что такое оптоволоконный датчик температуры

• Оптоволоконный датчик температуры это устройство, которое измеряет температуру с помощью световых сигналов, передаваемых по оптическим волокнам, вместо электрических сигналов по металлическим проводам.. Поскольку чувствительный элемент и среда передачи полностью неметаллические и непроводящие., оптоволоконные датчики температуры обладают присущей им устойчивостью к электромагнитным помехам (ЭМИ), полная гальваническая развязка, и безопасная эксплуатация во взрывоопасных, высоковольтный, и радиационно-интенсивные среды — возможности, которые невозможны для любого обычного электрического датчика температуры..
• Есть четыре основных типа оптоволоконных датчиков температуры: затухание флуоресценции (люминофорная термометрия), распределенное оптоволоконное измерение температуры (DTS на основе комбинационного рассеяния света), Волоконная решетка Брэгга (ВБР), и арсенид галлия (GaAs) полупроводник. Каждый из них использует свой физический механизм для преобразования температуры в оптический сигнал., и каждый удовлетворяет различным требованиям применения с точки зрения диапазона измерения, точность, пространственный охват, и стоимость системы.
• Среди всех четырех технологий, оптоволоконный датчик температуры на основе флуоресценции является наиболее широко распространённым, коммерчески зрелый, и универсальное решение для точечных измерений. Он обеспечивает наилучшее сочетание точности (от ±0,1 °C до ±0,5 °C), температурный диапазон (от −200 °С до +450 °С), долгосрочная стабильность, скорость реакции, и рентабельность для большинства промышленных, сила, и медицинские приложения для мониторинга температуры.
• Распределенное измерение температуры в оптоволоконном точке (ДТС) использует обратное комбинационное рассеяние по всей длине обычного оптического волокна для измерения температуры в тысячах точек одновременно на расстояниях до 50 км, что делает эту технологию единственной технологией, способной действительно непрерывно, Пространственное разрешение профиля температуры на больших расстояниях.
• Волоконная решетка Брэгга (ВБР) и полупроводниковые датчики GaAs обеспечивают измерение температуры с кодированием длины волны и на основе края поглощения соответственно. Датчики ВБР обеспечивают мультиплексный многоточечный мониторинг по одному волокну., в то время как датчики GaAs обеспечивают стабильный, пассивная альтернатива для точечных измерений в силовом оборудовании.

Содержание

1. Что такое оптоволоконный датчик температуры?
2. Зачем использовать оптоволоконные датчики температуры вместо обычных датчиков?
3. Четыре основных типа оптоволоконных датчиков температуры
4. Оптоволоконные датчики температуры на основе флуоресценции — золотой стандарт
5. Как работают флуоресцентные оптоволоконные датчики температуры
6. Фосфорные материалы и конструкция зонда
7. Эксплуатационные характеристики и преимущества датчиков флуоресценции
8. Применение флуоресцентных оптоволоконных датчиков температуры
9. Распределенное измерение температуры по оптоволоконному кабелю (ДТС)
10. Волоконная решетка Брэгга (ВБР) Датчики температуры
11. Полупроводниковые оптоволоконные датчики температуры GaAs
12. Сравнение технологий: Флуоресценция против. ДТС против. ВБР против. GaAs
13. Как правильно выбрать оптоволоконный датчик температуры
14. Часто задаваемые вопросы — что такое оптоволоконный датчик температуры?

1. Что такое Волоконно-оптический датчик температуры?

Определение

A оптоволоконный датчик температуры это оптическое измерительное устройство, которое определяет температуру путем анализа изменений свойств света, таких как время затухания флуоресценции., спектральная длина волны, интенсивность обратного рассеяния, или положение края поглощения — вызвано тепловым воздействием на оптический чувствительный элемент или на само оптическое волокно.. Информация о температуре генерируется, переданный, и полностью обрабатывается в оптической области, использование стеклянных или полимерных оптических волокон в качестве чувствительной среды и канала передачи сигнала. Электрический сигнал отсутствует в любой точке между местом измерения и оптоэлектронным прибором. (следователь) который преобразует оптический сигнал в цифровые показания температуры.

Это фундаментальное различие — свет вместо электричества — дает оптоволоконным датчикам температуры уникальные и определяющие преимущества.. Потому что оптические волокна изготовлены из кварцевого стекла. (SiO₂) — диэлектрический изолятор без свободных электронов — они не проводят электричество, не может генерировать или реагировать на электромагнитные поля, и не может создавать гальванические связи. Результатом является технология измерения температуры, которая по своей природе невосприимчива к электромагнитным помехам., искробезопасен во взрывоопасных средах, естественная изоляция от высокого напряжения, и устойчив к коррозии, молния, и радиация.

Базовая архитектура

Независимо от конкретной используемой сенсорной технологии, Каждая волоконно-оптическая система измерения температуры состоит из трех основных компонентов. Первый компонент – это чувствительный элемент — точка или область, где температура взаимодействует со светом, вызывая измеримое оптическое изменение.. В зависимости от технологии, это может быть кристалл флуоресцентного люминофора, прикрепленный к кончику волокна., полупроводниковый чип из арсенида галлия, решетка Брэгга, вписанная в сердцевину волокна, или просто само волокно (в распределенном зондировании). Второй компонент – это оптоволоконная линия связи - одно или несколько стеклянных волокон, которые передают возбуждающий свет от прибора к чувствительному элементу и возвращают температурно-модулированный оптический сигнал от чувствительного элемента обратно на прибор.. Стандартные волокна телекоммуникационного класса (либо многомодовый, либо одномодовый) используются, длиной от нескольких метров до десятков километров в зависимости от применения. Третий компонент – это следователь (также называется формирователем сигнала, анализатор, или оптико-электронный блок) — прибор, генерирующий возбуждающий свет, принимает и анализирует возвращенный оптический сигнал, извлекает информацию о температуре, и выводит результат в виде цифрового чтения, аналоговый сигнал, или протокол цифровой связи.

2. Зачем использовать оптоволоконные датчики температуры вместо обычных датчиков?

Ограничения обычных датчиков температуры

Обычные электронные датчики температуры — термопары, РТС (Датчики температуры сопротивления), Термисторы, и интегральная схема (IC) датчики температуры — хорошо служат промышленности на протяжении десятилетий и остаются пригодными для многих применений.. Однако, все они имеют фундаментальное ограничение: они полагаются на электрические сигналы (Напряжение, сопротивление, или текущий) осуществляется по металлическим проводникам. Это создает присущие уязвимости в средах с сильными электромагнитными помехами., высокое напряжение, взрывоопасная атмосфера, ионизирующее излучение, или химически агрессивные условия.

Термопары генерируют сигналы милливольтового уровня, которые легко искажаются электромагнитным шумом., требующие обширного экранирования и фильтрации в средах с высоким уровнем электромагнитных помех — меры, которые часто оказываются недостаточными. RTD требуют тока возбуждения и производят небольшие изменения сопротивления, которые подвержены ошибкам в сопротивлении проводов., самонагревающийся, и шум, вызванный электромагнитными помехами. Все металлические выводы датчиков действуют как антенны, передающие электромагнитную энергию в измерительную схему., и все они создают потенциальные пути для контуров заземления, грозовые перенапряжения, и высоковольтные неисправности. В таких средах, как обмотки силовых трансформаторов. (работающие при напряжении от десятков до сотен киловольт), МРТ-сканеры (1.5 Т до 7 Т магнитные поля), Радиочастотное/микроволновое нагревательное оборудование, и взрывоопасные газовые среды, эти уязвимости делают обычные датчики ненадежными., небезопасный, или просто невозможно использовать.

