Penderia suhu gentian optik INNO ,sistem pemantauan suhu.
1、 Key points for comprehensive selection of fiber optic sensors for temperature measurement
When selecting fiber optic sensors for temperature measurement, multiple factors need to be considered comprehensively.
1.1 Application field requirements
Special environmental adaptability
If it is in an electromagnetic/radio frequency environment, traditional temperature measurement methods may be severely interfered with and unable to work properly. Fiber optic sensors have become a good choice due to their anti electromagnetic interference characteristics. Contohnya, in the power system, areas near high-voltage cables or electrical equipment have strong electromagnetic fields, and fiber optic sensors can stably measure temperature without electromagnetic interference, memastikan ketepatan dan kebolehpercayaan pengukuran.
Apabila terdapat situasi berbahaya seperti mudah terbakar, letupan, dan kakisan dalam persekitaran pengukuran, terdapat keperluan khas untuk keselamatan / rintangan kakisan. Penderia gentian optik, disebabkan oleh kekurangan risiko keselamatan seperti percikan elektrik, dan sesetengah sensor gentian optik boleh mempunyai rintangan kakisan melalui pemilihan bahan (seperti salutan atau sarung khas), sesuai untuk senario seperti pemantauan suhu tangki simpanan di kilang kimia dan pengukuran suhu dalam persekitaran mudah terbakar dan meletup seperti telaga minyak.
Dalam sesetengah persekitaran pemasangan dengan ruang terhad dan keperluan khas untuk saiz penderia, penderia gentian optik boleh mencapai ukuran yang tepat dengan saiznya yang lebih kecil. Fiber optic sensors can adapt well to small spaces for temperature detection, such as temperature monitoring inside small electronic devices and precision instruments.
Measurement accuracy and sensitivity requirements
Fiber optic sensors are a suitable choice for situations with particularly high requirements for accuracy, sensitiviti, jangka hayat, kestabilan/kebolehpercayaan, dll. Contohnya, dalam bidang perubatan, fiber optic sensors can be used to measure the temperature of internal tissues in the human body. Their high precision and sensitivity can meet the requirements of life science measurement, and play an important role in the study of temperature regulation mechanisms or temperature monitoring during thermal therapy for certain diseases.
1.2 Selection of Measurement Points and Sensor Types
The choice between single point and distributed
When there are less than 50 titik pengukuran, a “titik tunggal” sensor is usually used. Contohnya, apabila memantau suhu satu peranti kecil (seperti pengubah jenis kering tunggal) atau bekas cecair berkapasiti kecil, penderia titik tunggal boleh memenuhi keperluan. Penderia titik tunggal mempunyai volum yang kecil dan kos yang agak rendah, dan mempunyai kelebihan dalam susun atur ruang terhad dan bajet kos. Sensor gentian optik titik tunggal adalah mencukupi untuk keperluan pemantauan suhu, seperti mengukur suhu air dalam akuarium kecil untuk kegunaan rumah.
Apabila terdapat lebih daripada 50 titik pengukuran, “diedarkan” penderia biasanya digunakan. Contohnya, dalam memantau pengagihan suhu dalaman di banyak lantai dan bilik yang berbeza di bangunan besar, atau dalam memantau medan suhu jambatan (di mana banyak titik pengukuran diedarkan di bahagian jambatan yang berlainan), pengesan gentian optik yang diedarkan boleh secara berterusan mendapatkan maklumat suhu daripada berbilang titik melalui kabel gentian optik tunggal. Walaupun kos penderia tunggal mungkin lebih tinggi daripada penderia titik tunggal, ia adalah pilihan yang lebih baik untuk jumlah kos dan kecekapan pemerolehan data bagi sejumlah besar titik pengukuran. Contohnya, dalam bilik pelayan pusat data, untuk memantau suhu sebilangan besar pelayan secara menyeluruh, pengesan gentian optik yang diedarkan boleh meliputi banyak titik pemantauan sekaligus, berkesan mengurangkan bilangan penderia, mengelakkan pendudukan angkasa lepas, dan mencapai pemantauan suhu yang cekap.
1.3 Julat Suhu, Ketepatan, dan Keperluan Resolusi
Padanan julat suhu
Pilih penderia gentian optik yang sesuai berdasarkan julat suhu sebenar yang diukur. Julat pengukuran suhu sensor biasanya dibahagikan kepada empat bahagian: -40-+80 ℃- 40 – +250℃；- 40 – +400℃；+ 20-+60 ℃ (perubatan). Contohnya, dalam pemantauan suhu dalaman umum (biasanya antara -10 ℃ -+40 ℃), kebanyakan sensor gentian optik boleh memenuhi keperluan; Pemantauan suhu berhampiran relau industri mungkin memerlukan penderia yang mampu mengukur julat suhu tinggi (seperti -40-+400 ℃ atau lebih tinggi); Dalam perubatan, penderia dengan julat suhu sempit +20-+60 ℃ sesuai untuk memantau terapi haba di bahagian tertentu badan manusia, seperti otak.
