sistem sensor gentian optik

Sistem pengesan suhu gentian optik pendarfluor

Penderia suhu gentian optik pendarfluor terdiri daripada gentian optik berbilang mod dan objek pendarfluor (filem) dipasang di atasnya. Prinsip kerjanya adalah berdasarkan tenaga pendarfluor yang dipancarkan oleh bahan pendarfluor di bawah panjang gelombang tertentu (spektrum pengujaan) pengujaan ringan. Selepas pengujaan dibatalkan, kegigihan cahaya pendarfluor dipengaruhi oleh faktor-faktor seperti ciri-ciri bahan pendarfluor dan suhu persekitaran. Pendarfluor biasanya mereput secara eksponen, dan pemalar masa pereputan ialah jangka hayat pendarfluor atau masa pendarfluor selepas bercahaya (ns). Lebih-lebih lagi, pereputan cahaya pendarfluor berbeza-beza pada suhu persekitaran yang berbeza. Oleh itu, suhu persekitaran boleh ditentukan dengan mengukur jangka hayat pendarfluor afterglow.

Sistem penderiaan ini mempunyai pelbagai kelebihan. Pertama sekali, teknologi teras terletak pada bahan pendarfluor dan algoritma simulasi yang sepadan. Prinsip teknikal dan struktur produk adalah mudah, dan pengukur suhu pendarfluor bahan yang digunakan dikalsinkan pada 1200 darjah celcius, yang mempunyai jangka hayat yang sangat panjang dan ciri kerja yang stabil dan boleh dipercayai. Ia sangat sesuai untuk pengeluaran besar-besaran industri berskala besar dan digunakan secara meluas dalam bidang perindustrian. Kedua, probe gentian optik tulen mempunyai ciri-ciri keselamatan intrinsik, penebat voltan tinggi, dan rintangan kepada gangguan elektromagnet; Sistem ini beroperasi dengan stabil tanpa hanyut dan tidak memerlukan penentukuran atau pengesahan sepanjang hayatnya; Mengguna pakai reka bentuk modular, ia boleh dirangkaikan secara fleksibel dan diperluaskan secara tidak terhingga pada bila-bila masa tanpa menyebabkan pembaziran sumber; Dilengkapi dengan output digital dan analog, ia adalah mudah untuk kawalan masa nyata automatik dan pengurusan data; Probe dan demodulator adalah padat dan fleksibel, mudah dipasang dan diselenggara. Ia digunakan secara meluas dalam pelbagai bidang aplikasi. Dalam bidang grid kuasa, ia boleh digunakan untuk memantau suhu tempat panas seperti suis dan transformer, mengesan anomali suhu tepat pada masanya, dan memastikan operasi kuasa yang selamat dan stabil; Dalam bidang penyelidikan makmal, adalah mungkin untuk memantau perubahan suhu sistem tindak balas dalam eksperimen kimia untuk memastikan ketepatan keputusan eksperimen, dan dalam eksperimen biologi, adalah mungkin untuk memantau taburan suhu di dalam organisma, yang membantu penyelidik perubatan mengkaji kestabilan haba organisma; Dalam bidang perubatan, perubahan suhu pesakit boleh dipantau semasa pembedahan untuk memastikan operasi berjalan lancar, and can be used in rehabilitation centers to evaluate the patient’s recovery status. Selain itu, it has unique advantages in many special scenarios, such as measuring the internal temperature of chicken nuggets in the food industry to ensure that the interior is cooked and the surface is not burnt during the baking process; When precise coupling of small components is carried out in the electronic industry in a microwave environment for temperature monitoring, traditional thermocouple thermometers cannot accurately measure due to the influence of microwaves, while fluorescent fiber optic temperature sensors have obvious advantages of not being affected by electromagnetic interference. Experiments have shown that in this scenario, fiber optic thermometers read accurately and are not affected by external factors, while thermocouple thermometers have large errors.

Multi domain related application supplement

In addition to the common application areas mentioned earlier, penderia suhu gentian optik pendarfluor also have important value in other industries. In the petrochemical industry, places such as refineries have flammable, bahan letupan, and corrosive environments. The intrinsic safety and corrosion resistance of fluorescent fiber optic temperature sensors enable them to effectively monitor the temperature of pipelines, reaction vessels, and other equipment, ensuring that the production process is carried out under appropriate temperature conditions and the safety of personnel and equipment is guaranteed. In the aerospace field, temperature detection can be performed on key components such as engines, which requires sensors to have high accuracy, rintangan suhu tinggi, dan rintangan gangguan elektromagnet. Penderia suhu gentian optik pendarfluor boleh memenuhi keperluan ini dengan tepat dan membantu meningkatkan keselamatan dan kebolehpercayaan operasi peralatan aeroangkasa. Dalam bidang tenaga baharu seperti penjanaan tenaga suria, pengukuran suhu boleh dijalankan pada panel solar untuk mengoptimumkan kecekapan penukaran tenaga melalui pemerolehan data suhu. Apabila suhu terlalu tinggi dan menjejaskan kecekapan penjanaan kuasa, langkah-langkah pelarasan tepat pada masanya boleh diambil. Pendek kata, ciri-ciri penderia suhu gentian optik pendarfluor membolehkan mereka terus membuka senario aplikasi baharu dalam banyak bidang dengan keperluan khas untuk pengesanan suhu.

