волоконно-оптические сенсорные системы-INNO

Флуоресцентная оптоволоконная система измерения температуры

Флуоресцентный оптоволоконный датчик температуры состоит из многомодового оптоволокна и флуоресцентного объекта. (фильм) установленный поверх него. Его принцип работы основан на энергии флуоресценции, излучаемой флуоресцентным веществом при определенной длине волны. (спектр возбуждения) световое возбуждение. После отмены возбуждения, на стойкость послесвечения флуоресценции влияют такие факторы, как характеристики флуоресцентного вещества и температура окружающей среды.. Флуоресценция обычно затухает экспоненциально., а постоянная времени затухания — это время жизни флуоресценции или время послесвечения флуоресценции. (нс). Более того, затухание послесвечения флуоресценции варьируется при разных температурах окружающей среды. Поэтому, температуру окружающей среды можно определить путем измерения времени жизни послесвечения флуоресценции.

Эта сенсорная система имеет множество преимуществ. Во-первых, Основная технология заключается в флуоресцентных веществах и соответствующих алгоритмах моделирования.. Технический принцип и структура продукта просты., и флюоресцентный для измерения температуры используемый материал прокаливается при 1200 градусов Цельсия, который имеет чрезвычайно длительный срок службы и стабильные и надежные рабочие характеристики. Он очень подходит для крупномасштабного промышленного массового производства и широко используется в промышленной сфере.. Во-вторых, чисто оптоволоконные датчики обладают характеристиками искробезопасности, высоковольтная изоляция, и устойчивость к электромагнитным помехам; Система работает стабильно, без дрейфа и не требует калибровки и поверки на протяжении всего срока эксплуатации.; Принятие модульной конструкции, его можно гибко подключать к сети и бесконечно расширять в любое время, не вызывая ненужной траты ресурсов.; Оснащен цифровыми и аналоговыми выходами., удобен для автоматизированного контроля и управления данными в режиме реального времени; Зонд и демодулятор компактны и гибки., простота установки и обслуживания. Он широко используется в различных областях применения.. В сфере электросетей, его можно использовать для мониторинга температура горячих точек, таких как распределительные устройства и трансформаторы, своевременно обнаруживать температурные аномалии, и обеспечить безопасную и стабильную работу электропитания; В области лабораторных исследований, можно следить за изменением температуры реакционных систем в химических экспериментах для обеспечения точности экспериментальных результатов, и в биологических экспериментах, можно следить за распределением температуры внутри организма, который помогает медицинским исследователям изучать термическую стабильность организмов.; В медицинской сфере, изменения температуры пациентов можно отслеживать во время операции, чтобы обеспечить бесперебойную работу, и может использоваться в реабилитационных центрах для оценки статуса выздоровления пациента.. Кроме того, он имеет уникальные преимущества во многих особых сценариях, например, измерение внутренней температуры куриных наггетсов в пищевой промышленности, чтобы гарантировать, что внутренняя часть приготовлена, а поверхность не обожжена в процессе выпечки.; Когда в электронной промышленности выполняется точное соединение небольших компонентов в микроволновой среде для контроля температуры., традиционные термометры с термопарами не могут точно измерять из-за влияния микроволн., в то время как флуоресцентные оптоволоконные датчики температуры имеют очевидные преимущества, поскольку не подвержены влиянию электромагнитных помех.. Эксперименты показали, что в этом случае, оптоволоконные термометры считывают точные показания и не подвержены влиянию внешних факторов., в то время как термопарные термометры имеют большие погрешности.

Дополнение к многодоменному приложению

В дополнение к общим областям применения, упомянутым ранее, флуоресцентные оптоволоконные датчики температуры также имеют важное значение в других отраслях. В нефтехимической промышленности, в таких местах, как нефтеперерабатывающие заводы, есть легковоспламеняющиеся, взрывчатый, и агрессивные среды. Искробезопасность и коррозия сопротивление флуоресцентных оптоволоконных датчиков температуры позволяют им эффективно контролировать температуру трубопроводов, реакционные сосуды, и другое оборудование, ensuring that the production process is carried out under appropriate temperature conditions and the safety of personnel and equipment is guaranteed. In the aerospace field, temperature detection can be performed on key components such as engines, which requires sensors to have high accuracy, высокая термостойкость, и устойчивость к электромагнитным помехам. Fluorescent fiber optic temperature sensors can precisely meet these requirements and help improve the safety and reliability of aerospace equipment operation. In the field of new energy such as solar power generation, temperature measurement can be carried out on solar panels to optimize their energy conversion efficiency through temperature data acquisition. Once the temperature is too high and affects the power generation efficiency, timely adjustment measures can be taken. Суммируя, Характеристики флуоресцентных оптоволоконных датчиков температуры позволяют им постоянно открывать новые сценарии применения во многих областях с особыми требованиями к измерению температуры..

