Sensores de temperatura de fibra óptica INNO ,sistemas de monitoramento de temperatura.
1. Princípio de Monitoramento de temperatura de fibra óptica
O sensor de temperatura de fibra óptica é um sensor avançado que mede mudanças de temperatura utilizando efeitos ópticos. Ele utiliza as propriedades únicas das fibras ópticas, como sua sensibilidade térmica e efeito de grade de Bragg. O princípio básico é usar as propriedades ópticas das fibras ópticas para refletir as mudanças na temperatura ambiente, medindo os parâmetros do sinal óptico. (como intensidade de luz, fase, etc.) na fibra. A seguir estão vários métodos comuns de monitoramento de temperatura de fibra óptica baseados em diferentes princípios:
1.1: Com base no princípio da variação da amplitude da luz:
Em sensores de temperatura de fibra óptica do tipo componente, o diâmetro do núcleo e o índice de refração da fibra 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. Por exemplo, em algumas estruturas de fibra especiais, mudanças na temperatura podem causar alterações na distribuição do material ou nas características estruturais dentro da fibra, resultando em mudanças na dispersão da luz durante a propagação, e assim causando mudanças na amplitude da luz. Ao detectar essas mudanças de amplitude, informações de temperatura podem ser obtidas.
Com base no princípio da interferência: No instrumento, a luz da fibra de sinal é misturada com um feixe de referência estável. Devido à influência dos parâmetros medidos (como temperatura) na fibra de sinal, a fase do sinal óptico de propagação muda, resultando em interferência entre os dois feixes de luz. Em princípio, um detector de fase adequado pode detectar pequenas mudanças, enquanto um contador de faixas pode detectar grandes mudanças. Isto utiliza as características de interferência da luz, converter a influência da temperatura na fase dos sinais ópticos em fibras ópticas em fenômenos de interferência detectáveis, conseguindo assim o monitoramento da temperatura.
1.2: Baseado no princípio do efeito de dispersão Raman:
O princípio básico de Sistema de detecção de temperatura de fibra óptica distribuída (ETED) é baseado na reflectometria óptica no domínio do tempo (OTDR) princípio da fibra óptica e o efeito de espalhamento Raman da fibra óptica. Pulsos de laser interagem com moléculas de fibra, resultando em vários fenômenos de espalhamento, como espalhamento Rayleigh, Espalhamento de Brillouin, e espalhamento Raman. Selecione o espalhamento Raman que é mais sensível às mudanças de temperatura ao selecionar o sinal de referência do sistema. O mecanismo de medição de temperatura da fibra óptica é baseado no efeito de espalhamento Raman reverso, que obtém informações de temperatura analisando o sinal de luz espalhada Raman. Porque a intensidade da luz espalhada Raman tem uma relação específica com a temperatura, mudanças de temperatura podem causar mudanças na intensidade do espalhamento Raman. Medindo as mudanças na intensidade do espalhamento Raman, o valor da temperatura pode ser determinado.
1.3: Com base no princípio da grade Bragg de fibra Bragg:
Quase fibra óptica distribuída tecnologia de medição de temperatura, uma solução representativa é um sistema de medição de temperatura com múltiplas redes de Bragg de fibra conectadas em série. Várias redes de fibra de Bragg com diferentes comprimentos de onda centrais são formadas por exposição e gravação ao longo da direção longitudinal da fibra óptica através da radiação ultravioleta.. Cada grade de fibra de Bragg é uma reflexão total de potência para um comprimento de onda específico de luz. Quando a temperatura ambiente da rede de Bragg de fibra muda, o comprimento de onda do sinal refletido da grade também mudará. Injete um feixe de luz de amplo espectro contendo vários comprimentos de onda em uma fibra óptica, e o feixe passa por uma série de redes de Bragg de fibra. Cada grade reflete um sinal de luz monocromático correspondente ao seu comprimento de onda, e as mudanças de temperatura são refletidas pela detecção de mudanças no comprimento de onda da luz refletida.
1.4: Com base no princípio da radiação fluorescente:
Na tecnologia de detecção de temperatura de fibra de radiação fluorescente, uma substância fluorescente é revestida na extremidade da fibra, e o valor da temperatura do ponto medido pode ser obtido medindo o tempo de decaimento da energia de fluorescência e utilizando a correlação de temperatura do tempo de pós-luminescência intrínseco da substância fluorescente. O tempo de brilho das substâncias fluorescentes muda com a temperatura, e esta característica é usada para medição de temperatura. Sua faixa de temperatura aplicável é de -50~200 ℃, com uma precisão de cerca de ± 1 °C, e é comumente usado para medição de temperatura dentro de equipamentos elétricos.