Pertimbangan Ketepatan dan Resolusi
Keperluan ketepatan untuk mengukur suhu biasanya dibahagikan kepada lima tahap: ± 0.05 ℃, ± 0.1 ℃, ± 0.3 ℃, ± 0.5 ℃, dan ± 1 ℃. Untuk beberapa situasi yang sangat sensitif terhadap perubahan suhu, seperti peralatan eksperimen berketepatan tinggi (such as laboratory devices that require precise control of chemical reaction temperature) or advanced medical equipment (such as temperature monitoring in some precision tumor hyperthermia processes), it is necessary to choose fiber optic sensors with high accuracy (such as ± 0.05 ℃ or ± 0.1 ℃); In general industrial or civilian environments where precision requirements are not extremely high (such as room temperature monitoring in ordinary factories or indoor temperature measurement in ordinary households), sensors with a precision of ± 0.5 ℃ or ± 1 ℃ may already be sufficient to meet the requirements. In terms of resolution, high-resolution sensors can detect even smaller temperature changes, making them more suitable for precise measurement of temperature changes.
1.4 Working types of probes
Immersion probe
Penderia rendaman boleh digunakan untuk mengukur suhu pepejal, cecair, dan gas. Dalam industri, sensor rendaman lebih sesuai untuk mengukur suhu tangki cecair industri. Penderia rendaman telah menjalani rawatan khas, dan gentian optik mempunyai kekuatan dan keliatan yang kuat, yang boleh menahan kakisan kimia dalam tangki cecair. Contohnya, dalam tangki simpanan bahan mentah kimia, sensor gentian optik jenis rendaman boleh berfungsi secara stabil dalam larutan kimia untuk masa yang lama dan mengukur suhu cecair dengan tepat. Lebih-lebih lagi, probe ini boleh mengukur suhu air dalam tangki ikan dengan berkesan (persekitaran cecair), medan suhu dalam ketuhar (persekitaran gas), atau suhu tanah (persekitaran yang kukuh).
Kuar jenis kenalan
Penderia kenalan khusus dalam mengukur suhu permukaan objek, seperti pemantauan suhu peralatan voltan tinggi seperti transformer jenis kering, alat suis voltan tinggi, dan busbar voltan tinggi. Dalam pengendalian dan penyelenggaraan peralatan sistem kuasa, by attaching contact type fiber optic sensors to the surface of the equipment, the temperature changes on the equipment surface can be obtained at any time, so as to timely detect overheating problems, prevent faults, and ensure the safe and stable operation of the power system.
Medical probe
Medical sensors 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. In clinical medicine, contohnya, when measuring the local temperature of certain organs inside the human body (such as the heart and liver) or monitoring the temperature of transplanted tissues, medical fiber optic sensors can avoid causing excessive trauma to the human body and achieve accurate temperature measurement.
2. Perkara utama untuk memilih penderia gentian optik pendarfluor
2.1 Prinsip dan Ciri
prinsip
Penderia suhu gentian optik pendarfluor ialah penderia pengukuran suhu berdasarkan prinsip pendarfluor. Bahan pendarfluor ialah bahan yang boleh menyerap cahaya dengan panjang gelombang tertentu dan memancarkan cahaya dengan panjang gelombang yang lebih panjang. Apabila bahan pendarfluor dipengaruhi oleh perubahan suhu, ciri pendarfluor mereka juga akan berubah. Penderia suhu gentian optik pendarfluor biasa merangkumi beberapa bahagian seperti sumber cahaya, gentian optik, bahan pendarfluor, dan spektrometer. Pertama sekali, sumber cahaya menjana cahaya pengujaan dengan panjang gelombang tertentu, yang dihantar ke bahan pendarfluor melalui gentian optik. Selepas menyerap cahaya pengujaan, bahan pendarfluor mengeluarkan isyarat pendarfluor dengan panjang gelombang tertentu, yang dihantar kembali ke spektrometer untuk pengesanan melalui gentian optik. Apabila suhu berubah, ciri pendarfluor bahan pendarfluor mungkin perubahan dalam keamatan pendarfluor atau anjakan dalam panjang gelombang pendarfluor. Nilai suhu boleh ditentukan dengan mengukur keamatan atau panjang gelombang isyarat pendarfluor.
characteristic
Ketepatan tinggi: Fluorescent materials are particularly sensitive to temperature changes, making fluorescent fiber temperature sensors have high measurement accuracy. This high precision is very important in some scenarios that are sensitive to subtle temperature changes, such as cell culture temperature monitoring in biomedicine. Even small temperature deviations may affect cell growth and experimental results. Fluorescent fiber optic sensors can accurately detect temperature changes and ensure the stability of the experimental environment.