Распределенная оптоволоконная сенсорная система

The распределенное оптоволокно Сенсорная сетевая система — это сетевая система, которая объединяет сенсорную, контроль, и другие функции. В качестве чувствительной среды используется оптическое волокно., который может воспринимать внешние физические величины, изменяя свои характеристики, такие как длина волны, фаза, и интенсивность. В то же время, Оптическое волокно может быть хорошо интегрировано с системами сенсорных сетей оптического волокна в качестве среды связи.. Эта система имеет характеристики защиты от электромагнитных помех., высокая надежность, и удаленный распределенный мониторинг, и имеет широкую прикладную ценность и рыночные перспективы.

С технической точки зрения, nonlinear optical effects such as Raman and Brillouin effects in fiber optics are used to detect environmental temperature and pressure induced stress. Например, Raman scattering is used for distributed temperature sensing (ДТС), which can accurately determine the temperature at any given position along the fiber by measuring the difference in the intensity of backscattered light in the Stokes and anti Stokes bands; The principle of Brillouin scattering is similar, where the wavelength of backscattered light is influenced by external temperature and acoustic stimuli in a predictable manner. By combining this data with temperature background knowledge at the same point, the strain experienced by the fiber can be accurately determined, and which areas of the fiber are affected can be analyzed.

Он играет незаменимую роль во многих областях.. Что касается мониторинга безопасности, это очень привлекательное новое устройство, основанное на технологии оптоволоконных датчиков., который может обеспечить мониторинг периметра и сигнализацию в особых местах, таких как аэропорты, границы, базы, порты, и т. д.; Мониторинг безопасности нефте/газопроводов и нефтепроводов нефтеперерабатывающих предприятий; Он может обеспечить обнаружение раскопок туннелей в особых местах, таких как военные базы., тюрьмы, банки, и атомные электростанции, и своевременно обнаруживать потенциальные угрозы; Возможность распределенного мониторинга оптических кабелей на больших расстояниях в государственных учреждениях., банковское дело, спецслужбы, и других местах вне досягаемости традиционных датчиков. И он также имеет применение в промышленном мониторинге., например, сканирование температуры зерновых складов и нефтебаз для полного понимания распределения температуры и достижения более точного мониторинга.. Его также можно использовать для распределенного мониторинга температуры и деформации различных конструкций, таких как мосты., плотины, туннели, и т. д..

С точки зрения технических показателей и характеристик практического применения, это четко отражено в распределенной оптоволоконной системе раннего предупреждения. Одноядерная технология позиционирования, разработанная с использованием двухъядерного оптического пути, экономит оптоволоконные ресурсы и повышает точность позиционирования по сравнению с международной трехъядерной технологией позиционирования.; Система делится на два типа: тип забора и заглубленный тип для адаптации к различным сценариям применения поверхностных ограждений (например, кованое железо, проволочная сетка, заборы, стены, и т. д.) и под землей (такие как луга, гравийные слои, цементные полы, и обычная земля); Система оповещения превосходит аналогичные зарубежные системы по ключевым технологиям, таким как интенсивность освещения., состояние поляризации, угол поляризации, частота оптического сигнала, фаза, оптическая фазовая синхронизация, алгоритм распознавания хаотической нейронной сети, и термоядерные технологии; Он обладает преимуществами действительно пассивного внешнего обнаружения и передачи данных., легкая конструкция, и низкая стоимость (использование обычных оптических кабелей связи в качестве датчиков); Также доступно несколько методов мониторинга., который может отображать в реальном времени формы сигналов помех в оптоволоконном кабеле во временной области., контролировать звуки помех вдоль оптоволоконного кабеля, подсчитать количество событий нарушения работы оптоволоконного кабеля в разные периоды времени или на разных расстояниях, точно классифицировать и идентифицировать помехи в оптоволоконном кабеле на маршруте, и отображать сигналы тревоги на диаграммах географической информации.; Существуют соответствующие параметры и требования к техническим индикаторам, таким как время отклика., частотная характеристика, срок службы оптоволокна, вероятность тревоги, вероятность ложной тревоги, расстояние мониторинга, точность позиционирования, и рабочая температура.