Преимущество оптоволокна

Волоконно-оптические датчики температуры устранить каждую из этих уязвимостей. Полностью диэлектрический, неметаллическая конструкция означает отсутствие проводников для улавливания электромагнитных помех, отсутствие электрических путей для контуров заземления или распространения перенапряжений, нет искрообразующих контактов для взрывоопасных сред, и отсутствие металлических материалов, подверженных коррозии. Оптическое волокно обеспечивает гальваническую изоляцию в тысячи вольт на сантиметр длины волокна, что намного превышает любые требования к электрической изоляции.. Волокно невосприимчиво к радиационному повреждению вплоть до чрезвычайно высоких доз. (в зависимости от типа волокна), химически инертный, и механически гибкий. Это не инженерные средства защиты, добавленные к уязвимой по своей сути технологии, а внутренние физические свойства самой стекловолоконной среды..

Результатом является технология измерения температуры, которая может надежно и точно работать в средах, совершенно недоступных для обычных датчиков.. Вот почему оптоволоконные датчики температуры стали стандартным, а во многих случаях и единственным решением для измерения температуры в силовых трансформаторах., Высоковольтные распределительные устройства, МРТ-системы, Радиочастотная и микроволновая обработка, взрывоопасная атмосфера, ядерные объекты, и другие требовательные среды.

3. Четыре основных типа оптоволоконных датчиков температуры

Область оптоволоконного измерения температуры включает в себя четыре различные и хорошо зарекомендовавшие себя технологии., каждый из них основан на разных физических принципах и каждый оптимизирован для различных требований к измерениям.. Понимание различий между этими четырьмя технологиями необходимо для выбора правильного решения для любого конкретного применения..

Тем затухание флуоресценции (люминофорная термометрия) датчик измеряет зависящее от температуры время жизни флуоресценции люминофорного материала на кончике волокна. Это точечный датчик — каждый датчик измеряет температуру в одном месте.. Он предлагает лучшее сочетание точности, диапазон, устойчивость, и стоимость приложений для точечных измерений, и является наиболее широко используемой оптоволоконной технологией измерения температуры в мире..

Тем распределенный оптоволоконный датчик температуры (ДТС) использует обратное комбинационное рассеяние по всей длине стандартного оптического волокна для непрерывного измерения температуры в каждой точке волокна.. Это не точечный датчик, а по-настоящему распределенная система датчиков, которая превращает само волокно в непрерывный линейный датчик температуры, способный контролировать тысячи точек на расстояниях до 50 км.

Тем Волоконная решетка Брэгга (ВБР) датчик измеряет зависящий от температуры сдвиг длины волны отражательной решетки, вписанной в сердцевину волокна. Это квазираспределенный датчик — несколько ВБР на разных длинах волн могут быть мультиплексированы по одному волокну., позволяющий 10 Кому 50+ дискретные точки измерения на оптоволоконный канал.

Тем Арсенид галлия (GaAs) полупроводниковый датчик измеряет зависящий от температуры сдвиг края оптического поглощения кристаллического чипа GaAs на кончике волокна. Как датчик флуоресценции, это точечный датчик, измеряющий температуру в одном месте. Он обеспечивает альтернативный подход к приложениям мониторинга силового оборудования..

В следующих разделах подробно описывается каждая технология., начиная с датчика на основе флуоресценции — самого важного и широко используемого из четырех.

4. Оптоволоконные датчики температуры на основе флуоресценции — Золотой стандарт

Почему датчики флуоресценции лидируют на рынке

Тем оптоволоконный датчик температуры на основе флуоресценции — также известный как датчик затухания флуоресценции, датчик термометрии люминофора, или флюорооптический датчик — уже более трех десятилетий является доминирующей технологией точечного измерения температуры по оптоволоконному кабелю.. Она занимает наибольшую долю рынка среди всех типов оптоволоконных датчиков температуры и является технологией, чаще всего упоминаемой при обсуждении специалистами отрасли “Волоконно-оптические датчики температуры” в области энергетического оборудования, медицинское оборудование, и мониторинг промышленных процессов.

Причины такого лидерства на рынке являются как техническими, так и практическими.. Технически, принцип измерения затухания флуоресценции обеспечивает идеальное сочетание высокой точности (Достижимо ±0,1 °C), широкий температурный диапазон (от −200 °С до +450 °C при соответствующем выборе люминофора), присущая самореференция (измерение времени затухания невосприимчиво к изменениям амплитуды сигнала), быстрое срабатывание (субсекунда), и превосходная долгосрочная стабильность (лучше ±0,1 °C в год). Практически, Системы датчиков флуоресценции доступны от нескольких известных производителей по конкурентоспособным ценам., с проверенными рекордами надежности на местах, охватывающими 25+ лет в сложных приложениях, таких как контроль обмоток силовых трансформаторов. Технология упоминается в международных стандартах. (МЭК 60076-2, IEEE C57.91) как предпочтительный метод прямого измерения горячих точек трансформатора, дальнейшее укрепление своей позиции на рынке.

5. Как работают флуоресцентные оптоволоконные датчики температуры

Принцип затухания флуоресценции

Принцип работы А. флуоресцентный оптоволоконный датчик температуры основан на хорошо изученном квантовомеханическом явлении: зависимое от температуры тушение флуоресценции в некоторых люминофорных материалах. На кончике сенсорного зонда, небольшой люминофорный элемент (обычно это кристалл или керамика, легированный редкоземельными или переходными металлами.) прикрепляется к торцу многомодового оптического волокна. Прибор-опросчик посылает короткий импульс возбуждающего света — обычно ультрафиолетового или видимого света от светодиода высокой яркости — через оптическое волокно на люминофор.. Люминофор поглощает возбуждающий свет, и его легирующие ионы переводятся в возбужденные электронные энергетические состояния.. Эти возбужденные ионы затем возвращаются в свое основное состояние, излучая флуоресцентный свет с более длительной продолжительностью. (Стоксово-сдвинуто) длина волны.

После окончания импульса возбуждения, флуоресценция не прекращается мгновенно. Вместо, популяция ионов в возбужденном состоянии экспоненциально убывает со временем, создавая послесвечение флуоресценции, которое уменьшается в зависимости от характеристики Время затухания флуоресценции (τ). Это время затухания определяется совокупными скоростями радиационного распада. (эмиссия фотонов) и безызлучательный распад (фононная тепловая релаксация). При низких температурах, доминирует радиационный распад, а время затухания приближается к собственному радиационному времени жизни люминофора.. По мере повышения температуры, пути безызлучательной релаксации становятся термически активируемыми и становятся все более вероятными., обеспечение конкурирующих каналов снятия возбуждения, выводящих возбужденные ионы из флуоресцентного состояния без образования фотонов. Этот термическая закалка эффект систематически сокращает время затухания флуоресценции с повышением температуры., создание сильного, монотонный, и высоковоспроизводимая связь между временем затухания и температурой.

Математическая зависимость хорошо описывается модифицированным уравнением Аррениуса.:

1/τ(T) = 1/τ₀ + А · опыт(−ΔE / кТ)

где τ(T) – время затухания флуоресценции при температуре T, τ₀ — радиационное время жизни (независимый от температуры), A — частотный коэффициент, характеризующий скорость безызлучательного перехода., ΔE — энергия активации процесса безызлучательного тушения., k — постоянная Больцмана. Это уравнение показывает, что время затухания экспоненциально уменьшается с увеличением температуры — соотношение, которое обеспечивает как высокую чувствительность, так и широкий динамический диапазон измерений..

