เซ็นเซอร์อุณหภูมิไฟเบอร์ออปติกคืออะไร

• เซ็นเซอร์อุณหภูมิใยแก้วนำแสง เป็นอุปกรณ์วัดอุณหภูมิโดยใช้สัญญาณแสงที่ส่งผ่านใยแก้วนำแสงแทนสัญญาณไฟฟ้าผ่านสายโลหะ. เนื่องจากองค์ประกอบการตรวจจับและสื่อการส่งผ่านไม่ใช่โลหะทั้งหมดและไม่นำไฟฟ้า, เซนเซอร์วัดอุณหภูมิแบบไฟเบอร์ออปติกมีภูมิคุ้มกันต่อการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าโดยธรรมชาติ (อีเอ็มไอ), การแยกกัลวานิกอย่างสมบูรณ์, และการทำงานที่ปลอดภัยในวัตถุระเบิด, ไฟฟ้าแรงสูง, และสภาพแวดล้อมที่มีรังสีเข้มข้น — ความสามารถที่เป็นไปไม่ได้สำหรับเซ็นเซอร์อุณหภูมิไฟฟ้าทั่วไป.
• มี เซนเซอร์วัดอุณหภูมิแบบไฟเบอร์ออปติกหลักๆ สี่ประเภท: การสลายตัวของสารเรืองแสง (เทอร์โมมิเตอร์ฟอสเฟอร์), การตรวจจับอุณหภูมิใยแก้วนำแสงแบบกระจาย (DTS ขึ้นอยู่กับการกระเจิงของรามัน), ตะแกรงไฟเบอร์แบรกก์ (เอฟบีจี), และแกลเลียม อาร์เซไนด์ (GaAs) เซมิคอนดักเตอร์. แต่ละตัวใช้กลไกทางกายภาพที่แตกต่างกันในการแปลงอุณหภูมิให้เป็นสัญญาณแสง, และแต่ละประเภทตอบสนองความต้องการการใช้งานที่แตกต่างกันในแง่ของช่วงการวัด, ความแม่นยำ, ความครอบคลุมเชิงพื้นที่, และต้นทุนระบบ.
• ในบรรดาเทคโนโลยีทั้งสี่, เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิไฟเบอร์ออปติกแบบเรืองแสง เป็นที่แพร่หลายมากที่สุด, เติบโตในเชิงพาณิชย์, และโซลูชันการวัดจุดอเนกประสงค์. มันให้การผสมผสานความแม่นยำที่ดีที่สุด (±0.1 °C ถึง ±0.5 °C), ช่วงอุณหภูมิ (−200 °C ถึง +450 องศาเซลเซียส), ความมั่นคงในระยะยาว, ความเร็วในการตอบสนอง, และความคุ้มทุนสำหรับอุตสาหกรรมส่วนใหญ่, พลัง, และแอพพลิเคชั่นตรวจวัดอุณหภูมิทางการแพทย์.
• การตรวจจับอุณหภูมิใยแก้วนำแสงแบบกระจาย (ดีทีเอส) ใช้การกระเจิงกลับแบบรามานตลอดความยาวของใยแก้วนำแสงธรรมดาเพื่อวัดอุณหภูมิได้หลายพันจุดพร้อมกันในระยะทางไกลถึง 50 กม. — ทำให้เป็นเทคโนโลยีเดียวที่สามารถต่อเนื่องได้อย่างแท้จริง, โปรไฟล์อุณหภูมิที่ได้รับการแก้ไขเชิงพื้นที่ในระยะทางไกล.
• ตะแกรงไฟเบอร์แบรกก์ (เอฟบีจี) และเซ็นเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ GaAs ให้การวัดอุณหภูมิที่เข้ารหัสความยาวคลื่นและตามขอบการดูดกลืนแสงตามลำดับ. เซ็นเซอร์ FBG ให้การตรวจสอบหลายจุดแบบมัลติเพล็กซ์บนไฟเบอร์เส้นเดียว, ในขณะที่เซ็นเซอร์ GaAs ให้ความเสถียร, ทางเลือกแบบพาสซีฟสำหรับการวัดจุดในการใช้งานอุปกรณ์ไฟฟ้า.