Дополнение к новым тенденциям применения распределенных волоконно-оптических систем

При дальнейшем развитии технологий, тот сценарии применения распределенного оптоволоконного зондирования системы постоянно расширяются и расширяются. В сфере городского железнодорожного транспорта, можно контролировать состояние здоровья конструкций тоннелей метро. Путем размещения распределенных оптоволоконных датчиков внутри или вокруг стен туннеля., изменения ключевых параметров, таких как деформация и температура туннеля, можно обнаружить в режиме реального времени. При наличии структурных деформаций (возможно, вызвано геологическими изменениями, землетрясения, и т. д.) или температурные аномалии (например, пожароопасность, и т. д.), система может своевременно предоставлять оператору данные обратной связи для принятия мер по предотвращению несчастных случаев.. В строительстве интеллектуальных сетей, распределенные оптоволоконные сенсорные системы могут динамически контролировать линии электропередачи сверхвысокого напряжения. Они полагаются не только на традиционный контроль температуры для обеспечения безопасной работы линий. (поскольку высокие температуры в линиях могут увеличить потери в линиях и сделать их склонными к сбоям.), но и следить за механическими свойствами линий (например, напряжение, напряжение, и т. д.) отражая изменения характеристик оптоволокна, вызванные физическими величинами, через оптоволоконные датчики, сделать всю энергосистему более интеллектуальной и надежной. Кроме того, имеются потенциальные применения и перспективы развития в области океанотехники, например, мониторинг подводных кабелей и мониторинг структурного состояния морских нефтяных платформ., для защиты разработки и использования морских ресурсов.

Система измерения температуры с волоконной брэгговской решеткой

Технология измерения волоконной брэгговской решетки использует волоконные брэгговские решетки в качестве чувствительных элементов для измерения физических величин через оптические волокна., и измерение температуры является широко используемым типом датчика.. Волоконная решетка Брэгга (ВБР) представляет собой частотно-селективный оптический отражатель, изготовленный по принципу оптоволокна.. При возбуждении источника света, оптический сигнал достигает решетки через волокно и отражается обратно. Изменение количества чувствительности ВБР можно определить по интенсивности отраженного света и распределению длин волн..

Принцип измерения температуры оптоволоконной решетки основан на изменении длины волны Брэгга решетки, вызванном изменениями температуры.. Отраженный спектр фиксируется ПЗС-камерой., и сигнал отраженного света обрабатывается процессором сигналов для измерения температуры.. По системе управления, если система контроля температуры построена на основе технологии волоконно-оптических решеток Брэгга, в основном состоит из четырех частей: получение сигнала, обработка сигналов, модуль управления, и привод. Датчик с волоконной решеткой Брэгга в процессе сбора сигнала передает собранные сигналы в модуль обработки сигналов для предварительной обработки.; Модуль обработки сигналов основан на измерении температуры и управляется инкрементным ПИД-регулятором для управления, связанного с температурой.; Модуль управления может использовать встроенную систему, который может взаимодействовать с верхним компьютером, обеспечить мониторинг температуры и стандартов контроля в реальном времени, и использоваться для разработки других продвинутых приложений; Исполнительный механизм включает в себя двигатель постоянного тока., двигатель переменной частоты, шаговый двигатель, и т. д..