Sistem Penderiaan Gentian Optik Teragih

The gentian optik teragih sistem rangkaian penderiaan ialah sistem rangkaian yang mengintegrasikan penderiaan, kawalan, dan fungsi lain. Ia menggunakan gentian optik sebagai medium penderiaan, yang boleh mengesan kuantiti fizik luaran dengan mengubah ciri-cirinya seperti panjang gelombang, fasa, dan intensiti. Pada masa yang sama, gentian optik boleh disepadukan dengan baik dengan sistem rangkaian pengesan gentian optik sebagai medium komunikasi. Sistem ini mempunyai ciri-ciri gangguan anti elektromagnet, kebolehpercayaan yang tinggi, dan pemantauan teragih jarak jauh, dan mempunyai nilai aplikasi yang luas dan prospek pasaran.

Dari sudut teknikal, kesan optik tak linear seperti kesan Raman dan Brillouin dalam gentian optik digunakan untuk mengesan suhu persekitaran dan tekanan akibat tekanan. Contohnya, Penyerakan Raman digunakan untuk pengesan suhu teragih (DTS), yang boleh menentukan suhu dengan tepat pada mana-mana kedudukan tertentu di sepanjang gentian dengan mengukur perbezaan keamatan cahaya berselerak belakang dalam jalur Stokes dan anti Stokes; Prinsip penyerakan Brillouin adalah serupa, di mana panjang gelombang cahaya berselerak belakang dipengaruhi oleh suhu luaran dan rangsangan akustik dengan cara yang boleh diramal. Dengan menggabungkan data ini dengan pengetahuan latar belakang suhu pada titik yang sama, ketegangan yang dialami oleh gentian dapat ditentukan dengan tepat, dan kawasan gentian mana yang terjejas boleh dianalisis.

Ia memainkan peranan yang tidak boleh ditukar ganti dalam banyak bidang. Dari segi pemantauan keselamatan, ia adalah peranti baharu teknologi penderia gentian optik yang sangat menarik perhatian, yang boleh mencapai pemantauan perimeter dan penggera untuk lokasi khas seperti lapangan terbang, sempadan, pangkalan, pelabuhan, dll; Pemantauan keselamatan saluran paip minyak/gas dan saluran paip minyak penapisan; Ia boleh mencapai pengesanan penggalian terowong untuk lokasi khas seperti pangkalan tentera, penjara, bank, dan loji tenaga nuklear, dan mengesan potensi ancaman tepat pada masanya; Keupayaan pemantauan teragih jarak jauh untuk kabel optik dalam kerajaan, perbankan, agensi perisikan, dan lokasi lain di luar jangkauan penderia tradisional. Dan ia juga mempunyai aplikasi dalam pemantauan industri, seperti pengimbasan suhu gudang bijirin dan depot minyak untuk memahami secara menyeluruh taburan suhu dan mencapai pemantauan yang lebih tepat. Ia juga boleh digunakan untuk pemantauan suhu dan terikan yang diedarkan bagi pelbagai struktur seperti jambatan, empangan, terowong, dll.

Dari segi penunjuk teknikal dan ciri aplikasi praktikal, ia jelas dicerminkan dalam sistem amaran awal pengesan gentian optik yang diedarkan. Teknologi penentududukan teras tunggal yang direka dengan laluan optik dwi teras menjimatkan sumber gentian dan meningkatkan ketepatan kedudukan berbanding dengan teknologi penentududukan tiga teras antarabangsa; Sistem ini terbahagi kepada dua jenis: jenis pagar dan jenis terkubur untuk menyesuaikan diri dengan senario aplikasi berbeza pagar permukaan (seperti besi tempa, jaringan dawai, pagar, dinding, dll.) dan bawah tanah (seperti padang rumput, lapisan kerikil, lantai simen, dan tanah biasa); Sistem amaran mengatasi sistem asing yang serupa dalam teknologi utama seperti keamatan cahaya, keadaan polarisasi, sudut polarisasi, frekuensi isyarat optik, fasa, penguncian fasa optik, algoritma pengecaman rangkaian saraf huru-hara, dan teknologi gabungan; Ia mempunyai kelebihan penderiaan dan penghantaran bahagian hadapan yang benar-benar pasif, pembinaan yang mudah, dan kos rendah (menggunakan kabel optik komunikasi biasa sebagai penderia); Terdapat juga pelbagai kaedah pemantauan yang tersedia, yang boleh memaparkan bentuk gelombang domain masa masa nyata bagi gangguan kabel gentian optik, memantau bunyi gangguan di sepanjang kabel gentian optik, kira bilangan kejadian gangguan kabel gentian optik pada tempoh masa atau jarak yang berbeza, mengelas dan mengenal pasti gangguan kabel gentian optik dengan tepat di sepanjang laluan, dan memaparkan penggera pada gambar rajah maklumat geografi; Terdapat parameter dan keperluan yang sepadan untuk penunjuk teknikal seperti masa tindak balas, tindak balas frekuensi, hayat perkhidmatan gentian optik, kebarangkalian penggera, kebarangkalian penggera palsu, jarak pemantauan, ketepatan kedudukan, dan suhu kerja.