1.5: Princípio das características de absorção/transmissão de luz com base em cristais de arsenieto de gálio:
A tecnologia de medição de temperatura de fibra de arsenieto de gálio incorpora material de cristal de arsenieto de gálio na extremidade da fibra como uma sonda de temperatura, e injeta luz incidente no dispositivo final próximo da fibra. Quando a fonte de luz do sensor emite luz incidente de múltiplos comprimentos de onda e irradia para o cristal de arsenieto de gálio, o material de cristal de arsenieto de gálio absorverá diferentes comprimentos de onda de luz incidente em diferentes temperaturas, e os comprimentos de onda não absorvidos da luz serão refletidos de volta para o dispositivo. Ao analisar o espectro da luz refletida, os parâmetros de temperatura na sonda podem ser obtidos. A vantagem deste sensor é que ele obtém a temperatura da sonda através de medição espectral absoluta, em vez de medição de mudança de temperatura., portanto, não envolve calibração no local. A sonda tem boa universalidade, e a distância de detecção pode exceder 500m. A vida útil da fonte de luz e a estabilidade a longo prazo da detecção online podem exceder 30 Anos. Contudo, o custo da fibra de arsenieto de gálio é relativamente alto.
2. Método de monitoramento de temperatura de fibra óptica
De acordo com diferentes cenários de aplicação, a tecnologia de medição de temperatura por fibra óptica pode ser dividida nas seguintes categorias:
2.1: Medição de temperatura pontual:
Tecnologia de detecção de temperatura de fibra de radiação de fluorescência: uma substância fluorescente é revestida na extremidade da fibra, e o valor da temperatura do ponto medido é obtido medindo o tempo de decaimento da energia de fluorescência e utilizando a correlação de temperatura do tempo de pós-luminescência intrínseco da substância fluorescente. Adequado para faixa de temperatura de -50 ~ 200 ℃, com uma precisão de cerca de ± 1 °C, atualmente usado principalmente para medição de temperatura dentro de equipamentos elétricos. Tem as características de tamanho pequeno, fácil integração, Desempenho confiável, anti interferência eletromagnética, bom desempenho de isolamento, instalação conveniente, e rede flexível.
2.2 Tecnologia de medição de temperatura de fibra óptica de arsenieto de gálio:
Incorporação de material de cristal de arsenieto de gálio na extremidade da fibra óptica como uma sonda de temperatura, injetando luz incidente no dispositivo final próximo da fibra. Quando a fonte de luz do sensor emite luz incidente de múltiplos comprimentos de onda e irradia para o cristal de arsenieto de gálio, o material cristalino de arsenieto de gálio absorve diferentes comprimentos de onda da luz incidente em diferentes temperaturas, e os comprimentos de onda não absorvidos da luz são refletidos de volta para o dispositivo. Os parâmetros de temperatura na sonda são obtidos analisando o espectro da luz refletida. Suas vantagens são que a temperatura da sonda é obtida através de medição espectral absoluta, sem calibração no local, a sonda tem boa universalidade, a distância de detecção pode exceder 500m, a vida útil da fonte de luz e a estabilidade a longo prazo da detecção on-line excedem 30 Anos, mas o custo é relativamente alto.
2.3 Medição quase distribuída:
Sistema de medição de temperatura da série de grades de fibra Bragg: Através da radiação ultravioleta ao longo da direção longitudinal da fibra, várias redes de fibra de Bragg com diferentes comprimentos de onda centrais são formadas por exposição e gravação. Cada grade de fibra de Bragg é uma reflexão total de potência para um comprimento de onda específico de luz. Múltiplas grades de fibra de Bragg são conectadas sequencialmente em série na direção da propagação da fibra para formar um sistema de medição de temperatura de distribuição quase espacial espacialmente discreto. Injetando luz de banda larga em uma fibra óptica, quando o feixe passa através de uma rede de Bragg de fibra, cada grade reflete um sinal de luz monocromático correspondente ao seu comprimento de onda. Quando a temperatura ambiente da rede de Bragg de fibra muda, o comprimento de onda do sinal refletido da grade mudará. Sua sonda tem um pequeno volume, o caminho óptico pode ser dobrado adequadamente, it is resistant to electromagnetic radiation, and easy to telemetry. Contudo, the mechanical strength of the fiber Bragg grating is low, and it is easily damaged under complex working conditions, which requires the reliability of the sensor. Além disso, the sensitivity of wavelength demodulation is a problem, and the wavelength drift of reflected light caused by a temperature rise of tens of degrees does not exceed 1nm.