Датчики температуры с волоконной брэгговской решеткой иметь множество преимуществ. Во-первых, он имеет высокую чувствительность, что связано с принципом сенсорной технологии и может точно определять изменения температуры; Во-вторых, он не требует внешнего источника питания и не подвержен влиянию электромагнитных помех. Кроме того, его зонд может противостоять механическим, электромагнитный, и химическая интерференционная скважина, и может надежно измерять физические величины в суровых условиях окружающей среды, таких как разведка нефти и газа. (часто со сложными электромагнитными помехами и возможной химической коррозией), аэрокосмический (при различных сложных источниках излучения и других помех в космосе и особых требованиях к массе оборудования), медицинский диагноз (с многочисленными окружающими устройствами в медицинских учреждениях, сложная электромагнитная обстановка и высокие требования к безопасности средств обнаружения), и управление производственными процессами (воздействие электромагнитных полей и различных химических веществ в промышленности); И он имеет характеристики высокой стабильности, не зависит от интенсивности света и пятен, а также такие преимущества, как небольшой размер, легкий вес, быстрое время отклика, анти-электромагнитные помехи, и сильная коррозионная стойкость, что делает его более конкурентоспособным по сравнению с другими типами датчиков в широком спектре сценариев применения.. Кроме того, тот температура волоконной брэгговской решетки Стоит упомянуть сенсорную технологию, основанную на фазочувствительном обнаружении.. Это широко используемая технология измерения температуры на основе волоконной брэгговской решетки., который использует интерферометр для когерентного интерференции отраженного света ВБР. (волоконная решетка Брэгга) с эталонным светом, тем самым улучшая чувствительность и стабильность датчика. Он достиг сверхвысокой чувствительности на уровне субмиликельвина., что делает его особенно подходящим для точного измерения небольших изменений температуры., например, в биомедицинской визуализации, микрофлюидика, и нанотехнологии, и имеет широкие перспективы применения.

Технология Fiber Bragg Grating предполагает добавление специальных материалов.

В производстве и применении систем измерения температуры на основе волоконных решеток Брэгга., предполагаются исследования и применение некоторых специальных материалов или структур.. К производству волоконно-оптических решеток предъявляются особые требования., и состав материала сердцевины и оболочки волокна необходимо точно контролировать, чтобы точно достичь желаемых оптических свойств, таких как изменение показателя преломления решетки.. Например, волокна, легированные определенными элементами, такими как германий, могут оптимизировать работу решеток.. С точки зрения сенсорных приложений, исследования материалов покрытия на поверхности волоконных решеток Брэгга также постоянно углубляются.. Специальные материалы покрытия позволяют повысить коррозионную стойкость волоконных брэгговских решеток или улучшить их взаимодействие с обнаруживаемым веществом.. Например, в некоторых сценариях применения мониторинга коррозионной среды, путем нанесения коррозионностойкого и теплопроводящего полимерного покрытия, сама решетка не подвержена коррозии, и внешняя температура может быстро передаваться на область решетки., сделать измерение более точным. Также осуществляется подбор и использование упаковочных материалов для датчиков.. Подходящие упаковочные материалы могут не только защитить волоконную решетку Брэгга от нормальной работы в сложных внешних условиях. (например, высокая влажность, высокое давление, и т. д.), но также минимизировать влияние на теплопроводность во время измерение температуры волоконной брэгговской решетки. Например, композитные материалы с хорошими герметизирующими характеристиками, соответствующий коэффициент теплопроводности, и хорошая жесткость и прочность могут быть использованы для упаковки.

Обзор систем оптоволоконных датчиков

Волоконно-оптическая сенсорная система представляет собой сенсорную систему на основе оптических волокон., включая различные типы, такие как флуоресцентная волоконно-оптическая система измерения температуры, распределенная волоконно-оптическая система датчиков, система измерения температуры волоконно-оптической решетки, и т. д.. Каждый тип имеет различные характеристики с точки зрения принципа, структура, производительность, и т. д.. адаптироваться к различным сценариям применения.

В принципе, это использование модуляции некоторых характеристик света (например, длина волны, интенсивность, фаза, и т. д.) самим волокном или веществами внутри волокна, когда свет распространяется по волокну, чтобы отразить информацию об изменениях внешней среды., тем самым достигая цели зондирования и измерения. Например, Упомянутое ранее измерение температуры флуоресцентного волокна основано на взаимосвязи между временем жизни послесвечения флуоресценции и температурой.; Распределенное оптоволоконное зондирование использует такие явления, как комбинационное рассеяние и рассеяние Бриллюэна, для измерения физических величин, таких как температура или деформация, за счет различий в интенсивности света или изменениях длины волны.; Измерение температуры волоконной брэгговской решетки основано на вызванных температурой изменениях длины волны брэгговской решетки для измерения температуры..