Tambahan kepada Aliran Aplikasi Baharu Sistem Gentian Optik Teragih

Dengan perkembangan teknologi selanjutnya, yang senario aplikasi penderiaan gentian optik teragih sistem sentiasa berkembang dan berkembang. Dalam bidang transit rel bandar, status kesihatan struktur terowong bawah tanah boleh dipantau. Dengan meletakkan pengesan gentian optik yang diedarkan di dalam atau di sekeliling dinding terowong, perubahan dalam parameter utama seperti terikan dan suhu terowong boleh dirasai dalam masa nyata. Jika terdapat ubah bentuk struktur (mungkin disebabkan oleh perubahan geologi, gempa bumi, dll.) atau anomali suhu (seperti bahaya kebakaran, dll.), sistem boleh menyediakan data maklum balas yang tepat pada masanya untuk pengendali mengambil langkah-langkah untuk mengelakkan kemalangan keselamatan daripada berlaku. Dalam pembinaan grid pintar, sistem pengesan gentian optik teragih boleh memantau secara dinamik talian penghantaran voltan ultra tinggi. Mereka bukan sahaja bergantung pada pemantauan suhu tradisional untuk memastikan operasi talian selamat (kerana suhu talian yang tinggi boleh meningkatkan kehilangan talian dan menjadikannya terdedah kepada kerosakan), tetapi juga memantau sifat mekanikal garisan (seperti ketegangan, ketegangan, dll.) dengan mencerminkan perubahan ciri gentian optik yang disebabkan oleh kuantiti fizik melalui penderia gentian optik, menjadikan keseluruhan grid kuasa lebih pintar dan boleh dipercayai. Selain itu, terdapat potensi aplikasi dan prospek pembangunan dalam bidang kejuruteraan lautan, seperti memantau kabel dasar selam dan memantau kesihatan struktur platform minyak luar pesisir, untuk melindungi pembangunan dan penggunaan sumber marin.

Sistem Penderiaan Suhu Gentian Bragg Grating

Fiber Bragg Grating sensing technology uses fiber Bragg gratings as sensing elements to measure physical quantities through optical fibers, and temperature sensing is a widely used sensing type. Kisi Fiber Bragg (FBG) is a frequency selective optical reflector made using the principle of fiber optics. Under the excitation of a light source, the optical signal reaches the grating through the fiber and is reflected back. The change in sensing quantity of the FBG can be determined from the reflected light intensity and wavelength distribution.

The principle of fiber optic grating temperature sensing is based on the change in grating Bragg wavelength caused by temperature changes. The reflected spectrum is captured by a CCD camera, and the reflected light signal is processed by a signal processor to achieve temperature measurement. In terms of control system, if a temperature control system is built based on fiber Bragg grating sensing technology, it mainly consists of four parts: pemerolehan isyarat, pemprosesan isyarat, control module, and actuator. The fiber Bragg grating sensor in the signal acquisition process transmits the collected signals to the signal processing module for preprocessing; The signal processing module is based on the collected temperature and is controlled by an incremental PID controller for temperature related control; The control module can adopt an embedded system, which can communicate with the upper computer, achieve real-time monitoring of temperature and control standards, and be used for developing other advanced applications; The executing mechanism includes DC motor, variable frequency motor, stepper motor, dll.

Penderia suhu parut Gentian Bragg have multiple advantages. Pertama sekali, it has high sensitivity, which is related to its sensing technology principle and can accurately sense temperature changes; Kedua, it does not require an external power supply and is not affected by electromagnetic interference. Selain itu, its probe can resist mechanical, elektromagnet, and chemical interference well, and can reliably measure physical quantities in harsh environmental conditions such as oil and gas exploration (often with complex electromagnetic interference and possible chemical corrosion environments), aeroangkasa (with various complex radiation and other interference sources in space and special requirements for equipment weight), medical diagnosis (with numerous surrounding devices in medical environments, persekitaran elektromagnet yang kompleks dan keperluan yang tinggi untuk keselamatan peralatan pengesanan), dan kawalan proses perindustrian (dipengaruhi oleh persekitaran medan elektromagnet dan pelbagai bahan kimia dalam industri); Dan ia mempunyai ciri-ciri kestabilan yang tinggi, tidak terjejas oleh keamatan cahaya dan bintik-bintik, serta kelebihan seperti saiz yang kecil, ringan, masa tindak balas yang cepat, anti gangguan elektromagnet, dan rintangan kakisan yang kuat, yang menjadikannya lebih kompetitif daripada jenis penderia lain dalam pelbagai senario aplikasi. Selain itu, yang suhu parut Bragg gentian teknologi penderiaan berdasarkan pengesanan sensitif fasa patut disebut. Ini ialah teknologi pengesan suhu parut Bragg gentian yang biasa digunakan, yang menggunakan interferometer untuk mengganggu cahaya pantulan FBG secara koheren (parut Bragg serat) dengan lampu rujukan, sekali gus meningkatkan sensitiviti dan kestabilan sensor. Ia telah mencapai sensitiviti ultra tinggi pada tahap sub millikelvin, menjadikannya amat sesuai untuk pengukuran tepat perubahan suhu kecil, seperti dalam pengimejan bioperubatan, mikrobendalir, dan nanoteknologi, dan mempunyai prospek permohonan yang luas.