สารบัญ

1. เซนเซอร์วัดอุณหภูมิไฟเบอร์ออปติกคืออะไร?
2. เหตุใดจึงต้องใช้เซนเซอร์วัดอุณหภูมิแบบไฟเบอร์ออปติกแทนเซนเซอร์ทั่วไป?
3. เซนเซอร์วัดอุณหภูมิไฟเบอร์ออปติกสี่ประเภทหลัก
4. เซนเซอร์วัดอุณหภูมิไฟเบอร์ออปติกแบบเรืองแสง — มาตรฐานทองคำ
5. เซนเซอร์วัดอุณหภูมิไฟเบอร์ออปติกเรืองแสงทำงานอย่างไร
6. วัสดุฟอสเฟอร์และการออกแบบโพรบ
7. ข้อมูลจำเพาะด้านประสิทธิภาพและข้อดีของเซ็นเซอร์เรืองแสง
8. การประยุกต์ใช้เซนเซอร์วัดอุณหภูมิไฟเบอร์ออปติกเรืองแสง
9. การตรวจจับอุณหภูมิไฟเบอร์ออปติกแบบกระจาย (ดีทีเอส)
10. ตะแกรงไฟเบอร์แบรกก์ (เอฟบีจี) เซ็นเซอร์อุณหภูมิ
11. เซนเซอร์วัดอุณหภูมิไฟเบอร์ออปติก GaAs Semiconductor
12. การเปรียบเทียบเทคโนโลยี: เทียบกับฟลูออเรสเซนต์. ดีทีเอส ปะทะ. FBG กับ. GaAs
13. วิธีการเลือกเซนเซอร์วัดอุณหภูมิไฟเบอร์ออปติกที่เหมาะสม
14. คำถามที่พบบ่อย — เซ็นเซอร์อุณหภูมิไฟเบอร์ออปติกคืออะไร?

1. ก.คืออะไร เซนเซอร์วัดอุณหภูมิไฟเบอร์ออปติก?

คำนิยาม

ก เซ็นเซอร์อุณหภูมิใยแก้วนำแสง เป็นอุปกรณ์ตรวจวัดด้วยแสงซึ่งวัดอุณหภูมิโดยการวิเคราะห์การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของแสง เช่น เวลาสลายตัวของฟลูออเรสเซนต์, ความยาวคลื่นสเปกตรัม, ความเข้มกระจัดกระจาย, หรือตำแหน่งขอบการดูดกลืนแสง — เกิดจากผลกระทบทางความร้อนต่อองค์ประกอบการตรวจจับแสงหรือบนตัวไฟเบอร์ออปติกเอง. ข้อมูลอุณหภูมิจะถูกสร้างขึ้น, ส่ง, และประมวลผลทั้งหมดในโดเมนออปติคัล, โดยใช้ใยแก้วหรือใยแก้วโพลีเมอร์เป็นทั้งสื่อการตรวจจับและลิงค์การส่งสัญญาณ. ไม่มีสัญญาณไฟฟ้าอยู่ที่จุดใดๆ ระหว่างตำแหน่งการวัดกับเครื่องมือออปโตอิเล็กทรอนิกส์ (ผู้สอบสวน) ที่แปลงสัญญาณแสงเป็นการอ่านอุณหภูมิแบบดิจิตอล.

ความแตกต่างพื้นฐานนี้ — แสงแทนไฟฟ้า — คือสิ่งที่ทำให้เซ็นเซอร์อุณหภูมิใยแก้วนำแสงมีข้อได้เปรียบที่เป็นเอกลักษณ์และกำหนดได้. เพราะใยแก้วนำแสงทำจากแก้วซิลิกาหลอมละลาย (SiO₂) — ฉนวนไฟฟ้าที่ไม่มีอิเล็กตรอนอิสระ — ไม่สามารถนำไฟฟ้าได้, ไม่สามารถสร้างหรือตอบสนองต่อสนามแม่เหล็กไฟฟ้าได้, และไม่สามารถสร้างการเชื่อมต่อไฟฟ้าได้. ผลลัพธ์ที่ได้คือเทคโนโลยีการวัดอุณหภูมิที่ทนทานต่อการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าโดยธรรมชาติ, ปลอดภัยอย่างแท้จริงในบรรยากาศที่ระเบิดได้, แยกได้จากไฟฟ้าแรงสูงตามธรรมชาติ, และทนต่อการกัดกร่อน, ฟ้าผ่า, และการแผ่รังสี.

สถาปัตยกรรมพื้นฐาน

โดยไม่คำนึงถึงเทคโนโลยีการตรวจจับเฉพาะที่ใช้, ระบบวัดอุณหภูมิใยแก้วนำแสงทุกระบบประกอบด้วยองค์ประกอบพื้นฐานสามประการ. องค์ประกอบแรกคือ องค์ประกอบการตรวจจับ — จุดหรือบริเวณที่อุณหภูมิโต้ตอบกับแสงเพื่อสร้างการเปลี่ยนแปลงทางแสงที่วัดได้. ขึ้นอยู่กับเทคโนโลยี, นี่อาจเป็นคริสตัลฟลูออเรสเซนต์ฟอสเฟอร์ที่ยึดติดกับปลายไฟเบอร์, ชิปเซมิคอนดักเตอร์ Gallium Arsenide, ตะแกรง Bragg สลักอยู่ในแกนไฟเบอร์, หรือเพียงแค่เส้นใยนั่นเอง (ในการตรวจจับแบบกระจาย). องค์ประกอบที่สองคือ ลิงค์ใยแก้วนำแสง — ใยแก้วอย่างน้อยหนึ่งเส้นที่ส่งแสงกระตุ้นจากเครื่องมือไปยังองค์ประกอบการตรวจจับ และส่งคืนสัญญาณออปติคอลที่ปรับอุณหภูมิจากองค์ประกอบการตรวจจับกลับไปยังอุปกรณ์. เส้นใยเกรดโทรคมนาคมมาตรฐาน (มัลติโหมดหรือโหมดเดี่ยว) ถูกนำมาใช้, โดยมีความยาวตั้งแต่ไม่กี่เมตรถึงหลายสิบกิโลเมตรขึ้นอยู่กับการใช้งาน. องค์ประกอบที่สามคือ ผู้สอบสวน (เรียกอีกอย่างว่าเครื่องปรับสัญญาณ, เครื่องวิเคราะห์, หรือหน่วยออปโตอิเล็กทรอนิกส์) — เครื่องมือที่สร้างแสงกระตุ้น, รับและวิเคราะห์สัญญาณแสงที่ส่งคืน, ดึงข้อมูลอุณหภูมิ, และส่งออกผลลัพธ์เป็นการอ่านแบบดิจิตอล, สัญญาณอะนาล็อก, หรือโปรโตคอลการสื่อสารแบบดิจิทัล.