Respon cepat: Fluorescent fiber optic temperature sensors have a fast response speed, boleh memantau perubahan suhu dalam masa nyata, dan bertindak balas dengan segera. In some real-time demanding situations, such as temperature monitoring during rapid chemical reactions, it is necessary to obtain temperature change information in a timely manner to adjust reaction conditions. Penderia gentian optik pendarfluor boleh bertindak balas dengan cepat terhadap perubahan suhu dan memastikan kemajuan normal tindak balas.
Pengukuran teragih: Penderia suhu gentian optik pendarfluor boleh memantau suhu di beberapa lokasi secara serentak melalui kabel gentian optik tunggal. Keupayaan pengesanan teragih ini menjadikan penderia sangat berguna dalam situasi di mana berbilang titik perlu dipantau. Contohnya, dalam gudang besar yang disejukkan, suhu di lokasi yang berbeza perlu dipantau serentak. Penderia gentian optik pendarfluor menggunakan gentian optik tunggal untuk menyusun bahan pendarfluor di lokasi yang berbeza untuk mencapai pemantauan suhu teragih di beberapa titik, mengurangkan kos pendawaian dan kerumitan.
Keupayaan anti-gangguan yang kuat: Dalam persekitaran elektromagnet yang kompleks, penderia suhu tradisional mungkin dipengaruhi oleh isyarat gangguan, manakala penderia suhu gentian optik pendarfluor boleh berfungsi secara normal tanpa terjejas oleh isyarat gangguan. Contohnya, dalam persekitaran industri dengan banyak peranti elektromagnet atau pemantauan suhu di sekitar pencawang kuasa, penderia gentian optik pendarfluor boleh memperoleh nilai suhu secara stabil.
Kestabilan jangka panjang: Bahan pendarfluor mempunyai ketahanan dan kestabilan yang kuat, dan sensor boleh mengekalkan kestabilan prestasi tinggi semasa penggunaan jangka panjang. Sesuai untuk persekitaran kerja berterusan jangka panjang, seperti pemantauan suhu peralatan penerokaan laut dalam (pendedahan jangka panjang kepada persekitaran bawah air yang keras) atau stesen pemantauan jangka panjang geofizik (memerlukan pengumpulan data jangka panjang).
Julat suhu yang luas: Penderia suhu gentian optik pendarfluor sesuai untuk pelbagai suhu persekitaran, dari serendah tolak Baidu hingga setinggi beberapa ratus darjah Celsius. Penderia gentian optik pendarfluor juga boleh digunakan untuk pemantauan suhu peralatan penyelidikan saintifik dalam persekitaran suhu yang melampau, seperti berhampiran bolong gunung berapi suhu tinggi atau di kawasan Antartika yang sejuk.
Fleksibiliti tinggi: Bahan pendarfluor untuk penderia boleh dipilih dan direka bentuk mengikut keperluan sebenar untuk memenuhi keperluan pelbagai bidang aplikasi tertentu. Contohnya, bahan pendarfluor tertentu boleh dipilih untuk sistem kimia yang berbeza untuk menyesuaikan diri dengan pengukuran suhu dalam persekitaran kimia dan meningkatkan kebolehsuaian penderia.
2.2 Pemilihan dan Pertimbangan Permohonan
Keutamaan harus diberikan kepada situasi dengan sedikit titik pengukuran
Mengikut korelasi antara bilangan titik ukuran dan jenis sensor yang disebutkan tadi, apabila bilangan titik pengukuran kurang daripada 50, a “titik tunggal” sensor is usually used, dan penderia pendarfluor tergolong dalam jenis penderia titik tunggal. Dalam senario seperti pemantauan suhu peranti kecil, seperti pemantauan suhu dalaman perkakas rumah (seperti cerek elektrik, pengering rambut, dll.), atau pengukuran suhu bagi bekas reaksi kecil individu di makmal, penderia gentian optik pendarfluor mempunyai kelebihan dalam kawalan kos dan kemudahan pemasangan kerana bilangan titik pengukuran yang kecil.
Sesuai untuk senario dengan keperluan tinggi untuk kelajuan dan ketepatan tindak balas
Jika kelajuan tindak balas dan keperluan ketepatan untuk pengukuran suhu adalah tinggi dalam senario aplikasi tertentu, seperti dalam beberapa peralatan perubatan ketepatan (seperti peralatan rawatan laser oftalmik berketepatan tinggi pemantauan suhu dalaman atau pemantauan suhu saluran darah semasa pembedahan pintasan jantung), penderia gentian optik pendarfluor boleh memenuhi keperluan kerana tindak balas pantas dan ciri ketepatan tinggi.