Teknologi Fiber Bragg Grating melibatkan penambahan bahan khas

Dalam pengeluaran dan penggunaan sistem pengesan suhu parut Bragg gentian, penyelidikan dan penggunaan beberapa bahan atau struktur khas terlibat. Pengeluaran jeriji gentian optik mempunyai keperluan khas, dan komposisi bahan teras gentian dan pelapisan perlu dikawal dengan tepat untuk mencapai sifat optik yang dikehendaki seperti perubahan indeks biasan parut dengan tepat. Contohnya, gentian yang didopkan dengan unsur tertentu seperti germanium boleh mengoptimumkan prestasi jeriji. Dari segi aplikasi penderiaan, penyelidikan mengenai bahan salutan pada permukaan gentian parut Bragg juga sentiasa mendalam. Bahan salutan khas boleh meningkatkan ketahanan kakisan jeriji Bragg gentian atau meningkatkan interaksinya dengan bahan yang dikesan. Contohnya, dalam beberapa senario aplikasi pemantauan persekitaran kakisan, dengan menyalut salutan polimer yang tahan kakisan dan pengalir haba, parut itu sendiri tidak berkarat dan suhu luaran boleh dihantar dengan cepat ke kawasan parut, menjadikan ukuran lebih tepat. Terdapat juga pemilihan dan penggunaan bahan pembungkusan untuk sensor. Bahan pembungkusan yang sesuai bukan sahaja dapat melindungi parut Bragg gentian daripada berfungsi secara normal dalam persekitaran luaran yang kompleks (seperti kelembapan yang tinggi, tekanan tinggi, dll.), tetapi juga meminimumkan kesan ke atas kekonduksian terma semasa ukuran suhu parut Bragg gentian. Contohnya, bahan komposit dengan prestasi pengedap yang baik, pekali kekonduksian terma yang sesuai, dan ketegaran dan keliatan yang baik boleh digunakan untuk pembungkusan.

Gambaran Keseluruhan Sistem Sensor Gentian Optik

Sistem sensor gentian optik ialah sistem penderiaan berdasarkan gentian optik, termasuk pelbagai jenis seperti sistem pengesan suhu gentian optik pendarfluor, sistem pengesan gentian optik teragih, sistem pengesan suhu parut gentian optik, dll. Setiap jenis mempunyai ciri yang berbeza dari segi prinsip, struktur, prestasi, dll. untuk menyesuaikan diri dengan senario aplikasi yang berbeza.

Pada dasarnya, ia adalah untuk menggunakan modulasi beberapa ciri cahaya (seperti panjang gelombang, keamatan, fasa, dll.) oleh gentian itu sendiri atau bahan di dalam gentian apabila cahaya merambat dalam gentian untuk mencerminkan maklumat perubahan persekitaran luaran, sekali gus mencapai tujuan penderiaan dan pengukuran. Contohnya, penderiaan suhu gentian pendarfluor yang dinyatakan sebelum ini adalah berdasarkan hubungan antara hayat pendarfluor afterglow dan suhu; Penderiaan gentian optik teragih menggunakan fenomena seperti taburan Raman dan taburan Brillouin untuk mengukur kuantiti fizikal seperti suhu atau terikan melalui perbezaan dalam keamatan cahaya atau perubahan panjang gelombang; Penderiaan suhu parut Gentian Bragg bergantung pada perubahan akibat suhu dalam parut panjang gelombang Bragg untuk mengesan suhu.

Secara berstruktur, walaupun terdapat perbezaan antara sistem, ia biasanya dibina di sekitar gentian optik. Pendarfluor sistem pengesan suhu gentian terdiri daripada modul bahan pendarfluor di bahagian atas gentian, bahagian penghantaran gentian, dan demodulator isyarat untuk mencapai pengesanan suhu dan fungsi lain; Keseluruhan pembinaan rangkaian sistem pengesan gentian optik teragih termasuk susun atur rangkaian gentian optik dalam operasi, komponen modul yang disambungkan ke rangkaian gentian optik untuk fungsi yang berbeza (seperti pemerolehan, pemprosesan, dll.), dll. Struktur harus memastikan keupayaan untuk mencapai fungsi pengukuran teragih jarak jauh yang berterusan; Sistem pengesan suhu parut gentian optik dibina di sekeliling parut gentian optik, komponen optik yang berkaitan untuk mengumpul dan menganalisis cahaya yang dipantulkan daripada parut, dan struktur keseluruhan sistem kawalan pengesan suhu melalui modul litar tambahan.