2.4 Medição totalmente distribuída:
Distributed Fiber Temperature Measurement System (ETED) Based on Raman Scattering Effect: Utilizing the Optical Time Domain Reflector (OTDR) principle of optical fibers and Raman scattering effect. Laser pulses interact with fiber molecules to generate various scattering phenomena such as Raman scattering, and temperature is measured based on the Raman scattering effect. Este sistema pode ser implementado através da implantação de um dispositivo de monitoramento e uma fibra de detecção, e o custo de monitoramento por unidade de comprimento de fibra diminui com o aumento da distância de detecção. Atualmente é uma solução de medição de temperatura de engenharia altamente promissora. Pode alcançar medição de temperatura em ponto único, multiponto, e áreas contínuas, e pode servir como meio para medição e transmissão de temperatura simultaneamente. Possui capacidade anti-interferência eletromagnética, resistência à corrosão, bom desempenho de isolamento, métodos de instalação flexíveis, pode ser vinculado à proteção contra incêndio, sistemas de alarme, etc. Também pode transmitir dados remotamente, visualizar e controlar remotamente, e tem vantagens como análise de dados e solução de problemas de pontos de falha.
3. Caso de aplicação de monitoramento de temperatura de fibra óptica
3.1 Aplicação na construção de poder de comunicação:
Problema resolvido: A sala de comunicação possui equipamentos densos e altos requisitos de segurança. Assim que ocorrer um incêndio, isso fará com que toda a rede de comunicação fique paralisada, exigindo monitoramento em tempo real da temperatura ambiente. E com o rápido desenvolvimento da tecnologia 5G, salas de comunicação estão sendo rapidamente construídas e ampliadas, resultando em um aumento repentino no número e na potência dos equipamentos nas salas. Os métodos tradicionais de medição eletrônica de temperatura têm desvantagens, como pontos de medição de temperatura limitados, instalação complexa de cabos de transmissão, e não são propícios à manutenção e gerenciamento.
Plano de implementação específico: Instale um distribuído sistema de monitoramento de temperatura de fibra óptica (como a série FGT) nos equipamentos e linhas na sala de informática para obter monitoramento de temperatura em tempo real, análise de tendências, detecção remota precisa de acidentes, aviso prévio, alarme e outras funções. A parte central do sistema consiste principalmente em um cliente local, host de medição de temperatura de fibra óptica, cabo óptico com detecção de temperatura, e software de medição de temperatura. Por exemplo, fibras ópticas com sensor de temperatura entram em cada gabinete por baixo e medem a temperatura dentro do gabinete circulando pela parte frontal e traseira do gabinete; A fibra óptica de medição de temperatura é colocada em forma de S ao longo da bandeja de cabos na superfície da bandeja de cabos para monitoramento da temperatura da bandeja de cabos; A fibra óptica de medição de temperatura é colocada ao longo da rota do cabo do túnel subterrâneo na superfície do cabo para monitoramento da temperatura do cabo do túnel; Carregar para o cliente local e cliente do centro de monitoramento via protocolo TCP/IP, e o cliente pode exibir informações de temperatura em tempo real de cada gabinete por meio de software de monitoramento. Com base na temperatura obtida em tempo real, desenhe um mapa de nuvem de temperatura da sala de informática; Quando ocorre um alarme anormal de alta temperatura em um determinado local da sala de computadores, o host de medição de temperatura transmite as informações de alarme para o sistema de alarme através do protocolo serial RS485 para tratamento de extinção de incêndio correspondente.
Valor do aplicativo: Além dos alarmes regionais, o posicionamento de alerta precoce também pode localizar e definir a temperatura dos pontos de alarme; A exibição da temperatura em tempo real pode determinar com precisão a tendência de desenvolvimento de acidentes de incêndio e fornecer base de dados para combate a incêndios; Tem as vantagens de segurança e confiabilidade (Alta sensibilidade, sem interferência eletromagnética, monitoramento passivo em tempo real, bom isolamento elétrico, à prova de explosão, combinado com alarmes de temperatura fixos e diferenciais, sem alarmes falsos), Fácil instalação (fibra óptica anti-tensão, anti-impacto, diâmetro externo pequeno, boa flexibilidade, pequeno volume, peso leve, pode ser enrolado e instalado na superfície da área de teste em formato reto ou de cobra), uso eficiente (monitoramento de longa distância, detecção e transmissão de sinal podem ser completadas por um cabo óptico, tudo configurado no terminal, todo o sistema é simples e confiável, e a carga de trabalho de operação e manutenção é mínima), e vida útil ultra longa (o sistema de circuito de temperatura constante integrado e o interruptor eletro-óptico de microcomputador avançado melhoram muito a vida útil do equipamento, com uma vida útil superior a 15 Anos).
3.2 Aplicações na área de transporte:
Em túneis rodoviários, sensores de fibra óptica podem ser usados para monitorar parâmetros como temperatura e umidade dentro do túnel, detectar situações perigosas, como incêndios e inundações, em tempo hábil, e acionar sistemas de alarme para garantir a segurança de veículos e passageiros. Sensores de fibra óptica também têm importante valor de aplicação na construção de sistemas inteligentes de transporte e monitoramento de segurança de veículos., como monitorar a temperatura de peças-chave dos veículos para garantir a segurança e a confiabilidade da operação do veículo.