Структурно, хотя между системами есть различия, они обычно построены на основе оптоволокна. Флуоресцентный система измерения температуры волокна состоит из модуля флуоресцентного материала в верхней части волокна, часть оптоволоконной передачи, и демодулятор сигнала для измерения температуры и других функций.; The entire network construction of the distributed fiber optic sensing system includes the fiber optic network layout in the operation, module components connected to the fiber optic network for different functions (such as acquisition, обработка, и т. д.), и т. д.. The structure should ensure the ability to achieve continuous long-distance distributed measurement functions; The fiber optic grating temperature sensing system is built around the fiber optic grating, the relevant optical components for collecting and analyzing the reflected light from the grating, и структура всей системы контроля температуры посредством дополнительных схемных модулей.

С точки зрения производительности, три системы имеют разные показатели оценки. Флуоресцентная оптоволоконная система измерения температуры ориентирована на точность измерений в различных температурных диапазонах., стабильность всей системы (например, важное преимущество стабильности, заключающееся в отсутствии необходимости калибровки и проверки на протяжении всего срока службы.), и различные свойства зонда (например изоляция, коррозионная стойкость, безопасность, и т. д.); The распределенное оптоволоконное зондирование система требует точности позиционирования, расстояние мониторинга, частотная характеристика, и т. д.. для измерения на большом расстоянии, так что он может играть роль в сценариях применения, таких как мониторинг безопасности на больших расстояниях и в крупных масштабах.; The fiber Bragg grating temperature sensing system mainly focuses on the sensitivity and anti-interference performance of the sensor (например, электромагнитные помехи, chemical environmental interference, и т. д.), as well as the convenience of using the sensor in different target application fields (например, влияние размера и веса на установку и использование в особых условиях., и т. д.).

Системы оптоволоконных датчиков имеют широкий спектр применения в различных областях, таких как промышленное производство., энергия, коммуникация, безопасность и безопасность, аэрокосмический, биомедицина, и т. д.. из-за присущей им способности противостоять электромагнитным помехам, возможность измерения нескольких физических величин, и адаптируемость в различных средах. Например, в промышленном производстве, мониторинг температуры, напряжение, и другие условия работы оборудования в сложных электромагнитных полях могут быть достигнуты с использованием волоконно-оптических сенсорных систем., тем самым обеспечивая автоматизацию промышленных производственных процессов и своевременное предупреждение и необходимость технического обслуживания для контроля состояния использования оборудования.; В сфере энергетики, мониторинг и обеспечение безопасной эксплуатации таких объектов, как нефте- и газопроводы и линии электропередачи, можно улучшить с помощью волоконно-оптических сенсорных систем; С точки зрения безопасности и безопасности, оптоволоконные системы зондирования могут быть развернуты по периметру и ключевым объектам (например, объекты атомной энергетики) для расширения возможностей защиты и наблюдения.

Дополнительные тенденции развития волоконно-оптических сенсорных систем

С развитием материаловедения, оптические технологии и другие смежные области, волоконно-оптические сенсорные системы стремятся к более высокой чувствительности, более высокая точность, более масштабная сеть, и более сильная адаптация к сложным средам. Постоянно разрабатываются новые волоконно-оптические материалы., которые имеют такие преимущества, как меньшие потери и более высокие оптические характеристики., значительное улучшение производительности волоконно-оптических сенсорных систем во всех аспектах. Например, разработка специальных оптических волокон позволяет датчикам работать точно и стабильно в чрезвычайно суровых условиях, таких как высокие температуры и сильная коррозия.. С точки зрения многофункциональной интеграции, будущие системы волоконно-оптических датчиков могут не ограничиваться измерением одной физической величины. (такие как температура или напряжение). Сенсорная система может одновременно обнаруживать несколько физических величин и выполнять комплексный анализ для получения более полезной информации.. Это требует дальнейшего развития соответствующих технологий, таких как интегрированная оптика и интеллектуальные алгоритмы.. Что касается крупномасштабных сетевых приложений, с развитием коммуникационных технологий нового поколения, таких как 5G и Интернет вещей., волоконно-оптические сенсорные системы, как метод мониторинга, который может предоставить большой объем необработанных данных и имеет больше преимуществ, чем традиционные датчики, в будущем будет играть все более важную роль в построении сенсорных сетей для крупномасштабных сетей, таких как «умные фабрики» и «умные города»..