Dari segi prestasi, ketiga-tiga sistem menghadapi metrik penilaian yang berbeza. Sistem pengesan suhu gentian optik pendarfluor memfokuskan pada ketepatan pengukuran dalam julat suhu yang berbeza, kestabilan keseluruhan sistem (seperti kelebihan kestabilan penting yang tidak memerlukan penentukuran dan pengesahan sepanjang hayat), dan pelbagai sifat probe (seperti penebat, rintangan kakisan, keselamatan, dll.); The pengesan gentian optik teragih sistem memerlukan ketepatan kedudukan, jarak pemantauan, tindak balas frekuensi, dll. untuk pengukuran jarak jauh, supaya ia boleh memainkan peranan dalam senario aplikasi seperti pemantauan keselamatan jarak jauh dan berskala besar; Sistem pengesan suhu parut Bragg gentian terutamanya memfokuskan pada kepekaan dan prestasi anti-gangguan penderia (seperti gangguan elektromagnet, gangguan alam sekitar kimia, dll.), serta kemudahan menggunakan penderia dalam medan aplikasi sasaran yang berbeza (seperti pengaruh saiz dan berat pada pemasangan dan penggunaan dalam persekitaran khas, dll.).

Sistem sensor gentian optik mempunyai pelbagai aplikasi dalam pelbagai bidang seperti pembuatan industri, tenaga, komunikasi, keselamatan dan keselamatan, aeroangkasa, bioperubatan, dll. kerana keupayaan mereka untuk menentang gangguan elektromagnet, kebolehlaksanaan mengukur berbilang kuantiti fizik, dan kebolehsuaian dalam persekitaran yang berbeza. Contohnya, dalam pembuatan industri, memantau suhu, ketegangan, dan keadaan peralatan lain dalam persekitaran medan elektromagnet yang kompleks boleh dicapai menggunakan sistem sensor gentian optik, dengan itu memastikan automasi proses pengeluaran perindustrian dan keperluan amaran dan penyelenggaraan yang tepat pada masanya untuk memantau status penggunaan peralatan; Dalam bidang tenaga, memantau dan memastikan operasi selamat kemudahan seperti saluran paip minyak dan gas dan talian penghantaran kuasa boleh dipertingkatkan melalui sistem sensor gentian optik; Dari segi keselamatan dan keselamatan, sistem penderiaan gentian optik boleh digunakan di sekeliling perimeter dan kemudahan utama (seperti kemudahan tenaga nuklear) untuk meningkatkan keupayaan pertahanan dan pemantauan.

Trend Pembangunan Tambahan Sistem Sensor Gentian Optik

Dengan perkembangan sains bahan, teknologi optik dan bidang lain yang berkaitan, sistem sensor gentian optik sedang bergerak ke arah sensitiviti yang lebih tinggi, ketepatan yang lebih tinggi, rangkaian skala yang lebih besar, dan kebolehsuaian yang lebih kukuh kepada persekitaran yang kompleks. Bahan gentian optik baharu sentiasa dibangunkan, yang mempunyai kelebihan seperti kehilangan yang lebih rendah dan prestasi optik yang lebih tinggi, sangat meningkatkan prestasi sistem sensor gentian optik dalam semua aspek. Contohnya, pembangunan gentian optik khas membolehkan penderia berfungsi dengan tepat dan stabil dalam persekitaran yang sangat keras seperti suhu tinggi dan kakisan yang kuat. Dari segi integrasi pelbagai fungsi, sistem sensor gentian optik masa hadapan mungkin tidak terhad kepada mengukur kuantiti fizikal tunggal (seperti suhu atau ketegangan). Sistem sensor boleh mengesan berbilang kuantiti fizikal secara serentak dan melakukan analisis komprehensif untuk mendapatkan maklumat yang lebih berguna. Ini memerlukan pembangunan lanjut dalam teknologi yang sepadan seperti optik bersepadu dan algoritma pintar. Dari segi aplikasi rangkaian berskala besar, dengan pembangunan teknologi komunikasi generasi baharu seperti 5G dan Internet of Things, sistem sensor gentian optik, sebagai kaedah pemantauan yang boleh menyediakan sejumlah besar data mentah dan mempunyai lebih banyak kelebihan daripada sensor tradisional, akan memainkan peranan yang semakin penting dalam pembinaan rangkaian sensor untuk rangkaian berskala besar seperti kilang pintar dan bandar pintar pada masa hadapan.