Почему время затухания является лучшей измеряемой величиной

Решение измерять время затухания флуоресценции, а не интенсивность флуоресценции, является ключевой инженерной идеей, которая делает флуоресцентные оптоволоконные датчики температуры такими прочными и надежными.. Интенсивность флуоресценции зависит не только от температуры, но и от мощности возбуждающего света., потери при передаче по оптоволокну, выравнивание разъема, изгиб волокна, Старение светодиодов, чувствительность детектора, и деградация фосфора. Любое изменение любого из этих факторов может привести к явной температурной ошибке при измерении на основе интенсивности.. В практических установках, где оптические разъемы отсоединяются и снова подключаются., волокна прокладываются через крутые изгибы, Светодиоды стареют с годами, и разъемы накапливают загрязнения, измерения на основе интенсивности потребуют частой повторной калибровки и все равно будут страдать от неконтролируемого дрейфа.

Время затухания флуоресценции, напротив, это внутреннее временное свойство материала люминофора, которая зависит только от состава люминофора и его температуры. Он совершенно не зависит от мощности возбуждения., количество обнаруженных фотонов, потеря волокна, потеря разъема, или коэффициент усиления детектора. Является ли сигнал флуоресценции сильным или слабым, экспоненциальная скорость затухания одинакова. Это означает флуоресцентный оптоволоконный датчик температуры не требует повторной калибровки при повторном подключении разъемов, волокна перенаправляются, или мощность светодиода со временем ухудшается. Измерение самореферентно по своему фундаментальному характеру — решающее преимущество для стационарных установок в труднодоступных местах, например, внутри герметичных силовых трансформаторов..

Цикл измерения и обработка сигналов

Полный цикл измерений опросника флуоресцентного оптоволоконного датчика температуры происходит следующим образом.. Прибор подает короткий импульс возбуждения. (обычно длительность 10–100 мкс) от светодиода через оптический соединитель или разветвитель в оптоволоконный кабель, ведущий к датчику. Свет проходит через волокно (что может быть 1 Кому 1,000 метров в длину) к люминофору на кончике зонда. Люминофор поглощает возбуждающий свет и начинает флуоресцировать.. Одновременно, оптический соединитель направляет возвращающийся сигнал флуоресценции (на другой длине волны от возбуждения) к фотодетектору внутри дознавателя. Оптический фильтр перед детектором блокирует остаточный свет возбуждения, пропуская длину волны излучения флуоресценции..

После окончания импульса возбуждения, запросчик начинает оцифровывать экспоненциально затухающий сигнал флуоресценции с помощью высокоскоростного аналого-цифрового преобразователя. Захваченная кривая затухания затем обрабатывается алгоритмом цифровой обработки сигналов — обычно это экспоненциальная аппроксимация по методу наименьших квадратов., метод интеграции с несколькими воротами, или метод цифрового определения фазы — для определения постоянной времени затухания τ с высокой точностью.. Прибор применяет сохраненную справочную таблицу калибровки или полиномиальное уравнение для преобразования измеренного значения τ в показания температуры.. Весь цикл — возбуждение, захватывать, обработка, и вывод — обычно завершается за 0.1 Кому 1 секунда, обеспечение непрерывного мониторинга температуры в режиме реального времени.

Современные следователи используют передовые алгоритмы, которые могут исключить загрязнение фоновым светом., компенсировать автофлуоресценцию волокна, обрабатывать компоненты многоэкспоненциального затухания, и усреднение нескольких циклов для улучшения шумовых характеристик. В некоторых системах в качестве дополнительного режима измерения используются методы двухволнового коэффициента флуоресценции., сравнение интенсивности флуоресценции в двух спектральных диапазонах для получения избыточной информации о температуре.

6. Фосфорные материалы и конструкция зонда

Выбор фосфорного материала

Флуоресцентный люминофорный материал является чувствительным сердцем флуоресцентный оптоволоконный датчик температуры, и его выбор определяет полезный температурный диапазон, профиль чувствительности, потенциал точности, и долговечность датчика. Десятилетия исследований материалов выявили несколько семейств люминофоров, которые предлагают оптимальное сочетание свойств для оптоволоконной термометрии..

Иттрий-алюминиевый гранат, легированный хромом (Кр:ЯГ) является одним из наиболее важных и широко используемых люминофорных материалов в коммерческих оптоволоконных датчиках температуры.. ЯГ (Y₃Al₅O₁₂) это чрезвычайно тяжело, химически инертный, оптически прозрачный кристалл высокого качества, который легко выращивать и легко легировать ионами хрома.. Ионы Cr³⁺ в YAG производят широкополосную флуоресценцию в диапазоне длин волн 680–750 нм при возбуждении видимым светом. (обычно около 450–590 нм). Время затухания флуоресценции при комнатной температуре составляет примерно 1.5 миллисекунды, уменьшаясь до субмиллисекундных значений при повышенных температурах. Кр:Датчики YAG эффективно работают в диапазоне температур примерно от -100 °C до +450 °С, охватывающее подавляющее большинство требований к мониторингу промышленного и энергетического оборудования. Превосходная термическая стабильность кристалла гарантирует, что калибровка не будет смещаться в течение десятилетий эксплуатации..

Фторгерманат магния, легированный марганцем (Mg₄FGeO₆:Мн⁴⁺) был одним из первых люминофоров, используемых в коммерческой волоконно-оптической термометрии., впервые разработан Luxtron Corporation в 1980-х годах.. Он производит красную флуоресценцию со временем затухания примерно 3–5 мс при комнатной температуре и работает в диапазоне от -50 °C до +200 °С. Хотя его температурный диапазон уже, чем у Cr:ЯГ, он предлагает сильный, легко измеряемый сигнал и остается пригодным для использования в условиях умеренных температур.

Руби (Кр:Al₂O₃) — сапфир, легированный хромом, — классический люминофорный термометрический материал, флуоресценция R-линии которого (694.3 Нм) был тщательно изучен для научного измерения температуры. Время его затухания варьируется примерно от 3.5 мс при комнатной температуре до субмиллисекундных значений выше 400 °С. Ruby предлагает хорошо охарактеризованную и точно прогнозируемую температурную реакцию., но его узколинейное излучение требует более точной оптической фильтрации, чем широкополосные люминофоры..

Люминофоры, легированные редкоземельными элементами такие как Ди:ЯГ (ИАГ, легированный диспрозием), Является:ЯГ (ИАГ, легированный эрбием), Евросоюз:И₂ИЛИ₃ (иттрий, легированный европием), и туберкулез:Ла₂O₂S (оксисульфид лантана, легированный тербием) предлагают специализированные возможности для экстремальных температурных диапазонов. Материалы, легированные диспрозием и эрбием, поднимают верхний предел измерений выше 450 °C для высокотемпературного промышленного применения. Люминофоры, легированные европием и тербием, обеспечивают измеримые изменения времени затухания при криогенных температурах. (ниже −100 °С), расширение охвата температур жидкого азота и выше.

александрит (Кр:БеАл₂О₄) обеспечивает высокую температурную чувствительность в 0 °С до 300 °C и нашел применение в медицинской и биомедицинской волоконно-оптической термометрии, где разрешение и скорость отклика имеют приоритет в умеренном температурном диапазоне..

Конструкция и упаковка зонда

Зонд, чувствительный к флуоресценции, представляет собой прецизионный узел, предназначенный для эффективного соединения люминофора с оптическим волокном, одновременно защищая их от окружающей среды.. В типичной конструкции зонда, небольшой люминофорный элемент, который может представлять собой полированный монокристаллический чип. (0.3–1,0 мм), прессованная керамическая таблетка, или тонкий слой люминофорного порошка, связанный с оптической клеевой матрицей, — прикрепляется к сколу и полировке торца многомодового оптического волокна. (обычно 62.5 мкм, 100 мкм, 200 мкм, или 400 диаметр ядра мкм) использование высокотемпературной оптической эпоксидной смолы или процесса прямого сваривания.

