O Princípio Fundamental da Termometria Usando Materiais Fluorescentes-INNO

Quase todos os materiais exibem fluorescência sob condições apropriadas. A fluorescência pode ser definida sucintamente como a emissão de luz quando um material é exposto à radiação eletromagnética.. Após a excitação inicial, esta emissão pode persistir por um período de tempo. Este período de tempo é o produto de numerosas interações que ocorrem no nível atômico e da quantidade de energia absorvida.. Tanto a excitação quanto a intensidade de emissão exibem mudanças exponenciais ao longo do tempo. Este comportamento duplo dependente do tempo é uma propriedade única que pode ser utilizada para indicar o estado das moléculas de materiais fluorescentes..

Os cientistas descobriram vários tipos de materiais fluorescentes que podem ser dopados com elementos específicos para tornar o seu comportamento altamente dependente de certas características físicas., que têm significado prático para aplicações de detecção. Por exemplo, descobriu-se que as propriedades fluorescentes de certas matrizes cristalinas podem ser usadas para medir temperatura, pressão, umidade, oxigênio, e dióxido de carbono. Todas essas propriedades físicas podem ser medidas determinando com precisão as constantes de tempo exponenciais de materiais fluorescentes únicos. Foi desenvolvida uma série de sensores de temperatura de fibra óptica econômicos que utilizam esses princípios. Uma vantagem notável dos sensores de fibra óptica em relação às tecnologias de detecção concorrentes é a sua imunidade inerente a ruídos e interferências eletromagnéticas., pois não possuem condutores metálicos servindo como antenas transmitindo corrente e tensão. Isto torna os sensores de fibra óptica fluorescentes particularmente adequados para aplicação em transmissão de energia de alta tensão., microondas, e ambientes de plasma. Adicionalmente, a tecnologia de termometria de fibra óptica permite o uso de fibras plásticas poliméricas de núcleo grande e baratas em aplicações abaixo de 150°C. Estas fibras plásticas são altamente robustas e duráveis, e têm sido amplamente utilizados na indústria automotiva, industrial, e setores de telecomunicações.

Soluções de sensores de temperatura de fibra óptica

Os sensores de temperatura de fibra óptica consistem em uma ou mais sondas de fibra óptica conectadas a dispositivos eletrônicos conhecidos como transmissores de temperatura. (também chamados de condicionadores de sinal). Sensores de temperatura de fibra óptica multicanal foram desenvolvidos para aplicações como transmissão e distribuição de energia. Diferente dos transmissores de temperatura de fibra óptica anteriores, que eram dispositivos de laboratório volumosos e caros, Os condicionadores de sinal de fibra óptica são semelhantes em aparência e instalação aos termopares ou RTD (Detector de temperatura de resistência) transmissores. Eles são montados em trilho DIN e incluem saídas analógicas padrão de 4-20mA, bem como barramento serial RS-485 industrial MODBUS para comunicação de dispositivos em cadeia. As sondas ópticas dos sensores de temperatura de fibra óptica fluorescente também compartilham aparência e toque semelhantes aos termopares e RTDs padrão. O custo dos sensores de temperatura de fibra óptica é comparável aos RTDs comerciais e combinações de transmissores.

A precisão e estabilidade dos sensores de fibra óptica superam os termopares tradicionais e podem se aproximar do PRT (Termômetros de resistência de platina) em aplicações de calibração. As soluções estão disponíveis com estabilidade a longo prazo de ±1°C, bem como produtos com precisão absoluta de ±0,1°C.

Monitoramento de temperatura de ponto quente do enrolamento do transformador

Sensores de temperatura de fibra óptica, completamente não afetado por EMI/RFI e ambientes de alta tensão, são a escolha ideal para monitorar pontos quentes de enrolamentos de transformadores. Preciso, em tempo real, soluções inteligentes de monitoramento de temperatura da rede foram desenvolvidas para equipamentos de energia e distribuição.

Sensores de temperatura de fibra óptica provaram ser uma excelente solução para medição de temperatura de transformadores do tipo seco de alta tensão e agora são considerados o método preferido para monitoramento de transformadores. Os benefícios que os sensores de fibra óptica trazem para Transmissão e Distribuição (T&D) empresas são economicamente significativas. Monitorando a temperatura de cada ponto quente do enrolamento do transformador, as empresas de serviços públicos podem operar transformadores do tipo seco em capacidade máxima sem se esticar em condições de sobrecarga que poderiam reduzir significativamente a vida útil do transformador. Esta eficiência no rendimento da transmissão e na vida útil pode economizar fundos significativos anualmente, tornando a capacidade de temperatura do enrolamento direto uma necessidade.

