に、放熱状況を事前に判断するために、おおよその表面温度を迅速に取得できます。. しかし, チップの内部温度またはヒートシンクを備えたチップの根元の温度を測定する必要がある場合, 十分ではありません. 蛍光ファイバー光温度センサーは、光ファイバープローブがチップの内部に到達できる場合、または適切なプローブが設計されている場合、ヒートシンクを備えたチップの高精度測定を実現できます。.

2. PT100との比較
動作原理と適用環境の違い
PT100は白金金属の抵抗値が温度によって変化する特性を利用して温度を測定します。, 抵抗の原理に基づいて; 蛍光ファイバー光温度センサーは蛍光の原理に基づいています。. PT100は接触式センサーです.
電磁妨害のある環境では, PT100 の金属コンポーネントは、パルスグループ干渉などの干渉を伝導する可能性があります。, 無線周波数干渉, 急増, 等, サーモスタットの故障や破損の原因となります; 蛍光光ファイバー温度センサー, 光信号の光ファイバー伝送の使用による, 電磁干渉の影響が少なく、高電圧や強い電磁干渉環境でも使用可能, 変圧器内部など, 開閉装置, 等.
例えば, 高圧変電所の配電盤内の温度監視, PT100を使用する場合, 配電盤内のさまざまな電磁装置によって発生する電磁干渉によるもの, PT100 で測定された温度には重大な誤差が生じたり、干渉によりセンサーが損傷したりする可能性があります。; しかし、蛍光ファイバー光温度センサーを使用すると、正確かつ安定して温度を測定できます。.
精度と安定性の違い
PT100使用時, 時間や環境温度の変化に応じて, 金属の抵抗は、それ自身および周囲の他の物理的および化学的要因によっても影響を受ける可能性があります。, その結果、抵抗温度の関係にわずかな変化が生じます, 測定の精度と安定性に影響します; 特別な治療を行った後, 蛍光ファイバー温度センサーの蛍光物質は安定性が高く、外部要因の影響を受けにくいです。 (温度を除く). その精度は複雑な環境において PT100 よりも有利です.

3. との比較分散型光ファイバー温度測定システム

異なる動作原理
蛍光ファイバーの温度測定は、蛍光寿命残光による温度測定の原理に基づいています。. 蛍光ファイバーが発する蛍光寿命やその他のパラメーターを測定するには、測定対象物の表面に蛍光ファイバーを固定し、光源で励起する必要があります。. それから, 測定対象物の温度はこれらのパラメータに基づいて計算されます; 分散型光ファイバー温度測定は、光ファイバーの固有の特性を利用して、内部反射と散乱を通じて温度を測定します。. 通常、測定対象の周囲に光ファイバーを敷設し、レーザーや LED などの光源でファイバーを励起します。. それから, ファイバーの内部光信号の散乱および反射特性に基づく, 測定対象物の温度が計算されます.
測定アプリケーションのシナリオはさまざまな側面に焦点を当てています
蛍光光ファイバ温度測定は、通常、電磁干渉環境での絶縁と高電圧耐性が必要な測定用途に適しています。, 高圧開閉装置など, 変圧器, マイクロ波電磁環境, 等. このような環境下でも蛍光物質の特性を利用して安定して測定でき、機器に干渉しないため, 等; 分散型光ファイバー温度測定は、長距離が必要な状況に適しています。, 継続的な, 測定対象物の温度を高精度にモニタリング, 石油やガスのパイプラインなどの建物構造物の温度監視など, トンネル, 橋, 等, 散乱反射を使用して、光ファイバーケーブルに沿った長距離にわたる連続的な温度変化を監視できるためです。.

最適な蛍光光ファイバー温度センサーの選び方

1. アプリケーション分野の要件を考慮する
特別な環境要件に適応する
強い電磁波/無線周波数干渉などの特殊な状況がある場合, 可燃性, 爆発力, 腐食, 等. 作業環境で, 蛍光光ファイバー温度センサーには独特の利点があります. 例えば, 石油化学業界で, センサーを腐食させる可能性のある複雑な化学物質が含まれています. 耐腐食性があり、爆発の可能性がある安全リスク環境で安全に動作するセンサーを選択することが非常に重要です。. 蛍光光ファイバーセンサーのファイバープローブとファイバー自体は、電気火花などの発火源を発生させることなく、高電圧やある程度の化学的腐食に耐えることができます。, thus meeting the temperature measurement requirements of this special environment. The temperature measurement environment of downhole equipment in oil extraction belongs to this category.
If the working environment is limited by small installation space, it is necessary to choose fiber optic probes and fibers of appropriate size. Fluorescent fiber optic temperature sensors can be made into smaller probes, and the fibers have strong flexibility and plasticity, making them easier to install in small spaces compared to other traditional sensors, such as temperature monitoring of heating parts inside some microelectronic devices.
高精度, 感度, and stability requirements
In some scientific research experiments, such as high-precision physics experiments and biochemistry experiments, the accuracy control of temperature is very strict, したがって、高精度の蛍光ファイバー温度センサーを選択する必要があります, ±精度のセンサー製品など 0.05 ℃または± 0.1 ℃. 同時に, 実験が長時間続く場合, 特定の生化学反応には数日、場合によっては数週間かかる場合など, センサーの安定性と測定の感度 (小さな温度変動を迅速かつ正確に捉えることができます) も重要です. これには、高品質の蛍光材料を使用し、環境温度の変動や材料の蛍光性能の低下によって測定に誤差が生じないように、優れた信号処理システムを備えたセンサーを選択する必要があります。.
一部のハイエンド製造業では, 航空宇宙分野の部品加工など, 対応する温度監視装置には、センサーの高精度かつ長期安定性も必要です.

