Sensor de temperatura de fibra óptica, introdução do princípio. Qual sensor de temperatura de fibra óptica é o melhor-INNO

1、 Tipos de Sensores de temperatura de fibra óptica
Existem vários tipos de sensores de temperatura de fibra óptica com base em diferentes padrões de classificação.

Tipo de componente e tipo de transmissão
Tipo de componente sensor de temperatura de fibra óptica:
Este tipo de sensor utiliza fibras ópticas como componentes sensíveis. Por exemplo, usando um sensor que altera a amplitude da luz com a temperatura, o princípio é que o diâmetro do núcleo e o índice de refração da fibra óptica mudam com a temperatura, fazendo com que a luz que se propaga na fibra se espalhe para fora devido a caminhos irregulares, resultando em mudanças na amplitude da luz; Existem também sensores que utilizam a rotação da superfície de polarização da luz. A superfície de polarização das fibras ópticas monomodo gira com as mudanças de temperatura, e esta rotação é detectada por um polarizador para obter mudanças de amplitude; Além disso, usando sensores que detectam mudanças na fase óptica, o comprimento, índice de refração, e o diâmetro do núcleo das fibras ópticas monomodo variam com a temperatura, causando mudanças de fase na propagação da luz na fibra. Esta mudança de fase é obtida através de um interferômetro para medir a mudança de amplitude. Os requisitos de layout para interferômetros em sensores de temperatura de fibra óptica do tipo componente são muito rigorosos, e uma das dificuldades é que o plano de polarização da luz se espalha após passar pela fibra óptica, e franjas de interferência podem não ser observadas devido à polarização ortogonal do feixe de referência e do feixe de sinal. No entanto, se o caminho óptico de referência for estável, ele pode medir mudanças de temperatura em uma fração de Celsius.
Sensor de temperatura de fibra óptica tipo transmissão:
Sensores de temperatura de fibra óptica do tipo transmissão usam fibras ópticas como linhas de transmissão. Um tipo é um sensor de temperatura de fibra óptica que combina um sensor térmico, LIDERADO, e fibra óptica; Outro método é instalar componentes sensíveis que convertem a temperatura em transmitância e refletância de luz na face final da fibra óptica para formar um sensor de temperatura de fibra óptica.. Por exemplo, um sensor de temperatura de fibra óptica com um painel de cristal líquido instalado na face final da fibra óptica pode misturar três tipos de cristais líquidos proporcionalmente no painel de cristal líquido. No 10-45 ° C, a cor muda de verde para vermelho escuro, e a refletância da luz muda de acordo. Sensores do tipo transmissão podem obter muito fluxo luminoso em fibras ópticas, portanto, fibras ópticas multimodo são comumente usadas com uma precisão de cerca de 0.1 ° C.

Outras classificações baseadas em princípios de funcionamento
Radiação (infravermelho) tipo sensor de temperatura de fibra óptica:
Composto por um optoacoplador, fibra de transmissão, e conversor optoeletrônico. Utilizando principalmente as características de acoplamento e transmissão de fibras ópticas, a energia de radiação superficial do objeto medido (que está relacionado à temperatura da superfície do objeto medido) é conduzido ao fotodetector e convertido em saída elétrica. O optoacoplador é o principal componente que determina a sensibilidade dos sensores, e sua eficiência de acoplamento está diretamente relacionada à abertura numérica da fibra óptica. Para melhorar a sensibilidade dos sensores, fibras ópticas com aberturas numéricas maiores devem ser usadas, mas isso também afetará os indicadores de desempenho do coeficiente de distância do sensor, que precisa ser considerado de forma abrangente. O principal parâmetro da fibra óptica de transmissão é a transmitância. Para melhorar a transmitância, quando o material é fixado, métodos como aumentar o diâmetro da fibra e encurtar o comprimento da fibra podem ser adotados. Os elementos de conversão optoeletrônicos geralmente usam células fotovoltaicas de silício, PbS ou outros detectores. Quando a fibra óptica está diretamente acoplada ao detector, a eficiência pode ultrapassar 85%. Além do acoplamento direto, acoplamento de disco de modulação também pode ser usado.