A tecnologia econômica de detecção de temperatura por fibra óptica torna o monitoramento inteligente da temperatura do transformador de rede mais atraente. As sondas de temperatura de fibra óptica são projetadas com materiais de alta resistência dielétrica, como PTFE e fibras de quartzo revestidas com poliimida, para que possam suportar imersão prolongada em óleo de transformador e dessorção de querosene durante o processo de fabricação. Sensores de fibra óptica usando transmissores de temperatura ópticos especiais transmitem sinais para sondas instaladas diretamente em locais de pontos quentes do enrolamento do transformador. O transmissor de temperatura de fibra óptica é montado em um gabinete de controle externo, e a saída de temperatura é inserida no software de monitoramento em tempo real. Com sensores ópticos de temperatura instalados, os operadores podem monitorar a carga em tempo real,

Monitoramento de temperatura do painel

Sensores econômicos de temperatura de fibra óptica fornecem, monitoramento em tempo real das temperaturas do painel em pontos de contato críticos, permitindo a rápida detecção de sobrecargas e falhas. Transmissores de temperatura fornecem saída analógica e comunicação Modbus RS-485, que pode ser facilmente integrado com PLCs existentes (Controladores lógicos programáveis) e software de monitoramento mestre. Sensores ópticos de temperatura fornecem anos de detecção precisa, garantindo a operação segura e eficiente do painel de distribuição.

Fabricantes de painéis de distribuição de energia em todo o mundo estão usando sensores de fibra óptica para monitoramento de temperatura de redes inteligentes de meios críticos e equipamentos de comutação de alta tensão. Esses sensores fornecem dados de temperatura em tempo real, permitindo que os operadores maximizem a eficiência da carga e equilibrem as tensões térmicas que podem levar a falhas catastróficas. Ao longo do tempo, pontos de contato do painel, barramentos, e pontos críticos de conexão desenvolvem pontos quentes de corrosão lenta, resultando em maior resistência. Se não for verificado, mesmo um pequeno aumento na resistência pode rapidamente tornar-se descontrolado, pois maior resistência produz condutores mais quentes, que por sua vez geram maior resistência. Portanto, T&As empresas D geralmente especificam o requisito de monitoramento contínuo da temperatura do painel para otimizar os cronogramas de manutenção e prolongar a vida útil do equipamento.

No entanto, um desafio é encontrar tecnologia econômica para aplicações de detecção de alta tensão. Vários RF (Radiofrequência) sem fio e infravermelho (Infravermelho) termômetros foram usados, mas cada um tem suas deficiências. Os sensores transmissores/receptores de RF sofrem com ruído e interferência inerentes presentes em ambientes de alta tensão e podem perder sinal ou exibir picos de temperatura durante a operação do switch, o que pode levar a alarmes falsos. Além disso, uma vez que esses sensores usam componentes eletrônicos, sua faixa de temperatura é normalmente limitada abaixo de 120°C para uso a longo prazo. Sensores remotos de temperatura infravermelhos são semelhantes, pois requerem blindagem de fios e pontos especiais de instalação, e alinhamento espacial preciso com a superfície do objeto que está sendo detectado. Os termômetros infravermelhos são conhecidos por relatar mudanças de temperatura devido ao acúmulo de poeira e alterações de emissividade causadas por pequena corrosão superficial., especialmente em superfícies metálicas brilhantes, como barramentos de cobre. A temperatura informada pode ser distorcida pela energia infravermelha refletida pelos objetos circundantes, e mudanças repentinas na temperatura ambiente também podem causar erros de medição.

Os sensores de temperatura de fibra óptica não enfrentam nenhum dos desafios técnicos associados aos termômetros infravermelhos e sem fio. Sensores de fibra óptica podem ser roteados diretamente para pontos críticos de monitoramento de painéis. Os sensores ópticos de temperatura são rigidamente conectados a locais de pontos quentes e não são afetados por interferência eletromagnética e explosões de ruído causadas por interruptores de alta tensão. Sensores de fibra óptica são robustos e duráveis, pode ser fabricado em vários comprimentos, e funcionam como termopares tradicionais. Mais importante ainda, cada transmissor de sensor de temperatura óptica pode monitorar três fases, fornecendo saída analógica e comunicação digital RS-485 Modbus RTU. As sondas de temperatura de fibra óptica são altamente adequadas para monitoramento de temperatura de painéis de distribuição de redes inteligentes.