Затем сборка из голого фосфорного волокна инкапсулируется в защитный корпус.. Для силовых трансформаторов и масляных насосов, зонд обычно заключен в корпус из нержавеющей стали или PEEK. (полиэфирэфиркетон) трубка, запечатан с обоих концов, с выходом волокна через герметичное уплотнение. Внешний диаметр варьируется от 1.5 Кому 4 миллиметр, длина чувствительного наконечника обычно составляет 10–30 мм.. Для медицинских и биомедицинских применений, зонды могут быть такими маленькими, как 0.5 диаметр мм с покрытием из ПТФЭ или полиимида для биосовместимости. Для высокотемпературного промышленного применения, керамический (оксид алюминия или циркония) Корпуса защищают зонд при температурах до 450 °С или выше.

Волоконно-оптический кабель, соединяющий зонд с опросником, обычно представляет собой прочный оптоволоконный кабель с арамидными волокнистыми элементами., ПВХ, ЛСЖ (Низкодымный, нулевой галоген), или внешняя оболочка из нержавеющей стали, и стандартные оптоволоконные разъемы (УЛ, СК, ФК, или Е2000) на конце инструмента. Длина кабеля от 1 метр до более 1,000 счетчики есть в наличии, без ухудшения сигнала на расстоянии, поскольку измерение времени затухания не зависит от амплитуды сигнала.

7. Эксплуатационные характеристики и преимущества датчиков флуоресценции

Типичные характеристики производительности

Параметр	Стандартный класс	Высокопроизводительный класс
Диапазон температур	от −40 °C до +200 °С	от −200 °С до +450 °С
Точность	±0,5 °С	от ±0,1 °C до ±0,2 °C
Резолюция	0.1 °С	0.01 °С
Время ответа (Т₉₀)	0.5–3 секунды	0.1–0,5 секунды
Скорость обновления измерений	1–4 Гц	До 10 Гц
Количество каналов	1–4	4–32
Длина волокна (зонд для следователя)	До 200 m	До 1,000 m
Внешний диаметр зонда	1.5–3 мм	0.5–6 мм
Долгосрочная стабильность калибровки	±0,1 °C/год	±0,05 °С/год
Устойчивость к электромагнитным помехам	Полный (присущий)	Полный (присущий)
Гальваническая развязка	Общий (полностью диэлектрический путь)	Общий (полностью диэлектрический путь)
Искробезопасность	Доступный (EX-зонды)	Доступный (EX-зонды)

Краткое описание ключевых преимуществ

Тем флуоресцентный оптоволоконный датчик температуры обеспечивает ряд преимуществ, с которыми не может сравниться ни одна другая технология измерения температуры.. Полная невосприимчивость к электромагнитным помехам обусловлена ​​полностью диэлектрической конструкцией без металлических компонентов в точке измерения.. Самостоятельное измерение времени затухания гарантирует сохранение точности независимо от изменений потерь в волокне., деградация разъема, Старение светодиодов, или изменения пути сигнала — устраняя необходимость периодической повторной калибровки в стационарных установках. Его широкий температурный диапазон (от −200 °С до +450 °C с выбором люминофора) охватывает практически все промышленные, сила, и медицинские приложения на единой технологической платформе. Его высокая точность (Достижимо ±0,1 °C) отвечает самым строгим требованиям к измерениям. Его быстрое время отклика (субсекунда) обеспечивает мониторинг и защиту процессов в режиме реального времени. Полная гальваническая развязка исключает риск пробоя при высоком напряжении., ошибки контура заземления, и пути распространения импульсов. Его химически инертные материалы обеспечивают совместимость с масляными насосами., коррозионный, и биомедицинская среда. А его проверенная надежность в полевых условиях — с подтвержденным сроком службы зондов 15 Кому 25+ лет службы силовых трансформаторов — обеспечивает уверенность в долгосрочных инвестициях в инфраструктуру постоянного мониторинга..

8. Применение флуоресцентных оптоволоконных датчиков температуры

Мониторинг горячих точек обмоток силового трансформатора

Самое крупное приложение флуоресцентные оптоволоконные датчики температуры во всем мире контролирует температуру горячих точек обмоток силовых трансформаторов.. Обмотка трансформатора работает при напряжении от нескольких киловольт до 1,100 кВ (в передаче сверхвысокого напряжения), создание среды, в которой никакой металлический сенсорный кабель не может безопасно компенсировать разницу напряжений между поверхностью обмотки и заземленным прибором. Одновременно, сердечник трансформатора создает интенсивные переменные магнитные поля, которые могут исказить любой сигнал электрических измерений.. Обмотка погружена в минеральное масло или синтетическую эфирную жидкость внутри герметичного стального резервуара., делает невозможным доступ для обслуживания или повторной калибровки без обесточивания и открытия трансформатора.

Флуоресцентные оптоволоконные зонды устанавливаются непосредственно на поверхность обмотки при изготовлении трансформатора.. Оптическое волокно выходит из резервуара через оптоволоконный пенетратор. (сквозное соединение) и подключается к опроснику, установленному на шкафу управления трансформатора.. Полностью диэлектрическое волокно обеспечивает изоляцию высокого напряжения до полного напряжения обмотки., на измерение времени затухания совершенно не влияет электромагнитная обстановка трансформатора, а самореферентная стабильность калибровки исключает необходимость повторной калибровки в течение срока службы трансформатора 25–40 лет..

Точные данные о температуре горячих точек обмоток позволяют коммунальным предприятиям и управляющим активами реализовать динамические характеристики трансформатора. (ДТР) — нагрузка трансформатора на основании фактического теплового состояния, а не консервативных паспортных значений — высвобождение дополнительной мощности на 10–30 % без сокращения срока службы оборудования. Это также позволяет прогнозировать термическое старение., оптимизированное управление системой охлаждения, управление перегрузкой, и раннее обнаружение внутренних тепловых неисправностей. Международные стандарты МЭК 60076-2 и эталонное оптоволоконное измерение IEEE C57.91 в качестве предпочтительного метода для измерения горячих точек прямой обмотки.. Крупнейшие производители трансформаторов, включая Siemens Energy, Hitachi Energy, Г.Е. Вернова, ТВЕА, Баодин Тяньвэй, и многие другие компании обычно используют флуоресцентные оптоволоконные датчики температуры в качестве стандартного или дополнительного оборудования в трансформаторах средней и большой мощности..

Высоковольтные распределительные устройства и мониторинг шин

Среднее напряжение (до 40.5 кВ) и высоковольтное распределительное устройство, шинопроводы, и кабельные наконечники создают аналогичные проблемы для силовых трансформаторов — высокое напряжение, сильные электромагнитные поля, и закрытые или герметичные помещения. Контактная деградация, коррозия, и ослабленные болтовые соединения вызывают локальный перегрев в точках соединения, которые, если незамеченный, приводит к нарушению изоляции, события вспышки дуги, и катастрофические повреждения оборудования. Флуоресцентные оптоволоконные датчики температуры устанавливаются непосредственно на соединениях шин, контакты выключателя, и кабельные наконечники внутри отсеков распределительных устройств. Они обеспечивают непрерывное, Мониторинг температуры в горячих точках в режиме реального времени с полной изоляцией высокого напряжения и нулевым риском нарушения координации изоляции или создания источника возгорания — требования, которые дисквалифицируют все традиционные технологии металлических датчиков.