Perbandingan pelbagai sistem sensor gentian optik

 

1、 Perbandingan Ciri-ciri Prinsip

Sistem pengesan suhu gentian optik pendarfluor: Dengan bantuan bahan pendarfluor, ciri-ciri cahaya pendarfluor selepas bercahaya bergantung pada suhu selepas diuja oleh cahaya tertentu. Perubahan suhu persekitaran akan menyebabkan perubahan dalam mod pereputan pendarfluor selepas bercahaya, dan pengukuran suhu boleh dicapai dengan mengesan panjang hayat pendarfluor afterglow. Prinsip ini adalah berdasarkan penukaran tenaga dan ciri sinaran antara bahan pendarfluor dan cahaya, yang agak unik. Gentian optik terutamanya berfungsi sebagai saluran untuk penghantaran cahaya pengujaan dan penghantaran pendarfluor, dan jangan bergantung pada penyerakan optik atau fenomena pantulan gentian itu sendiri untuk penderiaan, tidak seperti dua sistem yang lain. Kepekaan sistem di bawah prinsip ini boleh dilaraskan mengikut pemilihan bahan pendarfluor khusus dan algoritma pengoptimuman, tetapi sebaliknya, tindak balasnya terhadap perubahan suhu lebih bergantung kepada ciri-ciri yang wujud bagi bahan pendarfluor, dan mekanisme fizikal teori secara langsung berkaitan dengan interaksi mikroskopik antara cahaya dan jirim.
Sistem pengesan gentian optik teragih: menggunakan sepenuhnya ciri-ciri gentian optik itu sendiri sebagai medium pemantauan berterusan, menggunakan kesan optik tak linear seperti serakan Raman dan serakan Brillouin dalam gentian optik. Di bawah mekanisme hamburan Raman, perbezaan keamatan cahaya berselerak belakang antara jalur Stokes dan anti Stokes diukur untuk menentukan suhu pada kedudukan gentian tertentu; Apabila penyerakan Brillouin berlaku, ia berdasarkan pengaruh faktor luaran (seperti suhu dan ketegangan) pada panjang gelombang gelombang cahaya berselerak belakang untuk memahami kuantiti fizikal seperti ketegangan gentian optik. Prinsip ini berdasarkan fenomena serakan yang wujud bagi gentian optik membolehkan pemantauan berterusan dan teragih kuantiti fizikal sepanjang gentian tanpa memerlukan bahan atau struktur penderiaan tambahan untuk ditambah kepada gentian.. Prinsip ini menentukan bahawa pemantauannya ialah kaedah pemerolehan maklumat berterusan yang diedarkan di sepanjang gentian optik, dan boleh mengukur jarak yang lebih jauh. Namun begitu, prinsip fizikal menentukan bahawa ketepatan keseluruhannya akan dipengaruhi oleh faktor seperti isyarat berselerak yang lemah dan bunyi bising.
Sistem Penderiaan Suhu Gentian Bragg Grating: Ia berfungsi berdasarkan prinsip bahawa perubahan suhu menyebabkan perubahan dalam panjang gelombang Bragg parut Bragg gentian. Perubahan panjang gelombang ini sangat tepat, dan perubahan suhu boleh dilihat dengan mengukur panjang gelombang atau perubahan spektrum cahaya yang dipantulkan. Komponen teras, parut Bragg serat, ialah struktur perubahan indeks biasan berkala yang dihasilkan secara buatan dalam gentian optik. Justru struktur inilah yang menghasilkan corak pantulan khusus untuk cahaya dan dipengaruhi dengan ketara oleh suhu. Prinsip modulasi panjang gelombang pantulan cahaya berdasarkan struktur optik tertentu membolehkan sensor mempunyai ketepatan dan kestabilan yang tinggi, dan boleh disepadukan dengan sistem optik lain untuk mencapai pengesanan sensitiviti yang lebih tinggi. Namun begitu, disebabkan oleh keperluan kerumitan dan kestabilan fabrikasi struktur parut, sistem mungkin menghadapi had aplikasi tertentu dari segi kos pengeluaran berskala besar atau persekitaran yang keras (where Bragg wavelength is affected by external factors and there is a risk of non temperature induced deviation).