Monitoramento da temperatura do enrolamento do gerador

Agora, o monitoramento on-line da temperatura da fibra óptica é comum para equipamentos geradores de baixa e alta tensão. Sensores de fibra óptica fornecem uma solução econômica e eficiente para monitoramento de temperatura em tempo real, permitindo que o equipamento opere com desempenho ideal e estenda sua vida útil.

Sensores de temperatura de fibra óptica são agora comumente instalados em grandes equipamentos de motores e geradores para fornecer monitoramento em tempo real e proteção térmica de enrolamentos e rolamentos críticos do estator. A temperatura operacional segura dos enrolamentos da máquina rotativa é limitada pela quantidade de calor que o material de isolamento pode suportar antes de se degradar.. Esta temperatura e a taxa de degradação variam com diferentes categorias de materiais de isolamento. A degradação do isolamento a uma determinada temperatura é aproximadamente proporcional ao período de tempo em que a temperatura excede um limite crítico. Até recentemente, IDT (Detectores de temperatura de resistência) eram normalmente incorporados em enrolamentos para fornecer monitoramento contínuo, embora imprecisões causadas por interferência EMI/RFI estivessem presentes. Agora, sensores de temperatura de fibra óptica econômicos podem ser instalados onde campos eletromagnéticos alternados e de alta tensão representam problemas para sensores de enrolamento RTD tradicionais. Sensores de fibra óptica podem ser inseridos entre os enrolamentos de motores e geradores para medições contínuas de temperatura para proteger o isolamento e estender os cronogramas de manutenção. Instalando sensores ópticos de temperatura, os operadores podem monitorar a carga em tempo real e maximizar a eficiência energética e econômica. Uma melhor eficiência energética é vantajosa para as empresas e benéfica para o ambiente.

Monitoramento de temperatura por ressonância magnética

Várias aplicações de ciências biológicas e monitoramento de pacientes exigem detecção de temperatura por fibra óptica de alta precisão. Sondas de temperatura de fibra óptica de canal único e multicanal são oferecidas para ressonância magnética (Imagem por ressonância magnética), RMN (Imagem por ressonância magnética nuclear), e RF (Radiofrequência) ambientes, incluindo sondas de temperatura descartáveis de baixo custo com resposta rápida e excelente precisão.

Várias aplicações de ciências biológicas dependem de sensores de temperatura de fibra óptica para detecção de alta precisão em ambientes que são desfavoráveis para termômetros e RTDs padrão (Detectores de temperatura de resistência). Um uso de sensores de fibra óptica é em ressonância magnética, NÚMERO, e ambientes MRT para monitoramento de pacientes, onde campos magnéticos extremamente altos combinados com RF pulsada (Radiofrequência) energia proíbe o uso de sensores metálicos. Os sensores de fibra óptica da OSENSA são feitos de materiais não metálicos e são altamente adequados para monitorar a temperatura corporal do paciente para garantir que a taxa de absorção específica do tecido não exceda níveis destrutivos. Sensores de temperatura de fibra óptica também podem ser usados para monitorar as baixas temperaturas de resfriamento de ímãs supercondutores.

Uma variedade de sensores de temperatura de fibra óptica de alta precisão em diferentes tamanhos e materiais estão disponíveis, altamente adequado para ressonância magnética e tomografia computadorizada (Tomografia computadorizada de raios X) estudos. As sondas de fibra óptica são feitas de materiais transparentes de raios X e conectores não magnéticos, totalmente compatível em salas de ressonância magnética e tomografia computadorizada. Além disso, resposta rápida, sondas de fibra óptica de diâmetro ultrapequeno estão disponíveis, projetado para atender aos requisitos de muitas aplicações exigentes.

Temperatura do mandril de semicondutores e controle de processo

Sensores de temperatura de fibra óptica de alta precisão são projetados para atender aos rigorosos requisitos de aplicações de controle de processo de semicondutores. Soluções OEM personalizadas que oferecem resposta rápida para aplicações de gravação dielétrica e de condutor são fornecidas para detecção óptica de temperatura com e sem contato. Sensores de fibra óptica são incorporados em múltiplas zonas de mandris eletrostáticos para fornecer controle máximo e uniformidade térmica.