Температура обмотки электродвигателя и генератора

Большие электродвигатели и генераторы (от сотен киловатт до сотен мегаватт) требуют точного контроля температуры обмотки статора для обеспечения тепловой защиты., оптимизация производительности, и профилактическое обслуживание. Среда обмотки — высокое напряжение, вращающиеся магнитные поля, вибрация, и ограниченный доступ — бросает вызов традиционным установкам RTD. Встроенный флуоресцентные оптоволоконные датчики температуры обеспечить более быстрый ответ, более высокая точность, полная невосприимчивость к электромагнитным помехам, и превосходная гальваническая развязка по сравнению с традиционными термометрами сопротивления, обеспечивая более точную тепловую защиту и более агрессивные стратегии загрузки.

Измерение температуры, совместимое с МРТ

Магнитно-резонансная томография (МРТ) системы генерируют статические магнитные поля 1.5 Т до 7 T, быстрое переключение градиентных полей, и мощные радиочастоты (РФ) импульсы. Любой металлический датчик или провод, введенный в отверстие МРТ, может вызвать артефакты изображения., испытать потенциально опасный радиочастотный нагрев, и создавать искаженные сигналы температуры. Флуоресцентные оптоволоконные датчики температуры, будучи полностью неметаллическим и немагнитным, полностью совместимы с МРТ. Они используются для мониторинга температуры пациента во время МРТ-исследований и процедур под контролем МРТ., определение фантомной температуры, и точное измерение температуры в режиме реального времени во время термической терапии под контролем МРТ. (лазерная абляция, фокусированный ультразвук, RF абляция, криотерапия) где точные знания о температуре тканей имеют решающее значение для безопасности и эффективности лечения.

РФ, Микроволновая печь, и электромагнитный нагрев

Промышленное радиочастотное отопление (диэлектрический нагрев, RF сварка, RF-сушка), микроволновая обработка (микроволновое отверждение, спекание, пастеризация пищевых продуктов), и системы индукционного нагрева генерируют интенсивные электромагнитные поля, которые делают обычное измерение температуры чрезвычайно трудным или невозможным.. Флуоресцентные оптоволоконные датчики являются стандартным решением для измерения температуры внутри этих электромагнитных аппликаторов.. Полностью диэлектрический зонд не взаимодействует с приложенным электромагнитным полем., не искажает распределение поля, и не подвергается самонагреванию из-за поглощения радиочастотных и микроволновых волн — все это является серьезными проблемами, когда металлические датчики помещаются в электромагнитные поля..

Опасные и взрывоопасные среды

В средах, классифицированных как взрывоопасные. (Зоны АТЕХ, зоны IECEx) - например, нефтехимические предприятия, нефтяные и газовые платформы, Угольные шахты, и химические перерабатывающие заводы — любое электрооборудование в точке измерения представляет собой потенциальный источник возгорания.. Оптоволоконные датчики температуры без электрической энергии на зонде по своей природе не способны генерировать искры., дуги, или термическое зажигание. В сочетании с соответствующей сертификацией (БЫВШИЙ, EX d), флуоресцентные оптоволоконные датчики температуры обеспечивают искробезопасное измерение температуры в наиболее опасных классах взрывоопасных сред.

Другие важные приложения

Дополнительные области применения флуоресцентных оптоволоконных датчиков температуры включают мониторинг процесса производства полупроводников., измерение температуры объекта атомной энергетики (где радиационная невосприимчивость является дополнительным преимуществом), Управление температурой аккумулятора электромобиля, контроль соединений и окончаний силового кабеля, электромагнитная совместимость (ЭМС) испытательные камеры, оборудование плазменной обработки, мощная лазерная система теплового мониторинга, и научные исследования, требующие высокоточного измерения температуры в электромагнитно агрессивных средах.

9. Распределенное измерение температуры по оптоволоконному кабелю (ДТС)

Что такое распределенное измерение температуры?

Распределенное измерение температуры в оптоволоконном точке (ДТС) это принципиально отличный подход от технологий точечного зондирования, описанных выше.. Вместо измерения температуры в одной точке с использованием дискретного чувствительного элемента, прикрепленного к кончику волокна., DTS использует само оптическое волокно в качестве непрерывного, распределенный датчик температуры по всей длине. Один прибор DTS, подключенный к одному концу обычного оптического волокна телекоммуникационного класса, может измерять температуру в каждой точке волокна, обеспечивая полный температурный профиль с пространственным разрешением 0.25 Кому 2 метров по оптоволокну длиной 1 Кому 50 Километров. Это означает, что один канал DTS может одновременно контролировать тысячи и десятки тысяч точек измерения температуры..

Принцип комбинационного рассеяния света

Физический механизм, лежащий в основе DTS, спонтанное комбинационное обратное рассеяние. Когда лазерный импульс попадает в оптическое волокно, небольшая часть света рассеивается молекулярными колебаниями (оптические фононы) в стакане. Это комбинационное рассеяние создает две спектральные компоненты.: тот Стоукс сигнал (рассеивается на большей длине волны, чем лазер, соответствующий созданию фонона) и антистоксовский сигнал (рассеянный на более короткой длине волны, соответствующий поглощению существующего фонона). Интенсивность стоксова сигнала относительно нечувствительна к температуре., в то время как интенсивность антистоксового сигнала сильно увеличивается с температурой, поскольку более высокие температуры создают большую популяцию термически возбужденных фононов, доступных для поглощения..

Прибор DTS измеряет отношение интенсивности антистоксового и стоксова обратного рассеяния в зависимости от времени после запуска лазерного импульса.. Поскольку скорость света в волокне известна, временная задержка возвращенного сигнала напрямую зависит от положения вдоль волокна (Оптическая рефлектометрия во временной области — принцип OTDR). Отношение антистокса/стокса в каждой позиции затем преобразуется в температуру с использованием известного соотношения распределения Больцмана.. Результатом является полный профиль зависимости температуры от расстояния по всей длине волокна., обновляется каждые несколько секунд или минут в зависимости от конфигурации системы.

Производительность и приложения DTS

Типичные системы DTS обеспечивают точность температуры от ±0,5 °C до ±1 °C., пространственное разрешение 0.5 Кому 2 Метров, и температурное разрешение 0.01 °С до 0.1 °С (в зависимости от времени усреднения измерения). Максимальный диапазон чувствительности волокна варьируется от 4 км (системы высокого разрешения) до 30–50 км (системы дальнего действия), при этом некоторые специализированные системы достигают еще больших расстояний. Частота обновления измерений варьируется от одного раза в несколько секунд. (короткие волокна, высокое пространственное разрешение) раз в несколько минут (длинные волокна, высокие требования к точности).

Системы DTS широко используются для мониторинга утечек трубопроводов и температуры. (масло, газ, и водопроводы), обнаружение и оценка горячих точек силового кабеля, обнаружение пожара в туннелях, склады, и конвейерные системы, профилирование температуры ствола скважины в нефтегазовой отрасли (скважинный DTS), охрана периметра и обнаружение вторжений (обнаружение тепловых сигнатур), мониторинг просачивания плотин и дамб, профилирование температуры промышленных печей и обжиговых печей, и мониторинг «горячих» и «холодных» коридоров центра обработки данных. Во всех этих приложениях, возможность непрерывного мониторинга температуры на протяжении километров оптоволокна — с помощью одного прибора и без необходимости установки отдельных датчиков, сила, или поддерживать — представляет исключительную ценность.