Sensor de temperatura de fibra óptica tipo absorção de semicondutores:
Uma fibra óptica cortada é instalada dentro de um tubo de aço fino, com um filme fino com sensor de temperatura semicondutor (como GaAs ou InP) imprensado entre as duas extremidades da fibra. A intensidade da luz transmitida deste filme fino com sensor de temperatura semicondutor varia com a temperatura medida. Quando uma intensidade de luz constante é inserida em uma extremidade da fibra óptica, a capacidade de transmissão do filme fino com detecção de temperatura do semicondutor muda com a temperatura, e a intensidade da luz recebida pelo elemento receptor na outra extremidade da fibra óptica também muda com a temperatura medida. Medindo a saída de tensão do elemento receptor, a temperatura na posição do sensor pode ser medida remotamente.
Sensor de temperatura de fluorescência de fibra óptica:
Revestindo a extremidade da fibra óptica com material fluorescente e medindo o tempo de decaimento da energia fluorescente, o valor da temperatura do ponto medido pode ser obtido utilizando a correlação intrínseca da temperatura do tempo de pós-luminescência do material fluorescente. Faixa de temperatura aplicável -50-200 ° C, com uma precisão de aproximadamente ± 1 ° C. Atualmente, é usado principalmente para medição de temperatura dentro de equipamentos elétricos. Tem as características de tamanho pequeno, fácil integração, desempenho confiável, interferência anti-eletromagnética, bom desempenho de isolamento, instalação conveniente, e rede flexível.
Sensor de temperatura de grade de fibra Bragg:
Utilizando a sensibilidade única à temperatura das grades para monitorar mudanças de temperatura, com tamanho pequeno, velocidade de resposta rápida, alta estabilidade, alta precisão, e rede fácil para monitoramento multiponto. A instalação do monitoramento é conveniente e pode ser instalada na superfície ou embutida na estrutura a ser testada para monitoramento da temperatura interna. Adequado para monitoramento de temperatura de longo prazo em usinas de energia, ferrovias, e tanques de óleo, bem como medição de temperatura em áreas como eletricidade, militares, aeroespacial, etc.. Por exemplo, o sensor de temperatura de grade Bragg de fibra resistente a altas temperaturas ADCD03-51-0001 tem um diâmetro externo não superior a 5 mm. Vários sensores são conectados em série em uma fibra sem nenhum ponto de fusão entre eles, e pode medir temperaturas que variam de -40 °C a 300 ° C. O comprimento da parte de detecção de cada sensor não excede o comprimento do sensor, diâmetro, número de sensores, pontos de detecção, e a distância entre eles pode ser definida de acordo com as necessidades do usuário.
Sensor de temperatura de fibra óptica distribuída:
Usando fibras ópticas como meio de detecção e transmissão de sinal, o sinal de luz espalhada específica na fibra (como espalhamento Rayleigh, Dispersão Raman, e dispersão de Brillouin) pode ser medido para refletir mudanças na deformação ou temperatura da própria fibra ou do ambiente em que se encontra. Uma fibra pode alcançar medições simultâneas de centenas ou milhares de pontos de detecção.
2、 Comparação de fibra fluorescente, Grade de fibra Bragg, e Fibra Distribuída
Aspecto principal
Fibra fluorescente:
A fibra fluorescente é composta de substâncias fluorescentes e certos elementos raros dopados no núcleo e no revestimento. Substâncias fluorescentes podem absorver luz dentro de uma faixa específica de comprimento de onda, excitar-se, e emitem fluorescência em várias direções. A fluorescência que satisfaz a condição de reflexão total da interface de revestimento do núcleo da fibra na direção da radiação será transmitida ao longo do eixo da fibra. A medição da temperatura é obtida medindo o tempo de decaimento da energia de fluorescência e utilizando a correlação de temperatura do tempo de pós-luminescência intrínseco da substância fluorescente para determinar o valor da temperatura do ponto medido.