Tidak sesuai untuk situasi dengan bilangan titik pengukuran yang banyak
Disebabkan oleh fakta bahawa penderia gentian optik pendarfluor kebanyakannya jenis titik tunggal, jika pemantauan suhu diperlukan untuk sejumlah besar titik (seperti lebih daripada 50 titik pengukuran), menggunakan penderia gentian optik pendarfluor akan mengakibatkan kos yang lebih tinggi. Dalam kes ini, ia adalah lebih sesuai untuk memilih sensor yang diedarkan, seperti dalam senario pemantauan suhu ratusan nod peralatan di loji industri besar atau banyak bilik di bangunan besar.
3. Perkara utama untuk memilih penderia gentian optik yang diedarkan
3.1 Prinsip dan Komponen Asas
prinsip
Dalam teknologi pengesan gentian optik teragih, fiber optic is both a sensing medium and a data transmission medium. By utilizing the characteristics of light waves transmitted in fiber optic, continuous sensing measurements can be taken along the length direction of the fiber optic. With the help of changes in light waves, environmental physical parameters such as temperature, ketegangan, tekanan, dll. can be extracted to obtain information on the spatial distribution status of the measured object over time. The main principles of distributed fiber optic sensing technology include sensing technology based on optical interference principle and sensing technology based on scattering principles such as Rayleigh, Brillouin, Raman, dll. This article focuses on the optical frequency domain reflectometry (OFDR) technology based on Rayleigh scattering, which indirectly reflects the strain of structural components by sensing the strain of optical fibers arranged on them. The measured strain is actually transmitted from the structural components to the strain on the optical fibers. When demodulating temperature or strain in distributed fiber optic sensors, OFDR technology shows that both strain and temperature are demodulated by Rayleigh scattering frequency shift signals in the fiber optic. Pada dasarnya, strain signals and temperature signals cannot be distinguished. Oleh itu, different sensing fibers need to be used to distinguish strain and temperature during testing.
Basic Composition
The commonly used distributed fiber optic sensors on the market are bare fiber optic sensors or distributed fiber optic cable sensors that are encapsulated and armored on the outer layer of bare fiber optic cables. Secara amnya, bare optical fibers are composed of a core, a cladding, and a coating layer. The core and cladding are made of silicon dioxide with different refractive indices. The refractive index of the core is greater than that of the cladding. When the incident light satisfies the total reflection angle in the fiber, it can propagate in the fiber. The coating material is generally acrylic ester, which mainly serves to protect the optical fiber from external damage and increase its toughness, thereby extending the service life of the optical fiber. Distributed sensing optical cable is composed of an outer sheath wrapped around bare optical fiber, and the material of the outer sheath is mostly plastic (such as PE, PVC, PTFE, ETFE, dll.). Its main function is to strengthen the structural strength of distributed optical fiber sensors and enable them to survive better in harsh environments.
3.2 Pemilihan dan Pertimbangan Permohonan
Large number of measurement points and distributed demand situation
Apabila terdapat lebih daripada 50 titik pengukuran, “diedarkan” sensors such as fiber Bragg grating sensors are usually used. In the temperature field monitoring of large engineering structures such as long-distance bridges, terowong, dan bangunan besar, there are numerous measurement points. Diedarkan penderia gentian optik can layout fibers along the entire structure to obtain a large amount of temperature data from each point at once, achieving comprehensive temperature distribution monitoring. Contohnya, on a sea crossing bridge spanning several kilometers, memasang penderia gentian optik yang diedarkan di bahagian berlainan badan jambatan dengan segera boleh mengesan anomali suhu di kawasan bermasalah yang disebabkan oleh perubahan suhu persekitaran atau tekanan haba dalaman, yang sangat penting untuk penyelenggaraan selamat jambatan.
Menyesuaikan diri dengan persekitaran yang kompleks dan senario pemantauan jangka panjang
Pengesan gentian optik yang diedarkan mempunyai kelebihan seperti bukan elektrifikasi, saiz kecil, kebolehlenturan, rintangan kepada gangguan elektromagnet, sensitiviti yang tinggi, dan rintangan kakisan. Pemantauan suhu saluran paip atau kabel jarak jauh sangat sesuai dalam beberapa persekitaran elektromagnet yang kompleks, seperti di sekitar pencawang voltan tinggi, bengkel kilang elektromagnet yang besar, dll; Ia juga boleh digunakan untuk pemantauan suhu dalam persekitaran yang mempunyai kakisan yang kuat, seperti saluran paip kumbahan bawah tanah, saluran paip pengangkutan bahan mentah kimia, dll. Lebih-lebih lagi, in large-scale mining sites or underground cavities where temperature monitoring is of equal length, distributed fiber optic sensors can effectively meet monitoring needs due to their good adaptability and long-distance installation characteristics.