ДТС против. Датчики флуоресценции: Когда использовать какой

Датчики DTS и флуоресцентные датчики удовлетворяют принципиально разные потребности в измерениях и редко находятся в прямой конкуренции.. DTS превосходно контролирует температуру в линейной инфраструктуре (Трубопроводов, кабели, Туннели) где пространственный охват на большие расстояния является основным требованием и умеренная точность (±1 °С) приемлемо. Датчики флуоресценции превосходно подходят для точного измерения точек. (±0,1 °С) в определенных критических местах, например, в горячих точках обмоток трансформатора., контакты распределительного устройства, или зоны медицинского лечения — где высокая точность, быстрое срабатывание, и компактный размер зонда имеют важное значение. Во многих крупномасштабных системах, обе технологии используются вместе: DTS обеспечивает широкий пространственный охват, а датчики флуоресценции обеспечивают высокоточный мониторинг в наиболее критических точках..

10. Волоконная решетка Брэгга (ВБР) Датчики температуры

Принцип работы

A Волоконная решетка Брэгга (ВБР) представляет собой периодическую модуляцию показателя преломления, записанную в сердцевину одномодового оптического волокна, обычно используют ультрафиолет (УФ) методы лазерного голографического воздействия или фазовой маски. Эта микроскопическая решетчатая структура — обычно 1 Кому 10 мм в длину — действует как узкополосное оптическое зеркало, отражая свет определенной длины волны, называемой Длина волны Брэгга (λ_B) при передаче всех других длин волн. Длина волны Брэгга определяется периодом решетки (л) и эффективный показатель преломления сердцевины волокна (н_эфф) по условию Брэгга: λ_B = 2 · n_eff · Λ.

При изменении температуры в месте расположения ВБР, два эффекта смещают длину волны Брэгга. Первый, термооптический эффект изменяет показатель преломления кварцевого стекла (дн/дТ ≈ 8.6 × 10⁻⁶ /°C для кремнезема, легированного германием). Второй, тепловое расширение изменяет период физической решетки (а ≈ 0.55 × 10⁻⁶/°C для кремнезема). Комбинированный эффект приводит к сдвигу длины волны Брэгга примерно на 10-13 вечера/°C в 1550 нм рабочая длина волны. Измерив этот сдвиг длины волны с помощью прецизионного спектрометра., перестраиваемый лазер, или интерферометрический запросчик, система определяет изменение температуры в месте расположения решетки.

Мультиплексирование длин волн

Наиболее отличительной особенностью датчиков ВБР является мультиплексирование с разделением по длине волны (WDM). Несколько ВБР, каждый вписан на немного разную номинальную длину волны Брэгга. (например., 1530 Нм, 1535 Нм, 1540 Нм, …, 1565 Нм), можно записать в разных положениях по одному оптическому волокну. Когда опросчик освещает волокно широкополосным светом, каждая ВБР отражает свою характерную длину волны, и запросчик различает отдельные датчики по их спектральному положению.. Один оптоволоконный канал обычно может вместить 10 Кому 50+ Датчики ВБР (ограничен доступной оптической полосой пропускания и рабочим диапазоном длин волн каждого датчика). Это обеспечивает квазираспределенное многоточечное измерение температуры с использованием одного оптоволоконного кабеля, что значительно снижает сложность прокладки кабелей и стоимость установки по сравнению с использованием множества отдельных точечных датчиков..

Перекрестная чувствительность к штамму

Основным фактором при использовании датчиков ВБР для измерения температуры является их перекрестная чувствительность к механическим нагрузкам. Длина волны Брэгга смещается как в зависимости от температуры, так и в зависимости от осевой деформации. (примерно 1.2 в личку/с в 1550 Нм), и одно измерение ВБР не может различить эти два эффекта. Для применений, требующих чистого измерения температуры, ВБР должен быть установлен в конфигурации, свободной от напряжений — обычно он размещается в защитном корпусе со свободной трубкой, который позволяет волокну свободно расширяться и сжиматься без механических ограничений со стороны монтажной конструкции.. Когда важны и температура, и деформация (например., в структурном мониторинге здоровья), конструкции с двойной решеткой, опорные решетки, или ВБР с различной чувствительностью к деформации используются для разделения этих двух эффектов..

Характеристики датчика температуры ВБР

Стандартные датчики температуры ВБР обеспечивают точность от ±0,5 °C до ±1 °C., резолюция 0.1 °С (примерно 1 разрешение по длине волны в вечернее время), и рабочий диапазон от −40 °C до +300 °С. Специализированные высокотемпературные ВБР, изготовленные с использованием методов регенерации или фемтосекундной лазерной записи, расширяют верхний предел до +800 °С или даже +1,000 °С. Время отклика зависит от термической связи между волокном и объектом измерения., и обычно 0.1 Кому 1 секунда. Частота обновления опросчика варьируется от 1 Гц для статического мониторинга до нескольких кГц для динамических измерений.

Приложения ВБР

Датчики температуры ВБР используются для контроля многоточечных обмоток силовых трансформаторов. (где преимущество мультиплексирования уменьшает проникновение волокна), структурный мониторинг состояния мостов, здания, и композиционные материалы, картографирование температуры компонентов аэрокосмической и авиационной техники, мониторинг лопастей ветряной турбины, мониторинг железнодорожной инфраструктуры, измерение температуры ядерной установки, мониторинг температуры медицинского оборудования, и многоточечное профилирование температуры в промышленных процессах. Как и все оптоволоконные датчики, ВБР обеспечивают полную устойчивость к электромагнитным помехам и гальваническую развязку..

11. Полупроводниковые оптоволоконные датчики температуры GaAs

Принцип работы

Тем GaAs (Арсенид галлия) оптоволоконный датчик температуры использует температурную зависимость оптической запрещенной зоны полупроводникового кристалла.. GaAs представляет собой полупроводник с прямой запрещенной зоной III-V, энергия запрещенной зоны которого уменьшается примерно линейно с ростом температуры., следуя эмпирическому соотношению Варшни. По мере уменьшения запрещенной зоны, край оптического поглощения — длина волны, при которой материал переходит от прозрачного к сильно поглощающему — смещается в сторону более длинных волн. (красное смещение) со скоростью примерно 0.4 нм/°С.

В конструкции датчика, тонкий кристаллический чип GaAs (обычно толщина 100–300 мкм) крепится на конце оптического волокна. Опросчик передает широкополосный ближний инфракрасный свет по оптоволокну на GaAs-чип.. Фотоны с энергией, превышающей ширину запрещенной зоны. (длина волны короче края поглощения) поглощаются кристаллом. Фотоны с энергией меньше запрещенной зоны (более длинная длина волны) проходят сквозь кристалл и отражаются от зеркального покрытия на тыльной стороне, возвращение по оптоволокну к следователю. Спектральное положение края поглощения в отраженном сигнале измеряется спектрометром или системой селективного по длине волны детектора и преобразуется в температуру с использованием сохраненной калибровки..

Характеристики датчика GaAs

Оптоволоконные датчики температуры GaAs обычно работают в диапазоне от –40 °C до +250 °C с точностью от ±0,5 °C до ±1 °C и разрешением 0.1 °С. Измерение основано на фундаментальном кристаллографическом свойстве (запрещенная энергия) это очень стабильно и повторяемо, обеспечение хорошей долгосрочной стабильности калибровки. Кристаллический чип GaAs компактен., крепкий, и пассивный — не требующий электрического возбуждения в точке измерения.