2、 Comparison of structural complexity

Sistem pengesan suhu gentian optik pendarfluor: The structure is relatively simple. It mainly consists of three parts: siasat (multimode fiber and top fluorescent material), transmission fiber, and signal demodulator. Fluorescent substances exist solely at the top of the optical fiber, directly receiving excitation light from the transmission fiber and transmitting the excited fluorescence to the demodulator through the fiber. This type of device structure is relatively simple and functionally clear, with clear modularity between different parts and a simple and straightforward manufacturing process. Although it also involves integrating fluorescent substances and attaching them to fiber ends, the overall complexity is not high. Proses pengeluaran berskala besar agak mudah dikawal, mempunyai keserasian yang baik, dan boleh digabungkan secara fleksibel dengan probe yang berbeza untuk digunakan. Ia adalah mudah untuk menyusun probe untuk pengukuran dalam pelbagai persekitaran yang mudah atau kompleks.
Sistem pengesan gentian optik teragih: strukturnya lebih kompleks. Sistem ini telah membina sistem pengesanan dan analisis pelbagai fungsi di sekitar rangkaian gentian optik. Dari pemilihan dan peletakan gentian optik itu sendiri (mengambil kira perbezaan sifat gentian dalam persekitaran yang berbeza, termasuk penggunaan kabel optik komunikasi biasa dan kaedah penggunaan sumber lain), kepada pemasangan diedarkan pelbagai modul penentududukan dan analisis kawasan penderiaan dan pemantauan di sepanjang kabel gentian optik. Ia bukan sahaja merangkumi penjanaan dan penghantaran isyarat asas, tetapi juga melibatkan pengesanan isyarat optik yang kompleks, penyahmodulasi dan analisis isyarat gelombang optik di bawah pengaruh pelbagai kuantiti fizik. Contohnya, modul laluan optik yang memerlukan pemisahan dan pemprosesan gangguan, serta bahagian pemprosesan isyarat elektronik kompleks yang melibatkan pemprosesan DSP berkelajuan tinggi dan analisis isyarat getaran untuk mencapai kedudukan yang tepat dan pertimbangan peristiwa, berbilang modul berfungsi dalam keseluruhan sistem rangkaian berfungsi bersama untuk mencapai pemantauan dan analisis teragih bagi pelbagai kuantiti fizikal seperti suhu dan terikan pada jarak jauh merentas wilayah. Oleh itu, kerumitan strukturnya agak tinggi. Sebaik sahaja kerosakan atau kemerosotan prestasi berlaku dalam pautan tertentu struktur ini, proses penyelesaian masalah dan pembaikan agak menyusahkan, tetapi apabila ia berjaya dibina, ia boleh memainkan fungsi pemantauan teragih yang berkuasa.
Sistem Penderiaan Suhu Gentian Bragg Grating: Strukturnya mempunyai kerumitan sederhana. Teras ialah komponen parut gentian optik, dan penghasilan jeriji gentian optik itu sendiri memerlukan proses khusus seperti fotolitografi. Namun begitu, berbanding dengan sistem pengesan gentian optik teragih, strukturnya agak mudah kerana ia tidak memerlukan mekanisme pemprosesan pelbagai titik pemantauan teragih yang kompleks. Namun begitu, apabila membentuk sistem pengesan suhu yang lengkap, ia juga perlu untuk bekerjasama dengan sumber cahaya dan peranti untuk memproses dan menganalisis cahaya yang dipantulkan (seperti kamera CCD, pemproses isyarat, dan peralatan lain yang digunakan untuk mengumpul dan memproses perubahan isyarat cahaya berdasarkan pantulan parut untuk mendapatkan maklumat suhu). Selain itu, apabila membina sistem kawalan suhu, adalah perlu untuk menambah komponen seperti modul kawalan dan penggerak untuk mencapai fungsi kawalan keseluruhan. Walaupun bilangan komponen tidak sebilangan besar sistem pengesan gentian optik teragih, struktur keseluruhan memerlukan padanan yang tepat dan kerja kolaboratif antara komponen optik berkaitan parut Bragg gentian dan kawalan litar tambahan, pengesanan, dan pautan lain. Terdapat juga keperluan kerumitan tertentu semasa penyepaduan sistem dan penyahpepijatan.