Selection criteria for fiber type and sheath material
Fiber optic type:
Some common single-mode fiber models on the market, such as G652 and G657 series fibers, can be used as sensors based on Rayleigh scattering OFDR technology. The difference between the two is that G657 series fibers are bend resistant fibers, which have smaller bending losses compared to G652 series at the same bending radius. For some engineering testing sites or complex structural testing, fiber optic sensors inevitably experience some bending losses during deployment. Oleh itu, for OFDR technology, choosing G657 series fiber optic as the sensor has more advantages than G652 series fiber optic.
When precise structural strain testing is required or when sensing accuracy can be guaranteed while protecting the optical fiber from damage, PI fiber (polyimide fiber) can be used as the sensor because the strain transmission effect of its coating material is comparable to that of bare fiber, and better than that of ordinary fiber (acrylic coating). In some ordinary measurement scenarios, if the accuracy requirements are not particularly high, ordinary single-mode fiber can meet the requirements. For temperature measurement optical fibers, loose sheathed optical fibers are generally selected, which consist of a 0.9mm hollow sheath on the outside and a 165um PI optical fiber in the center. Ini membolehkan gentian optik bergerak bebas di dalam sarung, dan ketegangan yang dihasilkan oleh bahagian luar dilindungi oleh sarung luar. Oleh itu, penderia gentian optik bersarung longgar hanya boleh menguji perubahan suhu luaran. Untuk ujian terikan dalam persekitaran suhu malar, gentian terdedah atau gentian bersarung secara amnya boleh memenuhi keperluan. Pilihan gentian khusus boleh bergantung pada senario aplikasi sebenar; Untuk ujian terikan dalam persekitaran suhu berubah-ubah, adalah perlu untuk menggunakan gentian optik pampasan suhu untuk ujian. Contohnya, a gentian optik pampasan suhu terdiri daripada dua sensor gentian optik, satu daripadanya ialah gentian optik bersarung ketat dan satu lagi gentian optik bersarung longgar. Gentian optik yang bersarung rapat dipengaruhi oleh kedua-dua suhu dan ketegangan, while the loosely sheathed optical fiber is only affected by temperature. By subtracting the two, the strain generated by the optical fiber can be obtained.
Sheath material:
In harsh environments, if bare optical fibers are no longer suitable for use due to their thinness and susceptibility to damage, tight sheathed optical cables need to be selected to ensure survival rates. Although tight sheathed optical cables have higher structural strength compared to bare optical fibers, their strain transmission loss is greater than that of bare optical fibers, and the loss of strain transmission increases with the increase of sheath diameter. The conventional types of tight sheathed optical fibers include 0.9mm diameter, 2diameter mm, and even larger diameter armored optical cables. Biasanya, under the condition of ensuring the survival of fiber optic sensors, it is recommended to prioritize the use of tightly sheathed fibers with smaller diameters as sensors to ensure better sensing performance. Selain itu, the sheath material should be selected according to the actual temperature environment. Different sheath materials (such as PE, PVC, PTFE, ETFE, dll.) have different temperature resistance properties. Contohnya, in high temperature environments, it may be necessary to choose sheath materials that can withstand high temperatures to protect the optical fiber and ensure the normal operation of the sensor.
4. Key points for selecting fiber Bragg grating sensors
4.1 Prinsip dan Ciri
prinsip
Fiber Bragg Grating sensor is a type of sensor used for measuring and monitoring physical quantities. Prinsipnya ialah menggunakan gentian optik berstruktur parut untuk mengganggu cahaya pantulan cahaya kejadian. Dengan mengukur perbezaan fasa cahaya gangguan dan membandingkannya dengan parut templat, kuantiti fizik yang diukur boleh diperolehi. Dari segi pengukuran suhu, apabila suhu luaran berubah, tempoh atau indeks biasan gentian Bragg grating akan berubah, mengakibatkan pergeseran panjang gelombang cahaya yang dipantulkan. Dengan mengesan anjakan panjang gelombang, nilai perubahan suhu boleh diperolehi.
characteristic
Kepekaan tinggi: mampu mengukur perubahan suhu yang halus. Dalam sesetengah peranti atau persekitaran yang sensitif terhadap perubahan suhu (seperti pemantauan suhu dalaman instrumen optik berketepatan tinggi, pemantauan suhu persekitaran penyimpanan suhu rendah sampel biologi, dll.), even small temperature fluctuations may affect device performance or sample preservation effectiveness. Fiber Bragg grating sensors can accurately detect these subtle changes and issue timely warnings or adjust control measures.
