Sensores de temperatura de fibra óptica INNO ,sistemas de monitoramento de temperatura.
Fluorescence fiber optic thermometers are temperature measurement devices based on the photoluminescence phenomenon of fluorescent materials. Compared to traditional thermocouple measurement methods, these devices offer resistance to electromagnetic interference, corrosão, and high-temperature and pressure environments. They are capable of real-time temperature detection in harsh external conditions, presenting broad application prospects. Hua Guang Tian Rui’s fluorescence fiber optic temperature measurement system, developed using fluorescence fiber optic thermometry technology, elucidates the unique advantages of this technology over other temperature measurement methods. This paper delves into the working principles of the fluorescence fiber optic thermometer, analyzes key factors affecting temperature measurement, and establishes a theoretical foundation for the design of the device. An integrated design of the thermometer is presented, including optics, circuitry, programas, structural components, and algorithms. The feasibility of the overall solution is validated through comparative temperature measurement experiments, analyzed with actual data. Finalmente, a summary and outlook for the fiber optic temperature measurement system are offered, suggesting directions and ideas for future improvements.
Technical Aspects of the Fluorescence Fiber Optic Thermometer:
(1) Key Technologies in Opto-Mechanical Structure:
The use of a single fiber for both the transmission of the excitation signal and the fluorescent signal, reducing the instrument’s volume and fluorescence loss.
The employment of optical filters to differentiate between excitation light and fluorescence.
Técnicas avançadas para selar a sonda de fibra óptica de fluorescência.
(2) Principais tecnologias em circuito de desmodulação:
O ajuste dinâmico da entrada do sinal para conseguir a comutação periódica da fonte de luz e o ajuste da potência de saída, alcançando indiretamente a modulação da amplitude do sinal de amostragem.
A aplicação de sinais corrigidos para amplificação e correção de polarização do sinal de amostragem.
Simplificação de componentes de circuito, integração de controle, processamento, e funções de comunicação em um único chip, facilitando a miniaturização do termômetro.
O uso de algoritmos de ajuste para calcular o tempo de vida da fluorescência e convertê-lo em temperatura.
A aplicação de algoritmos de filtragem aos resultados do tempo de vida da fluorescência para reduzir erros e melhorar a precisão da saída.
Projeto do termômetro de fibra óptica de fluorescência:
O caminho óptico da sonda de fluorescência adota tecnologia avançada em relação aos esquemas de proteção tradicionais, aumentando a flexibilidade e a vedação da sonda.
As características elétricas dos componentes do demodulador variam com a temperatura. O ajuste dinâmico do sinal é adicionado ao circuito para estabilizar a forma de onda e equilibrar a precisão contra erros.
No segmento de processamento de dados, um método de filtragem composto é proposto para reduzir efetivamente os erros e aumentar a precisão dos resultados.
No segmento de software, uma variedade de modos de trabalho e configurações de leitura de parâmetros são projetados para melhorar a adaptabilidade do sistema.
Justificativa para usar termometria de fibra óptica de fluorescência:
A temperatura é uma referência essencial na produção diária e na vida. With continuous technological advancement and societal development, demands for precision in industrial production and everyday life become increasingly stringent. Por exemplo, steel production requires strict temperature controls from raw material processing to ironmaking, casting, and rolling. De forma similar, in daily life, the monitoring and control of temperatures are crucial for the safety and taste of fresh food during transportation. The importance of accurate temperature measurement is thus self-evident. As technical requirements become more specialized and refined, the demand for purpose-built temperature measurement devices for various specialized environments and unique needs also surges. In special and extreme environmental conditions, as well as under requirements for rapid dynamic response, medição remota, e medição multiponto, a medição tradicional de temperatura e a transmissão de sinais são cada vez mais incapazes de atender a essas condições desafiadoras.
Papel da termometria de fibra óptica de fluorescência:
Os dispositivos tradicionais de medição de temperatura enfrentam dificuldades práticas em muitos ambientes de medição especiais, como condições adversas como corrosão, alta pressão, espaços confinados, ou áreas com forte interferência eletromagnética, como monitorar a temperatura de motores ou transformadores de alta tensão. Enfrentando esses desafios, geralmente é necessário que novos sensores de temperatura tenham resistência a fortes interferências eletromagnéticas, boas propriedades de isolamento, resposta rápida, e tamanho compacto. Com o advento de vários novos materiais, processos, e métodos de medição, muitos novos tipos de dispositivos de medição de temperatura surgiram. Dispositivos de medição de temperatura baseados em tecnologia de comunicação por fibra óptica estão entre eles.
Before the advent of fiber optic fluorescence measurement technology, various temperature measurement techniques already existed. The first mercury thermometer was created in 1714, based on expansion measurement technology that operates on the principle of thermal expansion and contraction; the volume of mercury changes with temperature. The mercury thermometer’s scale vividly displays temperature values. Following this, other measurement technologies using different materials like gases and metals have been developed. With the advancement of technology, the development of electronics has introduced new measurement ideas and techniques. Termopares, based on the different electrical properties of electronic components at various temperatures, are the most widely used temperature measurement technology today. Além disso, optical communication technology has introduced a new direction for temperature measurement. Infrared temperature measuring devices can measure temperature from a distance and over a large area, utilizing the different thermal radiation properties of objects at different temperatures, as well as indirect measurement methods using fluorescent materials and gratings.