Сравнение различных волоконно-оптических сенсорных систем

1、 Сравнение основных характеристик

Флуоресцентная оптоволоконная система измерения температуры: С помощью флуоресцентных веществ, световые характеристики их послесвечения флуоресценции зависят от температуры после возбуждения специфическим светом. Изменение температуры окружающей среды вызовет изменение режима затухания послесвечения флуоресценции., Измерение температуры может быть достигнуто путем определения продолжительности времени послесвечения флуоресценции.. Этот принцип основан на преобразовании энергии и характеристиках излучения между флуоресцентными веществами и светом., что совершенно уникально. Волоконная оптика в основном служит каналами для передачи возбуждающего света и передачи флуоресценции., и не полагайтесь на явления оптического рассеяния или отражения самого волокна для обнаружения, в отличие от двух других систем. Чувствительность системы по этому принципу можно регулировать в соответствии с алгоритмом выбора и оптимизации конкретного флуоресцентного вещества., но в отличие от, его реакция на изменения температуры больше зависит от свойств флуоресцентного вещества., а теоретический физический механизм напрямую связан с микроскопическим взаимодействием света и материи..
Распределенная оптоволоконная сенсорная система: полное использование характеристик самого оптоволокна в качестве средства непрерывного мониторинга, использование нелинейных оптических эффектов, таких как комбинационное рассеяние и рассеяние Бриллюэна, в волоконной оптике. По механизму комбинационного рассеяния света, разница в интенсивности обратного рассеяния света между стоксовой и антистоксовой полосами измеряется для определения температуры в определенном положении волокна; Когда происходит рассеяние Бриллюэна, оно основано на влиянии внешних факторов (такие как температура и напряжение) на длине волны обратного рассеяния света, чтобы понять физические величины, такие как деформация оптического волокна. Этот принцип, основанный на свойственном оптическим волокнам явлении рассеяния, позволяет осуществлять непрерывный и распределенный мониторинг физических величин вдоль волокна без необходимости добавления в волокно дополнительных чувствительных веществ или структур.. Этот принцип определяет, что его мониторинг представляет собой метод непрерывного сбора информации, распределенной по оптическому волокну., и может измерять большие расстояния. Однако, физический принцип определяет, что на общую точность будут влиять такие факторы, как слабые рассеянные сигналы и шум..
Система измерения температуры с волоконной брэгговской решеткой: Он работает по принципу, согласно которому изменения температуры вызывают изменения длины волны Брэгга волоконной брэгговской решетки.. Это изменение длины волны очень точное., а изменения температуры можно обнаружить путем измерения длины волны или спектральных изменений отраженного света.. Основной компонент, волоконная решетка Брэгга, представляет собой структуру с периодическим изменением показателя преломления, искусственно созданную в оптических волокнах.. Именно эта структура создает специфическую картину отражения света и существенно зависит от температуры.. Принцип модуляции длины волны отражения света на основе специальных оптических структур позволяет датчикам иметь высокую точность и стабильность., и может быть интегрирован с другими оптическими системами для достижения более высокой чувствительности обнаружения.. Однако, из-за сложности и требований к стабильности изготовления решетчатых конструкций, система может столкнуться с определенными ограничениями применения, связанными с большими производственными затратами или суровыми условиями эксплуатации. (где на длину волны Брэгга влияют внешние факторы и существует риск отклонения, не вызванного температурой).