High resolution: able to detect the absolute value of small changes. It performs well in monitoring small temperature differences, such as in the study of heat dissipation performance of electronic chips, where precise understanding of the small temperature differences at various points on the chip surface is required. Fiber Bragg grating sensors can provide high-precision temperature resolution to meet research needs.
Ketepatan tinggi: It can obtain high-precision measurement results, which is very important in many precision experiments, industrial production process control (seperti kawalan suhu dalam proses pembuatan kaca berketepatan tinggi, di mana sisihan suhu yang kecil boleh menjejaskan kualiti kaca), atau peralatan perubatan mewah (seperti pengurusan suhu dalaman peralatan rawatan laser khas tertentu) senario, membantu memastikan ketepatan proses dan kualiti produk dan peralatan.
Kestabilan yang tinggi: Penderia parut Fiber Bragg mempunyai kestabilan yang tinggi dan boleh mengekalkan ketepatan walaupun dalam pengukuran jangka panjang. Dalam senario pemantauan suhu berterusan jangka panjang, seperti pemantauan suhu peralatan aeroangkasa semasa misi penerbangan jangka panjang, rakaman suhu jangka panjang stesen cerapan meteorologi, dll., penderia parut Bragg gentian boleh berfungsi dengan pasti dan mengeluarkan data suhu yang tepat dengan stabil.
Bebas daripada gangguan elektromagnet: Because signal transmission is achieved through optical signals, fiber Bragg grating sensors are not easily affected by electromagnetic interference. This makes it very practical for temperature measurement in strong electromagnetic environments, such as inside power system substations, large electromagnetic equipment manufacturing workshops, dll., without being easily affected by electromagnetic interference and measurement errors like traditional electronic sensors.
4.2 Pemilihan dan Pertimbangan Permohonan
Consider the diversity requirements for measuring physical quantities
Fiber Bragg grating sensors can be used not only for temperature monitoring, but also for measuring other physical quantities such as strain monitoring. In some practical application scenarios, such as large building structures or mechanical equipment, jika perlu untuk memantau suhu struktur ini sambil juga memahami ketegangan struktur, penderia parut Bragg gentian boleh mengukur berbilang kuantiti fizikal secara serentak seperti suhu dan ketegangan. Contohnya, dalam pemantauan kesihatan struktur jambatan, penderia parut Bragg gentian diedarkan di sepanjang badan jambatan, yang boleh mendapatkan data suhu dan terikan secara serentak daripada bahagian yang berbeza, menilai secara komprehensif status struktur jambatan itu, dan mempunyai kepentingan penting untuk meramal dan mencegah kemungkinan kerosakan, keletihan dan masalah lain jambatan.
Sesuai untuk sejumlah besar titik pengukuran dan senario ukuran teragih
Penderia parut Fiber Bragg boleh berfungsi dengan baik apabila melibatkan sejumlah besar titik pengukuran. Serupa dengan pengesan gentian optik teragih, di tapak perindustrian berskala besar, kemudahan bangunan, dan senario lain yang memerlukan banyak titik pengukuran, penderia parut gentian optik boleh menggunakan teknologi pemultipleksan untuk menetapkan berbilang parut pada gentian tunggal untuk mencapai pengukuran suhu pada kedudukan yang berbeza. Contohnya, dalam loji kuasa haba yang besar, banyak peralatan dan saluran paip diedarkan di kawasan yang luas. Dengan menyusun rangkaian penderia parut gentian optik secara munasabah, pemantauan suhu lokasi utama peralatan dan saluran paip yang berbeza di seluruh loji kuasa boleh dicapai, yang membantu meningkatkan keselamatan dan kecekapan pengendalian peralatan.
Mengimbangi keperluan kos dan prestasi
Walaupun sensor parut Bragg gentian mempunyai banyak sifat yang sangat baik, harga mereka agak tinggi. Dalam sesetengah senario aplikasi sensitif kos, adalah perlu untuk mengimbangi hubungan antara prestasi dan kos. Contohnya, di beberapa bangunan biasa awam keperluan pemantauan suhu dalaman, jika hanya anggaran perubahan dalam suhu dalaman keseluruhan diperolehi, ketepatan tinggi dan prestasi penderia parut Bragg gentian mungkin tidak diperlukan. Dalam kes ini, penderia suhu tradisional kos rendah boleh dipilih; Dalam sesetengah senario pengeluaran perindustrian atau penyelidikan saintifik mewah, keperluan prestasi tinggi seperti ketepatan dan kebolehpercayaan pengukuran suhu diperlukan, dan kelebihan berprestasi tinggi penderia parut Bragg gentian boleh dicerminkan sepenuhnya apabila belanjawan membenarkan.