Characteristics of Various Temperature Measurement Systems
This paper examines the features of diverse temperature measurement systems, highlighting their respective advantages and disadvantages. From the inexpensive and straightforward expansion-based systems to the sophisticated fluorescence fiber optic thermometry, each technology offers unique benefits and poses distinct challenges. O estudo também investiga as aplicações de sistemas de medição de temperatura por fibra óptica fluorescente, que são altamente valorizados em vários campos, incluindo terapias médicas, monitoramento de temperatura do transformador, e aplicações de alta tensão. Com o advento de novos materiais e a contínua expansão dos campos de aplicação, o potencial para maior desenvolvimento no desempenho do sensor é vasto. O surgimento de novos materiais sensíveis oferece novas oportunidades para o design de sensores, prometendo um papel significativo para a tecnologia de detecção de temperatura por fibra óptica fluorescente em indústrias especializadas.
Sistema de medição de temperatura baseado em expansão:
Vantagens:
Econômico.
Operação e leitura fáceis de usar.
Simples, design fácil de fabricar.
Desvantagens:
Baixa precisão.
Propenso a danos.
Carece de recursos de automação.
Sistema de medição de temperatura por imagem térmica infravermelha:
Vantagens:
Medição de temperatura sem contato.
Uso conveniente.
Baixo custo.
Desvantagens:
Alta margem de erro.
Mede apenas a temperatura da superfície.
Custos de inspeção manual.
Medição de temperatura sem fio Sistema:
Vantagens:
Fácil instalação.
Baixo custo.
Desvantagens:
Fraca confiabilidade; operado por bateria com vida útil curta e alta taxa de alarmes falsos.
Pode afetar o desempenho dos isoladores.
O tamanho grande do sensor pode afetar a dissipação de calor, representando riscos de segurança para equipamentos primários.
Sistema de medição de temperatura de grade de fibra Bragg:
Vantagens:
Permite medição de temperatura quase distribuída, adequado para medições de longa distância e grandes áreas.
Utiliza tecnologia de fibra óptica, resistente a interferência eletromagnética.
Boas propriedades de isolamento.
Desvantagens:
Sondas de sensor grandes dificultam a instalação.
Baixa confiabilidade; grades são suscetíveis à dessensibilização e falha.
Vida útil curta.
Incompatível com implementação de gabinete individual; não possui recursos de exibição local.
Caro.
Sistema de medição de temperatura de fibra óptica de fluorescência:
Vantagens:
Seguro e confiável, sem calibração com excelente consistência, intercambialidade, e estabilidade.
Longa vida útil, livre de manutenção.
Tamanho pequeno da sonda, capaz de penetrar em fontes de calor para monitoramento preciso.
Resistente à interferência eletromagnética com boas propriedades de isolamento.
Permite exibição local, fácil integração em sistemas de controle.
Instalação simples.
A tecnologia de medição de temperatura por fluorescência, baseado na fotoluminescência de materiais fluorescentes, converte sinais de temperatura em sinais ópticos. Utilizando a eficiência da fibra óptica para transmissão de sinal, ele efetivamente alcança em tempo real, medição de temperatura de longa distância. Esta tecnologia herda as vantagens da detecção de fibra óptica e, em comparação com outras técnicas de medição, oferece benefícios adicionais, como resistência à corrosão, tamanho compacto, e interferência eletromagnética reduzida. Além disso, é caracterizado por uma longa vida útil, operação livre de manutenção, e boa estabilidade e consistência. Adicionalmente, o sistema possui exibição em tempo real, facilidade de integração em outros sistemas, e instalação simples.
Cenários de aplicação para fluorescência Sistemas de medição de temperatura de fibra óptica:
A tecnologia de medição de temperatura por fluorescência, com sua resistência à interferência eletromagnética, tamanho pequeno, boa resposta dinâmica, resistência à corrosão, longas distâncias de transmissão, e baixas perdas de transmissão, foi além do monitoramento e medição rotineiros de temperatura na produção diária e na vida. Suas áreas de aplicação agora incluem ambientes especializados e proprietários, como tratamentos de aquecimento por micro-ondas em aplicações médicas, detecção de temperatura interna em transformadores, e monitoramento de temperatura em subestações, atraindo atenção significativa e pesquisa de estudiosos.
Em transformadores, o calor excessivo gerado durante a operação pode afetar o desempenho de vários componentes, alterando a capacidade de carga, confiabilidade operacional, e vida útil. No atual sistema de energia, transformadores imersos em óleo são amplamente utilizados. The fiber optic fluorescence probe’s slender structure allows for installation on transformer coils, minimizing data monitoring lag and enhancing monitoring precision.
High Voltage Cabinet Temperature Monitoring with Fluorescence Fiber Optic Temperature Measurement System:
High voltage cabinets are commonly used in electrical systems to control voltage connections and disconnections. The main temperature measurement points in these cabinets are the contact joints, which are typically located in narrow spaces. The compact size and slender shape of fiber optic fluorescence probes allow them to be easily bent and inserted into these confined spaces, where they can be attached to stationary contacts without affecting the normal operation of the equipment, thus enhancing safety. Além disso, fluorescence fiber optic temperature measurement technology is also applicable in coal and petroleum exploration and in industrial production for long-term strict temperature monitoring scenarios, such as the storage of materials like oil and natural gas.
Research on fiber optic fluorescence temperature measurement technology has continued for many years. With the emergence of new devices and the expansion of application fields, there is still significant room for development in sensor performance. Adicionalmente, the constant influx of superior performance materials and new sensitive materials offers novel choices for sensor design. Como uma tecnologia promissora, fiber optic fluorescence temperature sensing can be widely applied in special industries, such as medical treatments, monitoring of high-voltage electrical equipment, processamento metalúrgico, e aeroespacial para detecção de temperatura on-line. Portanto, estabelecendo um sistema abrangente de teorias para detecção de temperatura de fluorescência em fibra óptica e fornecendo soluções simples, a tecnologia prática é crucial para melhorar o padrão da instrumentação científica neste campo na China.
Sensor de temperatura de fibra óptica, Sistema de monitoramento inteligente, Fabricante distribuído de fibra óptica na China
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