3、 Perbandingan penunjuk prestasi

Sistem pengesan suhu gentian optik pendarfluor:
Ketepatan pengukuran: Ketepatan pengukuran sistem boleh dilaraskan mengikut keperluan yang berbeza, dan julat ketepatan yang biasa digunakan meliputi ± 0.05 ℃ – ± 1 ℃. Produk yang berbeza, senario aplikasi, dll. akan menggunakan tahap ketepatan yang berbeza, tetapi secara keseluruhan, ia boleh memenuhi keperluan banyak industri dan beberapa senario khas dalam julat tertentu. Namun begitu, ketepatannya masih bergantung secara relatif pada faktor seperti kestabilan bahan pendarfluor dan tahap pengoptimuman algoritma pengukuran. Berbanding dengan penderia parut Bragg gentian, mungkin terdapat jurang 1 dalam bidang ketepatan tinggi.
Julat ukuran: Julat pengukuran suhu agak luas, dibahagikan kepada empat bahagian: -40 ℃ -+80 ℃- 40℃ – +250℃；- 40℃ – +400℃；+ 20 ℃ -+60 ℃ (perubatan), mampu menyesuaikan diri dengan keperluan julat suhu dari sejuk ke suhu tinggi, daripada persekitaran awam biasa kepada persekitaran perubatan dan kesihatan khas, dan banyak lagi senario penggunaan yang lain.
Prestasi anti gangguan: Keupayaan gangguan anti elektromagnet yang kuat. Disebabkan oleh penebat elektrik gentian optik itu sendiri dan hakikat bahawa pendaran dalaman dan prinsip pengesanan bahan pendarfluor tidak berkaitan dengan gangguan elektromagnet, ia masih boleh berfungsi dengan stabil walaupun dalam persekitaran medan elektromagnet voltan tinggi dan kompleks (seperti pemantauan suhu peralatan berhampiran peralatan voltan tinggi di dalam pencawang kuasa). Pada masa yang sama, probe gentian optik semua boleh menyesuaikan diri dengan pelbagai persekitaran yang menghakis kerana ia tidak menghakis mana-mana bahagian logam. Kelebihan anti-gangguan ini juga menjadikannya sangat mudah disesuaikan dengan elektrik yang berbeza, magnetik, dan persekitaran kimia, seperti mengukur suhu bahan di dalam bengkel kimia.
Sistem pengesan gentian optik teragih:
Ketepatan pengukuran: Dari segi ketepatan, ia agak terhad kerana mekanisme fizikalnya yang kompleks seperti hamburan Raman dan Brillouin, serta pelbagai faktor seperti bunyi persekitaran dan perubahan prestasi gentian. Dalam pengukuran suhu, walaupun pemantauan jarak jauh dan berskala besar boleh dicapai, ketepatannya agak lemah berbanding dengan penderia suhu ketepatan tinggi khusus. Contohnya, dalam pemantauan keselamatan saluran paip minyak jarak jauh, keperluan utama untuk ketepatan suhu adalah untuk mengesan julat besar anomali suhu, dan keperluan untuk ketepatan mutlak ketepatan berangka suhu bukanlah syarat yang diperlukan.
Julat ukuran: Ia boleh mempunyai julat kebolehsuaian yang besar dalam pemantauan suhu dan terikan, tetapi nilai khusus selalunya bergantung kepada pelbagai faktor seperti jenis gentian optik, sumber cahaya yang digunakan dalam sistem, dan peranti pengesanan. Contohnya, ia boleh digunakan untuk memantau regangan struktur dan regangan suhu yang disebabkan oleh parameter yang berkaitan dalam persekitaran perindustrian antara suhu bilik hingga suhu tinggi atau suhu rendah tertentu.
Prestasi anti gangguan: Keupayaan untuk menentang gangguan elektromagnet adalah kelebihan penting, kerana ia boleh berfungsi dalam persekitaran medan elektromagnet yang kuat tanpa gangguan. Pada masa yang sama, gentian optik itu sendiri adalah medium penderiaan dan penghantaran pasif, supaya ia boleh berfungsi dengan selamat di beberapa kawasan berbahaya (seperti lombong arang batu bawah tanah untuk memantau struktur terowong dan suhu untuk mengelakkan letupan gas dan bahaya lain, tanpa risiko elektrik seperti percikan elektrik). Namun begitu, secara relatifnya, ia lebih sensitif kepada kerosakan kepada gentian itu sendiri atau gangguan alam sekitar (seperti regangan dan lenturan gentian yang berlebihan, turun naik yang besar dalam persekitaran tempatan suhu sepanjang gentian, dan kesan pengukuran pada isyarat bertaburan). Walaupun terdapat banyak kaedah dalam reka bentuk untuk mengurangkan kesan ini, kestabilan kekal sebagai cabaran dalam penilaian prestasi.

Sistem Penderiaan Suhu Gentian Bragg Grating:

Ketepatan pengukuran: Ia mempunyai ketepatan pengukuran yang tinggi, yang berdasarkan prinsip modulasi suhu yang sangat tepat bagi panjang gelombang parut Bragg gentian. Contohnya, ia boleh menunjukkan kelebihannya dalam senario yang memerlukan ketepatan tinggi, seperti peralatan ketepatan dan pemantauan suhu kawasan kecil dalam organisma hidup. Ia boleh mencapai pengesanan sensitiviti ultra tinggi pada tahap sub millikelvin, dan menyediakan data yang tepat dalam pemantauan suhu instrumen dan peralatan ketepatan, serta senario pengesanan di mana perubahan suhu sangat halus dalam bidang bioperubatan.
Julat ukuran: Walaupun ia boleh memenuhi keperluan dalam banyak senario, ia menimbulkan cabaran yang ketara kepada kestabilan bahan optik dan struktur parut dalam keadaan suhu tinggi atau rendah yang melampau, dan julat pengukurannya tidak seluas sistem pengesan suhu gentian pendarfluor. Namun begitu, pembuatan khas dan reka bentuk yang dioptimumkan untuk jeriji Bragg gentian berbeza sebahagiannya boleh mengembangkan julat ukuran untuk memenuhi keperluan lebih banyak jenis senario.
Prestasi anti gangguan: Keupayaan gangguan anti elektromagnet yang kuat, kerana arusnya tidak memerlukan sambungan luaran dan prinsip pengukuran pantulan optik yang stabil, ia kurang terjejas oleh gangguan elektromagnet luaran. Mampu memantau kestabilan suhu dalam persekitaran industri biasa, peralatan perubatan persekitaran elektronik, and some basic scientific research environments where multiple electromagnetic devices coexist. Namun begitu, due to its relatively more precise structure, fiber Bragg gratings may affect their measurement performance under some external conditions (such as significant physical impact or strain that may damage the grating structure). Namun begitu, under normal circumstances, as long as obvious physical damage risks are avoided, the overall anti-interference ability is strong.

Sensor suhu gentian optik, Sistem pemantauan pintar, Pengeluar gentian optik yang diedarkan di China