Grade de fibra Bragg:
Grade de fibra Bragg (FBG) utiliza as propriedades sensíveis à temperatura da estrutura de grade em fibras ópticas. Quando a temperatura muda, o índice de refração e o período de grade da fibra óptica mudarão, resultando em uma mudança no comprimento de onda da luz refletida ou transmitida pela grade. Determine mudanças de temperatura detectando mudanças neste comprimento de onda. Por exemplo, quando a temperatura muda, o comprimento de onda de Bragg da rede de fibra de Bragg irá variar. Ao monitorar essa deriva, informações sobre mudança de temperatura podem ser obtidas.
Fibra óptica distribuída:
Baseado em efeitos de dispersão em fibras ópticas, como espalhamento Rayleigh, Dispersão Raman, e dispersão de Brillouin. Tomando a dispersão Raman como exemplo, quando a luz é transmitida em uma fibra óptica, A dispersão Raman ocorre, e a intensidade da luz espalhada Raman está relacionada à temperatura. Medindo a distribuição de intensidade da luz espalhada Raman ao longo da fibra, informações de temperatura em diferentes posições ao longo da fibra podem ser obtidas. Diferentes mecanismos de dispersão têm diferentes características e faixas aplicáveis ao medir temperatura. O espalhamento de Brillouin é sensível à temperatura e à deformação, e é necessário distinguir ou compensar a tensão ao medir a temperatura; A intensidade do espalhamento Rayleigh é relativamente fraca, mas pode fornecer informações sobre perda de fibra e também pode ser usado como referência para medição de temperatura.
Em termos de características de desempenho
Fibra fluorescente:
Faixa e precisão de medição de temperatura: faixa de temperatura aplicável -50-200 ° C, com uma precisão de aproximadamente ± 1 ° C. Esta faixa de temperatura pode atender às necessidades de medição de temperatura interna de muitos equipamentos industriais e elétricos convencionais. Por exemplo, em alguns cenários de monitoramento de temperatura dentro de painéis e transformadores, sua precisão também pode atender aos requisitos de monitoramento de operação normal do equipamento.
Capacidade anti-interferência: Possui forte capacidade anti-interferência eletromagnética porque seu princípio de medição é baseado em características de fluorescência e é independente de sinais eletromagnéticos. Em alguns ambientes eletromagnéticos fortes, como subestações e perto de grandes motores, pode funcionar de forma estável sem ser afetado por interferência eletromagnética e afetar os resultados da medição.
Desempenho de isolamento: Devido ao fato de as fibras ópticas serem materiais não metálicos e a combinação de substâncias fluorescentes e fibras ópticas, eles exibem excelente desempenho de isolamento. No monitoramento de temperatura de equipamentos de alta tensão, não há necessidade de se preocupar com problemas de isolamento, e a medição de temperatura pode ser realizada com segurança.
Volume e Integração: Pequeno em tamanho, fácil de integrar. Isto facilita a instalação dentro de dispositivos com espaço limitado ou em espaços estreitos, como cenários de medição de temperatura em pequenos microambientes que não são facilmente acessíveis, como microtubos e fendas estreitas.
Grade de fibra Bragg:
Faixa e precisão de medição de temperatura: Por exemplo, o sensor de temperatura da grade Bragg de fibra resistente a altas temperaturas ADCD03-51-0001 pode medir temperaturas que variam de -40 °C a 300 ° C, e tem boa adaptabilidade em alguns ambientes de alta ou baixa temperatura. Possui alta precisão e pode atender às necessidades de cenários sensíveis a mudanças de temperatura, como cenários de monitoramento de temperatura de longo prazo em usinas de energia, ferrovias, e tanques de óleo. Ele pode monitorar com precisão as mudanças de temperatura e detectar oportunamente possíveis riscos à segurança.
Estabilidade e confiabilidade: Possui alta estabilidade e pode funcionar de forma estável por um longo tempo em ambientes industriais complexos. Por exemplo, no monitoramento de temperatura de trilhos ferroviários, é possível fornecer dados de medição de temperatura estáveis e precisos diante de vibrações frequentes de trens e mudanças de temperatura em diferentes estações.