5. Analisis perbandingan pelbagai jenis penderia gentian optik
5.1 Perbezaan dalam Prinsip Pengukuran
Principle of Fluorescent Fiber Optic Sensor
Based on the fluorescence intensity or wavelength changes of fluorescent materials under temperature changes, temperature detection is achieved by transmitting signals through optical fibers. The light emitted by the light source is transmitted to the fluorescent material through optical fibers. After absorbing the excitation light, the fluorescent material emits fluorescence signals of different intensities or wavelengths according to temperature changes, which are then transmitted to the spectrometer for detection through optical fibers.
Principle of Distributed Fiber Optic Sensor
Fiber optic is both a sensing medium and a transmission medium, dan penderiaan dan pengukuran berterusan dijalankan di sepanjang kabel gentian optik melalui ciri penghantaran gelombang cahaya dalam kabel gentian optik. Mengambil teknologi OFDR berdasarkan taburan Rayleigh sebagai contoh, dengan menyahmodulasi isyarat hamburan Rayleigh dalam gentian optik dan mendapatkan maklumat tentang perubahan dalam parameter fizikal seperti suhu, adalah tidak mungkin untuk membezakan secara langsung antara isyarat terikan dan suhu. Jenis gentian optik yang berbeza perlu dipilih untuk senario pengukuran yang berbeza, seperti gentian optik bersarung longgar untuk pengukuran suhu.
Prinsip Fiber Bragg Grating Sensor
Dengan menggunakan gentian berstruktur parut untuk memantulkan dan mengganggu cahaya kejadian, temperature changes can cause a change in the period or refractive index of the fiber grating, mengakibatkan pergeseran panjang gelombang cahaya yang dipantulkan. The temperature change value can be obtained by measuring the wavelength shift.
5.2 Performance Characteristics Comparison
ketepatan pengukuran
Penderia Grating Fiber Bragg: Secara teori, it has high accuracy, which mainly depends on the control of grating period spacing and effective refractive index, as well as the linearity of the measurement process. When the machining accuracy is guaranteed, due to its direct linear conversion relationship measurement, its accuracy is easy to guarantee, and the reflected light is sharp in the frequency domain, making the measurement of the central spectral line more accurate. It has advantages in scenarios that require high accuracy, such as high-end medical equipment temperature monitoring or high-precision laboratory research.
Penderia gentian optik pendarfluor: Ketepatan pengukuran terutamanya bergantung pada ciri-ciri bahan pendarfluor yang teruja untuk memancarkan pendarfluor dan pengesanan perubahan dalam keamatan pendarfluor. Pada masa ini, tahap teknologi menjadikan ketepatannya setanding dengan dua yang lain, tetapi dalam aplikasi praktikal, ketepatan juga dipengaruhi oleh faktor seperti bahan, tahap pemprosesan, dan resolusi demodulator isyarat. Ia sesuai untuk senario ketepatan tinggi umum di mana keperluan ketepatan bukanlah yang tertinggi, seperti pemantauan suhu peralatan industri am.
Pengesan gentian optik yang diedarkan: Ketepatan terutamanya dipengaruhi oleh teknologi pengesanan yang digunakan (seperti teknologi OFDR berasaskan taburan Rayleigh), jenis gentian optik (seperti lapisan salutan yang berbeza, bahan sarung, dll.), dan pengaruh persekitaran aplikasi pada isyarat penderiaan. In some long-distance distributed measurement scenarios, although the single point accuracy may not be as good as fiber Bragg grating sensors, it can provide overall temperature distribution, which is suitable for large-scale temperature monitoring scenarios where accuracy requirements are not extremely high, such as temperature field monitoring of large buildings.
kelajuan tindak balas
Penderia Grating Fiber Bragg: A high-performance demodulation and demultiplexing receiver is required, and the processing capability of the receiver often affects its response frequency. Relatively speaking, its response speed is affected by its complex wavelength shift detection technology and other factors. In scenarios with high real-time requirements for response speed, it may not be as good as fluorescent fiber optic sensors.
Penderia gentian optik pendarfluor: Ia mempunyai ciri tindak balas pantas dan boleh bertindak balas dengan cepat terhadap perubahan suhu, terutamanya disebabkan oleh prinsip pengesanan langsung berdasarkan ciri pendarfluor. Ia berprestasi lebih baik dalam senario dengan keperluan pemantauan suhu masa nyata yang tinggi, seperti kawalan suhu dalam proses tindak balas kimia tertentu atau pemantauan suhu dalam proses tindak balas pantas biologi.
Pengesan gentian optik yang diedarkan: Kelajuan tindak balas mereka dipengaruhi oleh pelbagai faktor seperti jenis gentian, teknologi pengesanan, dll. Namun begitu, dalam proses pengukuran teragih, mereka boleh terus memantau suhu pada titik yang berbeza. Walaupun kelajuan tindak balas satu titik mungkin tidak begitu pantas, ia boleh memenuhi keperluan untuk mendapatkan taburan suhu keseluruhan di bawah tempoh persampelan tertentu. Ia amat sesuai untuk senario pemantauan kestabilan suhu jangka panjang seperti struktur besar.