По сравнению с датчиками флуоресценции, Датчики GaAs имеют более узкий температурный диапазон. (250 °С против. 450 верхний предел °C), более низкая достижимая точность (±0,5 °C по сравнению с. ±0,1 °С), и требуют более сложной системы спектральных измерений в запросчике. Однако, сдвиг края поглощения GaAs является чисто пассивным оптическим свойством. (не задействован процесс флуоресцентного возбуждения/эмиссии), и некоторые инженеры и производители предпочитают эту простоту для конкретных приложений.. Оптоволоконные датчики температуры GaAs в основном используются для контроля обмоток силовых трансформаторов., мониторинг распределительного устройства, и измерение температуры электродвигателя — те же основные приложения, которые используются датчиками флуоресценции.. Выбор между флуоресценцией и GaAs в этих приложениях часто определяется экосистемой производителя., предпочтения регионального рынка, и соображения цепочки поставок, а не фундаментальное техническое превосходство.

12. Сравнение технологий: Флуоресценция против. ДТС против. ВБР против. GaAs

Параметр	Распад флуоресценции	ДТС (Рамановская)	Волоконная решетка Брэгга	GaAs-полупроводник
Тип измерения	Точка	Распределенный (непрерывный)	Квазираспределенный (мультиплексированный)	Точка
Принцип восприятия	Время затухания флуоресценции	Коэффициент обратного комбинационного рассеяния	Сдвиг длины волны Брэгга	Сдвиг края поглощения запрещенной зоны
Диапазон температур	от −200 °С до +450 °С	от −40 °C до +700 °С	от −40 °C до +300 °С (стандартный) / +800 °С (особенный)	от −40 °C до +250 °С
Точность	от ±0,1 °C до ±0,5 °C	от ±0,5 °C до ±2 °C	от ±0,5 °C до ±1 °C	от ±0,5 °C до ±1 °C
Резолюция	0.01–0,1 °С	0.01–0,1 °С	0.1 °С	0.1 °С
Пространственное разрешение	Н/Д (точка)	0.25–2 м	Длина решетки (~1–10 мм)	Н/Д (точка)
Диапазон срабатывания/длина волокна	До 1,000 m	1–50 км	До 100 m (типичная матрица датчиков)	До 500 m
Точек на волокно	1	Тысячи (непрерывный)	10–50+	1
Время ответа	0.1–3 с	Секунды в минуты	0.1–1 с	0.5–3 с
Самоссылка	Да (время затухания)	Да (соотношение-метрика)	Да (кодированный по длине волны)	Да (кодированный по длине волны)
Чувствительность к деформации	Никто	Минимальный	Да (перекрестно-чувствительный)	Никто
Устойчивость к электромагнитным помехам	Полный	Полный	Полный	Полный
Гальваническая развязка	Общий	Общий	Общий	Общий
Стоимость следователя	Середина ($2К – 10 тысяч долларов)	Высокий ($30К – $150 тыс.+)	Высокий ($10К – 50 тысяч долларов)	Средне-высокий ($3К – 12 тысяч долларов)
Стоимость за балл	Низкий-средний	Очень низкий (за балл)	Низкий (с мультиплексированием)	Низкий-средний
Первичная сила	Точность, диапазон, стабильность при точечном измерении	Непрерывное покрытие на больших расстояниях	Многоточечное мультиплексирование по одному волокну	Пассивный, стабильное точечное измерение
Зрелость рынка	Очень высокий (30+ годы)	Высокий (25+ годы)	Высокий (20+ годы)	Высокий (25+ годы)

13. Как правильно выбрать оптоволоконный датчик температуры

Структура принятия решений

Выбор правильного оптоволоконный датчик температуры начинается с четкого определения требований к измерениям по четырем ключевым параметрам: количество и пространственное распределение точек измерения, требуемая точность и температурный диапазон, условия окружающей среды в месте измерения, и системный бюджет.

Если вам необходимо измерить температуру одна или несколько конкретных критических точек с высокой точностью (от ±0,1 °C до ±0,5 °C), тот флуоресцентный оптоволоконный датчик температуры рекомендуемый выбор. Обеспечивает лучшую точность, самый широкий температурный диапазон, доказанная долгосрочная стабильность, и наиболее конкурентоспособная стоимость для небольшого количества каналов. Это подходящая технология для горячих точек обмотки трансформатора., контакты распределительного устройства, обмотки двигателя, Измерения, совместимые с МРТ, и радиочастотный/микроволновой мониторинг процессов.

Если вам необходимо измерить температуру много дискретных точек (10–50+) по одному оптоволоконному пути, и умеренная точность (от ±0,5 °C до ±1 °C) достаточно, Датчики температуры ВБР обеспечивают значительные преимущества в прокладке кабелей и монтаже за счет мультиплексирования длин волн. Это подходит для многоточечного структурного мониторинга., многозонный мониторинг трансформатора или генератора, и распределенное профилирование температуры процесса в отдельных местах.

Если вам нужно непрерывное измерение профиля температуры на больших расстояниях (от сотен метров до десятков километров) с умеренной точностью и пространственным разрешением, Распределенное измерение температуры (ДТС) это единственное решение. Никакая другая технология не может обеспечить непрерывное пространственное покрытие на таких расстояниях.. DTS — стандарт мониторинга трубопроводов., Мониторинг силовых кабелей, обнаружение пожара в туннеле, и профилирование температуры в стволе скважины.

Если вам нужен точечный датчик для мониторинга энергетического оборудования и ваш производитель оборудования или ваша цепочка поставок создали возможности для Технология GaAs, Датчики GaAs представляют собой проверенную и надежную альтернативу датчикам флуоресценции для этой конкретной области применения..

Практические критерии выбора

За пределами типа технологии, Практические критерии выбора включают интерфейсы связи следователя. (4–20 мА, Модбус, МЭК 61850, ОПЦ ЮА, Ethernet/IP), количество каналов и возможность расширения, конструкция зонда и экологический рейтинг (IP-рейтинг, температурный рейтинг, химическая совместимость, сертификация для взрывоопасных сред), тип оптоволоконного кабеля и стандарт разъема, послужной список поставщика и установленная база в вашей области применения, и наличие местной технической поддержки и запасных частей. Для стационарной установки в критической инфраструктуре, отдавайте предпочтение поставщикам с доказанной надежностью на местах 10+ лет и документированная система менеджмента качества.

14. Часто задаваемые вопросы — что такое оптоволоконный датчик температуры?

1 квартал: Что такое оптоволоконный датчик температуры простыми словами?

A оптоволоконный датчик температуры это устройство, которое измеряет температуру, используя свет вместо электричества. Тонкое стекловолокно доставляет свет к чувствительной точке, где температура изменяет свет измеримым образом — изменяя скорость его исчезновения. (флуоресценция), какой цвет отражается (ВБР), какие длины волн поглощаются (GaAs), или сколько света рассеивается обратно (ДТС). Поскольку в точке измерения не задействовано электричество, датчик полностью невосприимчив к электромагнитным помехам, безопасен при высоких напряжениях, и подходит для взрывоопасных или радиационных сред.

2 квартал: Каковы четыре основных типа оптоволоконных датчиков температуры??

Четыре основных типа — это: датчики затухания флуоресценции (измерение времени жизни флуоресценции люминофора на кончике волокна — наиболее широко используемый метод), распределенные датчики температуры (ДТС) (измерение комбинационного рассеяния света по всей длине волокна), Волоконная решетка Брэгга (ВБР) Датчики (измерение сдвига длины волны решетки, вписанной в волокно), и Полупроводниковые датчики GaAs (измерение сдвига края поглощения кристалла арсенида галлия). Каждый тип использует свой физический принцип и удовлетворяет различным потребностям применения..