Capacidade de rede: Facilita o monitoramento multiponto da rede, permitindo que vários sensores sejam conectados em série em um único cabo de fibra óptica sem quaisquer pontos de fusão entre eles. Isso facilita o monitoramento da temperatura de grandes áreas ou estruturas, como monitoramento de temperatura de diferentes locais dentro de grandes estruturas de edifícios. Através da rede, uma compreensão abrangente da distribuição de temperatura de toda a estrutura pode ser alcançada.
Fibra óptica distribuída:
Faixa de medição e resolução: Uma única fibra óptica pode alcançar medições simultâneas de centenas ou milhares de pontos de detecção, com uma ampla faixa de medição que pode monitorar a temperatura em longas linhas de fibra óptica ou grandes áreas. No entanto, sua resolução de temperatura pode ser ligeiramente menor para medir pontos individuais, mas é muito adequado para monitorar a tendência geral da distribuição de temperatura em alguns cenários, como monitorar a distribuição de temperatura ao longo de oleodutos de longa distância, que pode detectar rapidamente se há áreas anormais de temperatura local.
Resolução espacial: Pode realizar medições distribuídas ao longo de fibras ópticas e determinar a localização específica das mudanças de temperatura. No monitoramento de temperatura de algumas infraestruturas de grande escala, como pontes e túneis, é possível localizar com precisão a localização das anomalias de temperatura, que ajuda a detectar oportunamente riscos estruturais de segurança.
Em termos de cenários de aplicação
Fibra fluorescente:
Usado principalmente para medição de temperatura dentro de equipamentos elétricos, como armários de distribuição, transformadores, etc.. Nestes cenários, devido ao espaço interno limitado do equipamento, existe forte interferência eletromagnética, e o desempenho do isolamento é necessário. O tamanho pequeno, interferência anti-eletromagnética, e as boas propriedades de isolamento das fibras ópticas fluorescentes fazem delas uma ferramenta ideal para medição de temperatura.
Grade de fibra Bragg:
Adequado para monitoramento de temperatura de longo prazo em usinas de energia, ferrovias, e tanques de óleo, bem como medição de temperatura em áreas como eletricidade, militares, aeroespacial, etc.. O monitoramento da temperatura pode ser realizado em peças-chave do grupo gerador na usina para garantir a operação segura do equipamento de geração de energia; O monitoramento da temperatura pode ser realizado em trilhos ferroviários, interruptores, e outras peças para evitar problemas como deformação do trilho causada por mudanças de temperatura; No monitoramento de tanques de óleo, mudanças anormais na temperatura do óleo podem ser detectadas em tempo hábil para evitar acidentes de segurança.
Fibra óptica distribuída:
Amplamente utilizado para monitoramento de temperatura em grandes estruturas, como pontes e túneis, bem como oleodutos de longa distância, como oleodutos e gasodutos. Para pontes, a distribuição de temperatura das estruturas das pontes pode ser monitorada em diferentes estações e condições climáticas, fornecendo suporte de dados para manutenção de pontes e avaliação de segurança; Para dutos de longa distância, a temperatura ao longo da tubulação pode ser monitorada em tempo real para evitar problemas como deformação da tubulação e vazamentos causados por mudanças de temperatura.
3、 Vantagens da fibra fluorescente
Forte capacidade anti-interferência
Sensores fluorescentes de fibra óptica medem a temperatura com base na dependência da temperatura do tempo de pós-luminescência das substâncias fluorescentes, e seu princípio de funcionamento é independente de sinais eletromagnéticos. No complexo ambiente eletromagnético de hoje, como perto de subestações, aparelhagem de alta tensão, e outros locais com fortes campos eletromagnéticos no sistema de energia, sensores de temperatura tradicionais baseados em princípios elétricos podem estar sujeitos a interferência eletromagnética, resultando em resultados de medição imprecisos. Sensores de fibra óptica fluorescentes podem funcionar de forma estável e não serão afetados pela interferência do campo eletromagnético externo para medir a temperatura com precisão. Esta característica proporciona vantagens únicas na medição de temperatura em ambientes eletromagnéticos fortes, como dentro de equipamentos elétricos..