2、 Сравнение структурной сложности

Флуоресцентная оптоволоконная система измерения температуры: Структура относительно проста. В основном состоит из трех частей: зонд (многомодовое волокно и верхний флуоресцентный материал), передающее волокно, и демодулятор сигнала. Флуоресцентные вещества существуют исключительно в верхней части оптического волокна., непосредственное получение возбуждающего света от передающего волокна и передача возбужденной флуоресценции на демодулятор через волокно. Конструкция устройства такого типа относительно проста и функционально понятна., с четкой модульностью между различными деталями и простым и понятным производственным процессом. Хотя он также включает в себя интеграцию флуоресцентных веществ и прикрепление их к концам волокон., общая сложность не высокая. Крупномасштабный производственный процесс относительно легко контролировать., имеет хорошую совместимость, и может гибко комбинироваться с различными датчиками для использования. Удобно размещать датчики для измерений в различных простых или сложных средах..
Распределенная оптоволоконная сенсорная система: конструктивно более сложный. В системе построена многофункциональная система обнаружения и анализа на базе оптоволоконных сетей.. От выбора и прокладки самих оптических волокон (учитывая различия в свойствах волокон в разных средах, включая использование обычных оптических кабелей связи и других методов использования ресурсов.), к распределенной установке многочисленных модулей позиционирования и анализа зон измерения и мониторинга вдоль оптоволоконных кабелей. Он включает не только базовую генерацию и передачу сигналов., но также включает в себя сложное обнаружение оптического сигнала, демодуляция и анализ оптических сигналов под воздействием различных физических величин. Например, модули оптического тракта, требующие разделения и обработки помех, а также сложные части электронной обработки сигналов, которые включают высокоскоростную обработку DSP и анализ сигналов вибрации для достижения точного позиционирования и оценки событий., несколько функциональных модулей во всей сетевой системе работают вместе для обеспечения распределенного мониторинга и анализа различных физических величин, таких как температура и напряжение, на больших расстояниях в разных регионах.. Поэтому, сложность конструкции относительно высока. При возникновении неисправности или ухудшения производительности в определенном звене этой структуры, процесс устранения неполадок и ремонта относительно громоздкий, но как только он будет успешно построен, он может выполнять мощную функцию распределенного мониторинга.
Система измерения температуры с волоконной брэгговской решеткой: Конструкция средней сложности.. Сердцевиной является компонент волоконно-оптической решетки., а производство волоконно-оптических решеток само по себе требует специализированных процессов, таких как фотолитография.. Однако, по сравнению с распределенными оптоволоконными сенсорными системами, его структура относительно проста, поскольку не требует сложных механизмов многоточечной обработки распределенного мониторинга.. Однако, при формировании полноценной системы измерения температуры, также необходимо взаимодействие с источником света и устройствами обработки и анализа отраженного света (например камеры CCD, сигнальные процессоры, и другое оборудование, используемое для сбора и обработки изменений светового сигнала на основе отражения решетки для получения информации о температуре.). Кроме того, при построении системы контроля температуры, необходимо добавить такие компоненты, как модули управления и исполнительные механизмы, для достижения общих функций управления.. Хотя количество компонентов не так велико, как у распределенных волоконно-оптических систем зондирования., общая структура требует точного согласования и совместной работы между оптическими компонентами, связанными с волоконной брэгговской решеткой, и вспомогательной схемой управления., обнаружение, и другие ссылки. Также существуют определенные требования к сложности при интеграции и отладке системы..