2. 測定方法と測定範囲を決定する
測定点に基づいてセンサーの種類を決定
測定点数が少ない場合 (通常は未満です 50), シングルポイント蛍光ファイバー光温度センサーを使用可能. この状況ではシングルポイントセンサーは比較的コストが低く、個々の測定ポイントごとに柔軟にレイアウトして設置することが容易です。. 例えば, 小規模な実験室にあるいくつかの特別な実験装置の温度監視には、これらの装置に個別にセンサーを設置するだけで済みます。.
以上の場合 50 測定点, 単一ポイントセンサーを使用すると全体的なコストが非常に高くなります, そして配線は非常に複雑になります. この場合, 大規模な多点測定には、分散型光ファイバー温度センサーシステムまたはその他のより適切な方法を検討できます。 (全体的な精度要件がそれほど高くなく、ある程度の代替が許容される場合). 大規模なデータセンターの部屋には数百、数千のサーバーがあります, 一部のサーバーの場所で温度監視が必要な場合, 多数の測定点が必要になる. シングルポイントセンサーを使用する場合, 費用対効果が極めて低い.

測定温度範囲

実際の測定温度範囲に基づいて選択してください. 光ファイバーセンサーの温度測定範囲は4つのセクションに分かれています:- 40℃- +80℃；- 40℃- +250℃；- 40C – +400℃；+ 20C -+600 ℃ (医学). 例えば, 温度範囲が広いセンサー -40 ℃ -+80 通常の室内温度監視には ℃ で十分かもしれません; ただし、工業炉や航空機エンジンのテストなどの高温シナリオでは, などの高温範囲を測定できるセンサー -40 ℃ -+400 ℃以上が必要.
3. プローブの性能関連
プローブの動作タイプ
液浸プローブ用, 固体の温度を測定するために使用できます, 液体, そしてガス, 工業用液体タンクの温度測定など. このプローブは特別な処理が施されています, 光ファイバーは強い強度と靭性を持っています, 液体タンク内の化学腐食に耐えることができます. 例えば, 反応物の温度を測定する (液体の混合物である可能性があります, 固体, そしてガス) 化学反応器内での使用は非常に適しています.
接触式プローブは、物体表面の温度を測定するために特別に設計されています。, 乾式変圧器などの高圧機器の温度監視など, 高圧開閉装置, および高電圧バスバー. It can be well attached to the surface of the device to accurately transmit temperature to the inside of the sensor for measurement.
Medical probes are specially designed for life science measurements, with small and thin probes that, when paired with dedicated demodulation devices, can achieve fast response speeds and very high accuracy. Used in the medical field, such as high-precision temperature detection scenarios for small tissues or local areas within the human body.
The size of the probe and the length of the optical fiber
Select the probe size (直径) and fiber length based on the requirements of the measurement object and environment. The probe diameter is usually 0.5mm; 0.5 – 1mm； 2.3mm； 3.2mm, 等. The standard fiber length is 2M, ただし、ほとんどの場合、ニーズに応じてプローブのファイバー長とファイバー延長ケーブルの長さをカスタマイズできます。. 測定スペースが狭い場合, 実際の設置スペースに応じて、より小さい直径のプローブを選択し、ファイバーの長さをカスタマイズする必要がある場合があります。. 電子部品の小さな隙間の温度を測定する, 小さな直径のプローブを使用し、ギャップの深さに応じてファイバーの長さをカスタマイズする必要があります。; 大型機械構造部品内部の温度を測定する場合, 測定が必要なコア領域まで延長するには、より長いファイバー長が必要です.