Bom desempenho de isolamento
Sensores de fibra óptica fluorescentes são compostos principalmente de fibras ópticas e substâncias fluorescentes. As próprias fibras ópticas são materiais não metálicos, e a adição de substâncias fluorescentes faz com que todo o sensor tenha um bom desempenho de isolamento. Em equipamentos de alta tensão, como transformadores, aparelhagem de alta tensão, etc., o desempenho do isolamento é muito importante. Se sensores de temperatura de metal forem usados, pode haver riscos de isolamento e problemas de segurança, como curtos-circuitos. Sensores fluorescentes de fibra óptica podem ser instalados diretamente dentro desses dispositivos de alta tensão para medição de temperatura, sem se preocupar com problemas de isolamento, garantir a segurança dos equipamentos e do pessoal.
Tamanho pequeno e fácil integração
A estrutura dos sensores fluorescentes de fibra óptica é relativamente simples e de tamanho compacto. Em alguns cenários de aplicação em espaço limitado, como micro tubos, fendas estreitas, e outros ambientes pequenos e micro que não são facilmente acessíveis, pode ser facilmente instalado e usado para medição de temperatura. Além disso, é fácil de integrar e pode ser bem integrado com outros dispositivos ou sistemas sem ocupar muito espaço. Ele tem um bom desempenho na medição de temperatura dentro de alguns dispositivos que exigem requisitos rígidos de espaço. Por exemplo, em cenários de monitoramento de temperatura dentro de alguns dispositivos eletrônicos miniaturizados ou instrumentos de precisão, o tamanho pequeno e a fácil integração dos sensores fluorescentes de fibra óptica são muito práticos.
Desempenho confiável
Sensores fluorescentes de fibra óptica podem operar de forma estável dentro da faixa de temperatura aplicável de -50-200 ° C, com uma precisão de aproximadamente ± 1 ° C. O princípio de medição baseia-se nas características inerentes das substâncias fluorescentes, e desde que o desempenho da própria substância fluorescente seja estável, resultados confiáveis de medição de temperatura podem ser fornecidos. Em cenários onde equipamentos elétricos operam por muito tempo e exigem monitoramento de alta temperatura, sensores de fibra óptica fluorescentes podem fornecer dados de temperatura precisos de forma contínua e estável, o que ajuda a detectar atempadamente anomalias de temperatura no interior do equipamento e garantir o seu funcionamento normal.
Fácil instalação e rede flexível
Em termos de instalação, sensores fluorescentes de fibra óptica, devido ao seu pequeno tamanho e outras características, pode ser facilmente instalado dentro de vários dispositivos ou em locais onde a medição de temperatura é necessária. Em termos de rede, pode construir com flexibilidade uma rede de medição de temperatura de acordo com as necessidades reais. Por exemplo, em uma grande sala de equipamentos elétricos, se o monitoramento de temperatura for necessário para vários dispositivos ou vários locais dentro dos dispositivos, vários sensores fluorescentes de fibra óptica podem ser convenientemente conectados em rede para obter monitoramento de temperatura de toda a área, compreender oportunamente a situação de distribuição de temperatura, e facilitar a manutenção e gerenciamento de equipamentos.
4、 Qual tipo de sensor de temperatura de fibra óptica é o melhor
Embora cada tipo de sensor de temperatura de fibra óptica tenha suas próprias vantagens e pontos fortes em diferentes cenários de aplicação, ao considerar vários fatores, sensores fluorescentes de fibra óptica apresentam vantagens únicas em muitos aspectos e podem ser considerados como um excelente sensor de temperatura de fibra óptica em cenários específicos.