3、 Сравнение показателей эффективности

Флуоресцентная оптоволоконная система измерения температуры:
Точность измерения: Точность измерения системы можно регулировать в соответствии с различными потребностями., а обычно используемый диапазон точности охватывает ± 0.05 ℃ – ± 1 ℃. Различные продукты, сценарии применения, и т. д.. будут принимать разные уровни точности, но в целом, он может удовлетворить потребности многих отраслей и некоторых особых сценариев в определенном диапазоне.. Однако, его точность по-прежнему зависит от таких факторов, как стабильность флуоресцентного вещества и степень оптимизации алгоритма измерения.. По сравнению с датчиками с волоконной решеткой Брэгга, может быть пробел 1 в области высокой точности.
Диапазон измерения: Диапазон измерения температуры относительно широк., разделен на четыре секции: -40 ℃ -+80 ℃- 40℃ – +250℃；- 40℃ – +400℃；+ 20 ℃ -+60 ℃ (медицинский), способность адаптироваться к требованиям температурного диапазона от холода до высокой температуры, от обычных гражданских условий до специальных медицинских и санитарных условий, и многие другие сценарии использования.
Защита от помех: Сильная способность против электромагнитных помех. Благодаря электрической изоляции самого оптического волокна и тому факту, что внутренняя люминесценция и принцип обнаружения флуоресцентных веществ не связаны с электромагнитными помехами., он по-прежнему может стабильно работать даже в условиях высокого напряжения и сложных электромагнитных полей. (например, контроль температуры оборудования рядом с высоковольтным оборудованием внутри электроподстанций.). В то же время, полностью оптоволоконный датчик может адаптироваться к различным агрессивным средам, поскольку он не вызывает коррозии металлических частей. Это преимущество защиты от помех также делает его легко адаптируемым к различным электрическим, магнитный, и химическая среда, например, измерение температуры материала в химических цехах.
Распределенная оптоволоконная сенсорная система:
Точность измерения: С точки зрения точности, он относительно ограничен из-за своих сложных физических механизмов, таких как комбинационное рассеяние и рассеяние Бриллюэна., а также различные факторы, такие как шум окружающей среды и изменения в характеристиках волокна.. При измерении температуры, хотя может быть достигнут дальний и крупномасштабный мониторинг, точность относительно низкая по сравнению со специализированными высокоточными датчиками температуры. Например, в мониторинге безопасности магистральных нефтепроводов, Основным требованием к точности температуры является обнаружение большого диапазона температурных аномалий., и требование абсолютной точности численной точности температуры не является необходимым условием.
Диапазон измерения: Он может иметь большой диапазон адаптируемости при мониторинге температуры и деформации., но конкретные значения часто зависят от различных факторов, таких как тип оптического волокна., источник света, используемый в системе, и устройство обнаружения. Например, его можно использовать для мониторинга структурной деформации и температурной деформации, вызванной соответствующими параметрами в промышленных средах в диапазоне от комнатной температуры до определенной высокой или низкой температуры..
Защита от помех: Способность противостоять электромагнитным помехам является важным преимуществом., поскольку он может работать в условиях сильного электромагнитного поля без помех. В то же время, Оптическое волокно само по себе является пассивной средой восприятия и передачи., поэтому он может безопасно работать в некоторых опасных зонах (например, подземные угольные шахты для мониторинга конструкций туннелей и температуры для предотвращения взрывов газа и других опасностей., без электрических рисков, таких как электрические искры). Однако, условно говоря, он более чувствителен к повреждению самого волокна или воздействию окружающей среды (например, чрезмерное растяжение и изгиб волокна, большие колебания местных экологических температура вдоль волокна, и влияние измерений на рассеянные сигналы). Хотя в дизайне существует множество методов уменьшения этого воздействия., стабильность остается проблемой при оценке производительности.

Система измерения температуры с волоконной брэгговской решеткой:

Точность измерения: Имеет высокую точность измерения, который основан на принципе чрезвычайно точной температурной модуляции длины волны волоконной брэгговской решетки.. Например, он может продемонстрировать свои преимущества в сценариях, требующих высокой точности, например, прецизионное оборудование и мониторинг температуры небольших участков внутри живых организмов.. Он может обеспечить сверхвысокую чувствительность обнаружения на уровне субмиликельвина., и предоставлять точные данные при мониторинге температуры прецизионных инструментов и оборудования., а также сценарии обнаружения, в которых изменения температуры чрезвычайно незначительны в биомедицинской области..
Диапазон измерения: Хотя он может удовлетворить потребности во многих сценариях, это создает серьезные проблемы для стабильности оптических материалов и решетчатых структур в условиях экстремально высоких или низких температур., и его диапазон измерения не такой широкий, как у систем измерения температуры с флуоресцентным волокном.. Однако, специальное производство и оптимизированная конструкция для различных волоконных решеток Брэгга могут частично расширить диапазон измерений для удовлетворения потребностей большего количества типов сценариев..
Защита от помех: Сильная способность против электромагнитных помех, благодаря току, не требующему внешнего подключения, и стабильному принципу измерения оптического отражения, он меньше подвержен влиянию внешних электромагнитных помех. Способен контролировать температурную стабильность в обычных промышленных условиях., электронная среда медицинского оборудования, и некоторые среды фундаментальных научных исследований, в которых сосуществуют несколько электромагнитных устройств.. Однако, из-за его относительно более точной структуры, Волоконные брэгговские решетки могут влиять на эффективность измерений при некоторых внешних условиях. (например, значительное физическое воздействие или напряжение, которые могут повредить конструкцию решетки.). Однако, при нормальных обстоятельствах, при условии, что избегаются очевидные риски физического повреждения, общая способность защиты от помех сильна.