3.3 Aplicação em usinas de energia:
Comparado com o cabo sensor de temperatura tradicional, o sistema de monitoramento de temperatura de fibra óptica é progressivo. Em usinas de energia, sensores de temperatura de fibra óptica podem monitorar a temperatura do equipamento em tempo real durante a operação, como monitoramento de temperatura de equipamentos de grande porte, como geradores e transformadores. Eles podem detectar situações anormais, como superaquecimento, em tempo hábil, evitando assim falhas de equipamentos e garantindo o funcionamento normal das usinas.
4. Equipamento recomendado de monitoramento de temperatura de fibra óptica
IF-C de FJINNO sistema de medição de temperatura de fibra óptica de fluorescência:
Capacidade anti-interferência de fluorescência e método de medição: Tem a característica de resistir à interferência eletromagnética, e a fibra óptica como meio de transmissão de sinal não é afetada por interferência eletromagnética, garantindo o monitoramento preciso da temperatura perto de equipamentos de energia de alta tensão. Suporta medição multiponto, múltiplas interfaces de medição podem ser configuradas em um transmissor de temperatura de fibra óptica fluorescente para obter monitoramento de temperatura multiponto.
5. Como escolher uma solução adequada de monitoramento de temperatura de fibra óptica
5.1: Considere os requisitos do cenário de medição:
Requisitos de faixa de temperatura: Diferentes tecnologias de monitoramento de temperatura de fibra óptica são aplicáveis a diferentes faixas de temperatura. Por exemplo, a tecnologia de detecção de temperatura de fibra óptica de radiação fluorescente é adequada para uma faixa de temperatura de -50 ~ 200 ℃. Se a temperatura ambiente a ser medida for baixa ou alta, é necessário um esquema personalizado de monitoramento de temperatura de fibra óptica que possa cobrir essa faixa de temperatura.
5.2: Pontos e áreas de medição:
Se for uma medição de temperatura de ponto único, como medir a temperatura em uma peça chave dentro de um equipamento elétrico, métodos de medição de temperatura baseados em pontos, como tecnologia de detecção de temperatura de fibra de radiação de fluorescência ou tecnologia de medição de temperatura de fibra de arsenieto de gálio, são mais adequados; Se o monitoramento de temperatura for necessário para áreas contínuas ou múltiplos pontos, como armários, Bandejas de cabos, e cabos de túneis subterrâneos em edifícios de energia de comunicação, sistemas distribuídos de monitoramento de temperatura de fibra óptica (ETED) são mais adequados para monitoramento de temperatura em múltiplas áreas.
5.3: Considere as características de desempenho do sensor:
Precisão e estabilidade: Em alguns cenários que exigem precisão de medição de alta temperatura, como monitoramento de temperatura em tempo real durante procedimentos cirúrgicos na área médica, sensores de temperatura de fibra óptica de alta precisão precisam ser selecionados.
5.4: Velocidade de resposta do sensor:
Em alguns cenários onde são necessárias mudanças rápidas de temperatura, como sistemas de alarme de incêndio, os sensores precisam ter uma velocidade de resposta rápida para detectar aumentos anormais de temperatura em tempo hábil e emitir alarmes. A velocidade de resposta de diferentes sensores de temperatura de fibra óptica varia e precisa ser selecionada de acordo com cenários de aplicação específicos.
5.5: Considere os fatores de custo:
Custo do equipamento: O processo de fabricação de sensores de temperatura de fibra óptica de alto desempenho é complexo e caro, o que limita sua aplicação em larga escala. Por exemplo, sensores de fibra óptica de arsenieto de gálio têm muitas vantagens, mas seu custo é relativamente alto. No caso de orçamento limitado, é necessário considerar de forma abrangente os custos do equipamento e escolher uma solução econômica de monitoramento de temperatura de fibra fluorescente.
5.6: Custos de instalação e manutenção:
A complexidade da instalação de diferentes soluções de monitoramento de temperatura de fibra óptica varia, e os custos de instalação também podem diferir. Por exemplo, no sistema distribuído de monitoramento de temperatura de fibra óptica no edifício do poder de comunicação, o método de colocação de cabos de fibra óptica, a instalação e o comissionamento de equipamentos afetarão o custo de instalação. Ao mesmo tempo,, os custos de manutenção também precisam ser considerados, como a vida útil do equipamento, se é propenso a mau funcionamento, e a dificuldade de reparar após um mau funcionamento. Alguns dispositivos com funções de autodiagnóstico e manutenção remota podem ter custos de equipamento mais elevados, mas em termos de custos de manutenção a longo prazo, eles podem ser mais econômicos.
Sensor de temperatura de fibra óptica, Sistema de monitoramento inteligente, Fabricante de fibra óptica distribuída na China
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