Q3: Какой тип оптоволоконного датчика температуры чаще всего используется?

Тем оптоволоконный датчик температуры на основе флуоресценции является наиболее широко используемым типом для точечного измерения температуры.. Ее лидерство на рынке насчитывает более трех десятилетий и основано на непревзойденном сочетании высокой точности. (±0,1 °С), широкий температурный диапазон (от −200 °С до +450 °С), долговременная стабильность калибровки, принцип самореферентного измерения, и проверенная надежность в таких требовательных приложениях, как силовые трансформаторы., МРТ-системы, и радиочастотное нагревательное оборудование.

Q4: Как работает флуоресцентный оптоволоконный датчик температуры?

Опросчик посылает световой импульс через оптоволокно на люминофор на кончике зонда.. Люминофор поглощает свет и излучает флуоресценцию, которая тускнеет. (распадается) экспоненциально после окончания импульса. Скорость этого распада — время жизни флуоресценции — предсказуемо меняется с температурой.: более высокая температура означает более быстрый распад. Измерив время затухания, прибор определяет температуру. Поскольку время затухания является внутренним свойством люминофора., измерение не зависит от уровня сигнала, потери в волокне, или старение светодиодов.

Q5: Что такое распределенное оптоволоконное измерение температуры (ДТС)?

Распределенное измерение температуры (ДТС) использует обратное комбинационное рассеяние в обычном оптическом волокне для непрерывного измерения температуры по всей длине волокна.. Лазерный импульс посылается по волокну, и прибор анализирует зависимое от температуры обратное комбинационное рассеяние в каждой точке волокна. (использование времени полета для определения местоположения). Одна система DTS может контролировать температуру в тысячах точек на расстояниях до 50 км, что делает его идеальным для трубопровода, силовой кабель, и мониторинг туннелей.

Q6: Что такое датчик температуры ВБР?

Ан ВБР (Волоконная решетка Брэгга) Датчик температуры использует крошечную оптическую решетку, встроенную в сердцевину волокна, которая отражает свет определенной длины волны. Когда температура меняется, отраженная длина волны смещается примерно на 10–13 пм/°C.. Несколько ВБР на разных длинах волн могут быть мультиплексированы по одному волокну., возможность иметь более 10–50 дискретных точек измерения температуры на волокно — уникальная возможность, недоступная для других типов оптоволоконных датчиков. ВБР также чувствительны к деформации., поэтому для измерения только температуры необходим монтаж без напряжения.

Q7: Что такое волоконно-оптический датчик температуры GaAs?

A Оптоволоконный датчик температуры GaAs использует полупроводниковый чип из арсенида галлия на кончике волокна. Ширина запрещенной зоны GaAs меняется с температурой, сдвиг края оптического поглощения примерно на 0.4 нм/°С. Измерив этот спектральный сдвиг, система определяет температуру. Сенсоры GaAs обычно охватывают диапазон от –40 °C до +250 °C с точностью ±0,5 °C и в основном используются для мониторинга силовых трансформаторов и распределительных устройств в качестве альтернативы флуоресцентным датчикам..

Q8: Почему оптоволоконные датчики температуры невосприимчивы к электромагнитным помехам?

Все оптоволоконные датчики температуры невосприимчивы к электромагнитным помехам, поскольку оптическое волокно изготовлено из стекла — диэлектрического изолятора, который не проводит электричество и не реагирует на электромагнитные поля.. Металлических проводов нет., никаких электронных схем, и отсутствие электрических сигналов в точке измерения. Информация о температуре передается светом., на который не влияют электрические поля, Магнитные поля, радиочастоты, или микроволновое излучение. Этот иммунитет является врожденным физическим свойством., это не спроектированный щит, который можно преодолеть более сильными помехами.

Q9: Могут ли оптоволоконные датчики температуры заменить термопары и термометры сопротивления??

Во многих приложениях, да. Волоконно-оптические датчики температуры — особенно датчики на основе флуоресценции — могут заменить термопары и термометры сопротивления везде, где невосприимчивость к электромагнитным помехам., высоковольтная изоляция, искробезопасность, или требуется долгосрочная стабильность калибровки. Они обеспечивают сопоставимую или лучшую точность и время отклика.. Однако, оптоволоконные датчики имеют более высокую первоначальную стоимость системы (особенно следователь), требуют более бережного обращения с деликатным оптическим волокном, и может быть не оправдано в благоприятных условиях, где недорогие термопары работают адекватно.. Выбор должен определяться требованиями приложения, а не стратегией полной замены..

Вопрос 10: Как долго служат оптоволоконные датчики температуры?

Флуоресцентные оптоволоконные датчики температуры, установленные в силовых трансформаторах, обычно работают 15 Кому 25+ годы без замены и перекалибровки. Чувствительные к люминофору материалы химически инертны и термически стабильны., демонстрирует незначительную деградацию в нормальных условиях. Оптическое волокно из диоксида кремния имеет доказанный срок службы, превышающий 25 годы. Отказ зонда, когда это произойдет, почти всегда происходит из-за механического разрыва волокна, а не из-за деградации чувствительного элемента.. Системы DTS и FBG в стационарных установках также демонстрируют срок службы в несколько десятилетий..

Вопрос 11: Сколько стоит система оптоволоконных датчиков температуры?

Стоимость системы существенно зависит от типа технологии и количества каналов.. A флуоресцентный оптоволоконный датчик температуры система обычно стоит доллары США 2,000 Кому 10,000 для следователя и долларов США 100 Кому 500 на один зонд — наиболее экономичный вариант для малого и среднего количества каналов. ВБР-системы стоимость в долларах США 10,000 Кому 50,000 для опросчика, но достигается более низкая стоимость за точку, когда множество датчиков мультиплексированы по одному волокну. системы ДТС стоимость в долларах США 30,000 Кому 150,000+ для опросчика, но предлагают чрезвычайно низкую стоимость за точку, учитывая тысячи точек измерения на канал. GaAs-системы цены сопоставимы с флуоресцентными системами. Во всех случаях, инвестиции оправданы уникальными возможностями измерения, которые не может обеспечить ни один обычный датчик в целевых средах..

Вопрос 12: Где можно приобрести оптоволоконные датчики температуры??

ФДЖИННО (www.fjinno.net) обеспечивает флуоресцентные оптоволоконные датчики температуры и комплексные решения для систем измерения мощности, промышленный, медицинский, и научные применения. Системы FJINNO обеспечивают высокоточное измерение затухания флуоресценции., многоканальные запросчики, Прочная конструкция зонда для трансформатора, Распределительное устройство, и моторные приложения, и стандартные промышленные интерфейсы связи, включая Modbus, МЭК 61850, и аналоговый выход 4–20 мА.

---

Отказ: Информация, представленная в данной статье, предназначена для общеобразовательных и справочных целей.. Конкретные характеристики продукта, ТТХ, и цена зависит от производителя, модель, и конфигурация. Все приведенные технические данные представляют собой типичные значения, встречающиеся в коммерческих оптоволоконных продуктах для измерения температуры, и не должны использоваться в качестве гарантированных характеристик для какой-либо конкретной системы.. Всегда сверяйтесь с официальной документацией производителя и проводите независимую оценку, прежде чем выбирать или приобретать оптоволоконное оборудование для измерения температуры.. ФДЖИННО (www.fjinno.net) принимает технические запросы и предоставляет рекомендации для конкретных приложений, которые помогут вам выбрать оптимальное оптоволоконное решение для измерения температуры в соответствии с вашими требованиями..

Волоконно-оптический датчик температуры, Интеллектуальная система мониторинга, Производитель распределенного оптоволокна в Китае