Julat ukuran (ciri-ciri teragih)
Penderia Grating Fiber Bragg: Kisi berbilang boleh ditetapkan pada gentian optik tunggal melalui teknologi pemultipleksan untuk mencapai pengukuran berbilang titik. Namun begitu, berbanding dengan penderia gentian optik pendarfluor, keupayaan pengukuran teragihnya lebih bergantung pada teknologi rangkaian dan sokongan peralatan, dan dihadkan oleh faktor seperti kos. Contohnya, bilangan jeriji yang boleh ditetapkan pada kos tertentu adalah terhad, tetapi ia berfungsi dengan baik dari segi ketepatan titik pengukuran tunggal. Ia sesuai untuk senario pengukuran teragih yang memerlukan ketepatan titik tunggal dan mempunyai titik pengukuran yang agak kurang, seperti pengukuran suhu dan terikan beratus-ratus nod utama dalam beberapa struktur jambatan.
Penderia gentian optik pendarfluor: Ia mempunyai keupayaan pengukuran teragih tertentu dan secara serentak boleh memantau suhu berbilang lokasi melalui kabel gentian optik tunggal. Namun begitu, ia agak lemah dalam memerlukan skala besar, pengukuran teragih jarak jauh dan lebih sesuai untuk pemantauan suhu berbilang titik pengukuran dalam skala kecil, kawasan yang agak tertumpu, seperti pemantauan suhu pelbagai peranti di bengkel kilang kecil.
Pengesan gentian optik yang diedarkan: direka khas untuk ukuran teragih, dengan kelebihan dapat mencapai pengukuran taburan suhu jarak jauh dan berskala besar yang berterusan di sepanjang kabel gentian optik. Ia sesuai untuk pemantauan medan suhu komprehensif bagi struktur kejuruteraan besar seperti galeri paip komprehensif bawah tanah (beribu-ribu meter atau lebih lama lagi) dan jambatan lintasan laut ultra panjang.
5.3 Perbandingan Kos dan Kerumitan
kos
Penderia Grating Fiber Bragg: Kosnya agak tinggi, terutamanya disebabkan oleh keperluan prestasi tinggi seperti ketepatan dan kestabilan yang tinggi, yang mengakibatkan kos yang lebih tinggi dalam proses pembuatan, aksesori peralatan, dan aspek lain. Dalam senario di mana belanjawan terhad dan keperluan prestasi seperti ketepatan tidak begitu tinggi, keberkesanan kosnya mungkin tidak tinggi, seperti senario pemantauan suhu di beberapa bangunan kediaman biasa.
Penderia gentian optik pendarfluor: Dengan kos sederhana dan struktur yang agak mudah, ia adalah pilihan kos efektif dalam senario di mana ketepatan dan prestasi memenuhi keperluan, seperti pemantauan suhu peralatan industri am atau pengurusan suhu kemudahan komersial kecil.
Pengesan gentian optik yang diedarkan: Kos bergantung pada skala pengukuran, required fiber optic type, and supporting demodulation equipment. In large-scale measurement scenarios, although the cost of a single distributed fiber optic sensor may not be low, it may have a cost advantage over a single point sensor in achieving measurements of the same scale due to its ability to cover a large number of measurement points; Namun begitu, in small-scale measurement scenarios, the cost is relatively high. Contohnya, when monitoring the temperature of several individual small devices, using distributed fiber optic sensors is a waste of cost.
complexity
Penderia Grating Fiber Bragg: It uses a grating to sense temperature changes, and the system involves complex wavelength shift detection technology, requiring complex demodulation equipment to accurately measure the wavelength changes of reflected light. The complexity of equipment and technology is relatively high, and the technical level of operators and equipment maintenance requirements are also relatively high.
Penderia gentian optik pendarfluor: The structure and working principle are relatively simple, belonging to the light intensity detection method. It only requires a light source to excite fluorescence and then detect changes in fluorescence intensity or wavelength. It does not require complex demodulation equipment and technology, and has low maintenance costs and operational difficulties.
Pengesan gentian optik yang diedarkan: Antaranya, detection technologies such as OFDR based on Rayleigh scattering are relatively complex, involving precise demodulation of Rayleigh scattering signals in optical fibers, and special selection and settings of fiber types (such as coating layers, sheaths, dll.) are required in different measurement scenarios, mengakibatkan kerumitan yang tinggi dalam penggunaan dan penyelenggaraan.
Sensor suhu gentian optik, Sistem pemantauan pintar, Pengeluar gentian optik yang diedarkan di China
|
|
 |