5、 Por que a fibra fluorescente é a melhor
Desempenho exclusivo de anti-interferência e isolamento
Em ambientes industriais modernos, interferência eletromagnética é onipresente, especialmente em locais com equipamentos elétricos densos, como subestações e salas de distribuição. Sensores fluorescentes de fibra óptica têm uma imunidade natural à interferência eletromagnética com base em seus princípios especiais de medição. Isso ocorre porque ele determina a temperatura medindo o tempo de decaimento da energia de fluorescência, que não está relacionado a sinais eletromagnéticos. Em comparação com outros tipos de sensores de temperatura de fibra óptica, embora eles também tenham alguma capacidade anti-interferência, eles ainda podem ser afetados até certo ponto em ambientes eletromagnéticos fortes. Por exemplo, sensores de grade de Bragg de fibra, embora eles próprios tenham boa estabilidade, pode sofrer alguma interferência na transmissão e processamento do sinal ao enfrentar interferência eletromagnética extremamente forte. Em alguns ambientes complexos de interferência eletromagnética, a detecção de sinal baseada no princípio de dispersão de fibra óptica distribuída sensores também podem sofrer flutuações.
O desempenho de isolamento dos sensores fluorescentes de fibra óptica também é uma grande vantagem. Em ambientes de alta tensão, como dentro de transformadores e quadros de distribuição de alta tensão, um bom desempenho de isolamento é a chave para garantir a operação segura e a medição precisa dos sensores. O material não metálico e as características estruturais dos sensores fluorescentes de fibra óptica os tornam excelentes em desempenho de isolamento. Outros sensores de temperatura de fibra óptica podem não ser comparáveis em desempenho de isolamento aos sensores de fibra óptica fluorescentes. Por exemplo, alguns sensores de temperatura de fibra óptica com componentes metálicos ou estruturas relativamente complexas podem exigir medidas adicionais de isolamento em ambientes de alta tensão, aumentando os custos e a complexidade da instalação.
Adapte-se a ambientes de medição especiais
O tamanho pequeno e a fácil integração dos sensores fluorescentes de fibra óptica permitem que eles se adaptem a alguns ambientes de medição especiais. Sensores de temperatura tradicionais podem não ser instalados em espaços pequenos, como microcanais e fendas estreitas, ou sua instalação pode afetar o funcionamento normal do equipamento. Sensores fluorescentes de fibra óptica podem ser facilmente instalados nesses locais e medir com precisão a temperatura. Em alguns equipamentos elétricos com requisitos rígidos de layout espacial, como pequenos relés, instrumentos eletrônicos de precisão, etc., sensores fluorescentes de fibra óptica podem ser usados para monitoramento de temperatura sem afetar a estrutura e o desempenho do equipamento. Em contraste, embora os sensores de rede de Bragg de fibra também tenham a característica de tamanho pequeno, sensores fluorescentes de fibra óptica têm maior flexibilidade em alguns espaços ultrapequenos ou ambientes de medição com formatos especiais. Sensores de fibra óptica distribuídos não apresentam vantagens nesses cenários de medição de espaços extremamente pequenos porque geralmente se baseiam na medição de todo o cabo de fibra óptica..
Confiabilidade e custo-benefício
Sensores fluorescentes de fibra óptica têm uma precisão de aproximadamente ± 1 ° C dentro da faixa de temperatura aplicável de 50-200 ° C, fornecendo medições de temperatura estáveis e confiáveis. O princípio de medição baseia-se nas características intrínsecas das substâncias fluorescentes, e contanto que o desempenho da substância fluorescente seja estável, pode funcionar de forma estável por um longo tempo. No cenário de monitoramento de temperatura dentro de equipamentos elétricos, sua confiabilidade pode atender aos requisitos de monitoramento para operação a longo prazo do equipamento. Além disso, numa perspectiva de custo-benefício, sensores fluorescentes de fibra óptica podem ter melhor custo-benefício em comparação com outros sensores de temperatura de fibra óptica no atendimento a cenários específicos, como medição de temperatura dentro de equipamentos elétricos. Por exemplo, em alguns cenários que não exigem faixas de medição de temperatura ultra amplas ou medições distribuídas de distância ultra longa, o custo dos sensores fluorescentes de fibra óptica pode ser menor, e a instalação e manutenção podem ser mais fáceis, enquanto sensores de grade de fibra óptica podem ter custos mais elevados em alguns sistemas de alta precisão, cenários de medição de ampla faixa de temperatura. Sensores distribuídos de fibra óptica também têm custos de equipamento e instalação relativamente mais altos quando são necessárias medições distribuídas de longa distância..