4. 機器のその他の性能パラメータ
精度と分解能
精度と分解能が必要な場合, 光ファイバーセンサーの温度測定精度は通常5段階に分かれています。: ± 0.05 ℃; ±0.1℃； ±0.3℃； ±0.5℃； ± 1 ℃. 高精度な温度測定が必要な場合, 特定の高精度光学機器の内部温度監視、医療における高精度温度監視または細胞保存装置など, 高精度と高分解能のセンサー, ±精度のセンサーなど 0.05 ℃または± 0.1 ℃, 選択する必要がある; 精度要件がそれほど高くない場合, ±の精度で室内温度を監視するセンサー 1 ℃も対応可能.
サンプリング周波数
光ファイバーセンサー温度測定システムのサンプリング周波数は通常4つのレベルに分かれています:= 10Hz； 20Hz； 1kHz； 200kHz. 急激に変化する温度シナリオを監視する場合, 高速モーター内部のホットスポット温度の監視など, 高いサンプリング周波数 (例えば. 1kHzまたは200kHz) 過熱による緊急事態を防ぐために、温度変化をタイムリーに捕捉する必要がある; 温度変化が比較的緩やかな一部のシナリオの場合, 通常の室内温度監視など, 10Hz または 20Hz のサンプリング周波数を選択すると、要件を満たすことができます。.
信号出力インターフェース
信号出力はアナログ出力とデジタル出力に分かれています. 自動化された産業用制御システム内, コンピュータなどのデバイスを介して直接データを取得および分析するには、デジタル出力インターフェイスを備えたセンサーを選択するのがより適しています。, 信号変換せずにデジタル信号の伝送と処理を実行できるようにする; 一部の従来の機器制御システムがアナログ信号の受信のみをサポートしている場合, アナログ出力インターフェースを計測機器に直接接続して、表示や簡単な制御を行うことができます。.
検出器の設置形態
信号復調器には主にハンドヘルド型と固定型があります。, ディスプレイの有無にかかわらず. 固定製品には業界標準の DIN レール取り付けが含まれます, PCBボード, 普通のデスクトップ, および標準的な産業用キャビネットタイプ. 屋外での一時的な使用で、大型機器内の数点の温度を検知する場合, 手持ち可能です, ポータブル, 柔軟に動ける, 操作と検出の手配が簡単です; 大型生産ライン設備の長期安定性や動作温度を監視する場合, 固定された適切な産業環境を選択する必要がある, DINレール取付やキャビネット取付など, 生産ライン自動化監視システムに簡単に接続可能.

5. 費用対効果を考慮する
さまざまな種類の光ファイバーセンサーは比較的新しい技術製品であり、一般的に価格が高いため, ユーザーは通常、製品のパフォーマンス/機能と価格の間で選択を行う必要があります。. まず最初に, 最小パフォーマンス要件のベースラインを決定する, 次に、このベースライン要件を満たすことができる製品ライン間で価格などの要素を比較します。.

例えば, 3 つの異なるブランドの蛍光光ファイバー温度センサーがある場合, 製品Aの精度は±です 0.1 ℃, 高解像度, 優れた抗干渉能力, の価格で 1000 元; 製品Bの精度は±です 0.3 ℃, 耐干渉性能が若干劣る, そして価格は 800 元; 製品Cの精度は±です 0.5 ℃, 基本的に使用環境の耐干渉要件を満たしています. 価格は 600 元. 精度と耐干渉性が高く評価され、予算が十分な場合, 製品Aを選択できます; 精度要件がそれほど高くなく、予算が限られている場合, C製品もオプションです.

蛍光式光ファイバー温度センサーの応用例

1. 電力網の分野では
電力網では温度監視が重要です. 蛍光式光ファイバー温度センサーは高精度、高速応答という特徴を持っています。, 工業生産プロセスにおける温度変化を正確に監視できる. 例えば, 開閉装置や変圧器などの機器内, 蛍光寿命の光ファイバー温度センサーは重要な接続ポイントの温度を監視できます, 温度異常をタイムリーに検出, 過熱やアーク事故を防ぎます. 従来の温度センサーは、このような高電圧環境では電磁干渉により不正確な読み取りを行う可能性があります。, しかし、蛍光ファイバー光センサーはそのような干渉の影響を受けず、信頼性が高いです。. 加えて, 変圧器内の高温は絶縁材の劣化を引き起こし、故障につながる可能性があります。. 蛍光寿命の光ファイバー温度センサーを油中または変圧器の巻線の近くに設置して温度を監視できます。, 正常な動作を保証し、耐用年数を延ばします.

2. 医療分野
磁気共鳴画像法では (MRI) テクノロジー, 超電導磁石は極低温に冷却する必要がある. Fluorescent lifetime fiber optic temperature sensors can be used to monitor the performance of cooling systems and ensure that magnets are at the correct temperature. Due to the presence of strong magnetic fields in the MRI environment, traditional electronic temperature sensors may be subject to interference or damage, while fiber optic sensors do not have these issues. 加えて, fluorescent lifetime fiber optic sensors can also be used in clinical medicine, such as monitoring patient temperature during temperature monitoring or thermal therapy, to ensure safe and effective treatment. Due to their high precision and fast response, they are suitable for situations that require strict temperature control.

3. Energy management
In the energy industry, 蛍光光ファイバー温度センサーは、電力機器やシステムの動作温度を監視するために使用できます。, エネルギーの安全かつ効率的な利用を確保する.

要約すれば, 蛍光ファイバー光温度センサーは、その精度の高さからさまざまな分野で重要な役割を果たしています。, 速い応答, 長期安定性, 電磁干渉に対する耐性. 技術の継続的な発展により, 彼らの応用の可能性はさらに広がるでしょう.