Muitas aplicações de processamento de wafers semicondutores dependem de temperatura da fibra óptica sensores para controle preciso do processo em alta RF (Radiofrequência) e ambientes de plasma. Em aplicações de processamento típicas, wafers de silício são colocados em um mandril eletrostático que é rapidamente aquecido e resfriado em um ambiente de plasma. Sensores de temperatura de fibra óptica estão embutidos na base do mandril eletrostático, oferecendo alta precisão e resposta rápida para controle de processo rigoroso. Cada mandril eletrostático é dividido em múltiplas zonas, necessitando de vários sensores de temperatura de fibra óptica para maximizar a uniformidade de temperatura em toda a superfície do wafer. As aplicações de semicondutores que normalmente empregam esse tipo de configuração são processos de gravação dielétrica e de condutores..

Para melhor deposição química de vapor de plasma (EPCVD) processos, reatores de chuveiro são empregados para dispersar gases de reação por toda a câmara de processamento enquanto aplica forte potência de RF. Nessas aplicações, sensores de temperatura de fibra óptica são usados para controlar a temperatura do chuveiro e monitorar as temperaturas das paredes laterais para minimizar a deposição nas superfícies da câmara. Sensores de temperatura de fibra óptica são desenvolvidos para suportar vários processos de semicondutores de última geração. Os sensores apresentam uma estrutura geométrica sem contato, com materiais sensores embutidos na base do mandril eletrostático, enquanto a fibra óptica é posicionada remotamente. Este método maximiza os tempos de resposta e elimina perdas de condução da haste. Também simplifica a substituição e reforma de pinças eletrônicas.

Controle de micro-ondas e aquecimento indutivo

Sensores de temperatura de fibra óptica multicanal fornecem uma solução econômica e conveniente para monitoramento de temperatura em processos industriais de micro-ondas, incluindo química assistida por microondas, esterilização por microondas, e sinterização por microondas. As sondas ópticas de temperatura para ambientes de micro-ondas são construídas com materiais que oferecem máxima compatibilidade química e biológica, ou em aço inoxidável robusto e cerâmica de alta temperatura.

Sensores de temperatura de fibra óptica são inerentemente imunes à radiação de micro-ondas e campos eletromagnéticos de alta frequência. Ambientes de microondas que usam sensores de temperatura de fibra óptica incluem fornos de microondas industriais para processamento e secagem de alimentos, fornos de microondas para fusão de vidro, e para secar papel, têxteis, ou madeira. Outras aplicações incluem sinterização por microondas de cerâmicas e instrumentos odontológicos, esterilização por microondas, e controle de pragas de microondas.

As sondas de temperatura de fibra óptica desenvolvidas podem ser personalizadas para uma variedade de aplicações industriais em fornos de micro-ondas e fornos. A tecnologia também permite medições de temperatura óptica sem contato de curto alcance e pode medir temperaturas que excedem limites muito altos.

Aquecedores e fornos por indução usam campos eletromagnéticos alternados de alta potência para aquecer rapidamente objetos condutores. Um exemplo é o uso de aquecimento por indução no barril e no molde para equipamentos de moldagem por injeção.. Esses aquecedores operam em frequências que variam de 5 até 100kHz e pode consumir energia de 10 para 40kW. Sensores de temperatura de fibra óptica de nível industrial são particularmente adequados para essas aplicações devido à sua robustez contra fortes energias eletromagnéticas, alta confiabilidade, e tempos de resposta rápidos. Transmissores de temperatura multicanal (condicionadores de sinal) com saídas analógicas de 4-20mA pode ser facilmente integrado em equipamentos de controle de processo de moldagem por injeção.

Sensores de temperatura de fibra óptica para pesquisa e educação

Atividades de pesquisa e desenvolvimento que exigem soluções precisas de detecção de temperatura por fibra óptica. Sondas de software e fibra óptica podem ser personalizadas e calibradas para diversas aplicações de laboratório e testes. Sensores de temperatura de fibra óptica são frequentemente selecionados para aplicações de pesquisa devido à sua imunidade a fortes campos eletromagnéticos, nuclear, e radiação de raios X. Devido à sua flexibilidade e facilidade de uso, sensores de fibra óptica são a escolha ideal para aplicações de pesquisa. Basta instalar o software e conectar o cabo USB para iniciar o monitoramento óptico da temperatura. Os engenheiros de suporte de aplicativos fornecerão assistência amigável, e para aplicações mais exigentes, serviços de consultoria de engenharia podem ser oferecidos.

Sensores de temperatura de fibra óptica também são altamente adequados para trabalhos de laboratório de estudantes e proporcionam atividades educacionais exclusivas para professores de física., química, biologia, eletrônica, e instrumentação. Software avançado facilita registro e calibração simples de temperatura a baixo custo.