2. เหตุใดจึงต้องใช้เซนเซอร์วัดอุณหภูมิแบบไฟเบอร์ออปติกแทนเซนเซอร์ทั่วไป?

ข้อจำกัดของเซนเซอร์วัดอุณหภูมิทั่วไป

เซนเซอร์วัดอุณหภูมิอิเล็กทรอนิกส์แบบธรรมดา — เทอร์โมคัปเปิล, RTD (เครื่องตรวจจับอุณหภูมิความต้านทาน), เทอร์มิสเตอร์, และวงจรรวม (ไอซี) เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิ — ใช้งานได้ดีในอุตสาหกรรมมานานหลายทศวรรษและยังคงเหมาะสมกับการใช้งานหลายประเภท. อย่างไรก็ตาม, ล้วนมีข้อจำกัดพื้นฐานร่วมกัน: พวกเขาอาศัยสัญญาณไฟฟ้า (แรงดันไฟฟ้า, ความต้านทาน, หรือปัจจุบัน) ถูกส่งผ่านตัวนำโลหะ. สิ่งนี้สร้างช่องโหว่โดยธรรมชาติในสภาพแวดล้อมที่มีการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าที่รุนแรง, ไฟฟ้าแรงสูง, บรรยากาศที่ระเบิดได้, รังสีไอออไนซ์, หรือสภาวะที่รุนแรงทางเคมี.

เทอร์โมคัปเปิลสร้างสัญญาณระดับมิลลิโวลต์ที่เสียหายได้ง่ายจากสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้า, ต้องการการป้องกันและการกรองที่ครอบคลุมในสภาพแวดล้อม EMI สูง - มาตรการที่มักจะพิสูจน์ได้ว่าไม่เพียงพอ. RTD ต้องการกระแสกระตุ้นและทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงความต้านทานเล็กน้อยซึ่งเสี่ยงต่อข้อผิดพลาดด้านความต้านทานของลวดตะกั่ว, ความร้อนด้วยตนเอง, และสัญญาณรบกวนที่เกิดจาก EMI. สายเซนเซอร์โลหะทั้งหมดทำหน้าที่เป็นเสาอากาศที่เชื่อมต่อพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าเข้ากับวงจรการวัด, และทั้งหมดสร้างเส้นทางที่เป็นไปได้สำหรับกราวด์ลูป, ฟ้าผ่า, และความผิดปกติเกี่ยวกับไฟฟ้าแรงสูง. ในสภาพแวดล้อมเช่นขดลวดหม้อแปลงไฟฟ้า (ทำงานที่ระดับสิบถึงหลายร้อยกิโลโวลต์), เครื่องสแกน MRI (1.5 ทีถึง 7 ทีสนามแม่เหล็ก), อุปกรณ์ทำความร้อน RF / ไมโครเวฟ, และบรรยากาศก๊าซที่ระเบิดได้, ช่องโหว่เหล่านี้ทำให้เซ็นเซอร์ทั่วไปไม่น่าเชื่อถือ, ไม่ปลอดภัย, หรือเป็นไปไม่ได้เลยที่จะใช้.

ข้อดีของไฟเบอร์ออปติก

เซ็นเซอร์อุณหภูมิไฟเบอร์ออปติก กำจัดช่องโหว่เหล่านี้ทั้งหมด. อิเล็กทริกทั้งหมด, โครงสร้างที่ไม่ใช่โลหะหมายความว่าไม่มีตัวนำไฟฟ้าที่จะรับ EMI, ไม่มีเส้นทางไฟฟ้าสำหรับกราวด์กราวด์หรือการแพร่กระจายของไฟกระชาก, ไม่มีหน้าสัมผัสที่ก่อให้เกิดประกายไฟสำหรับบรรยากาศที่ระเบิดได้, และไม่มีวัสดุโลหะที่จะกัดกร่อน. ใยแก้วนำแสงให้การแยกกระแสไฟฟ้าหลายพันโวลต์ต่อความยาวเส้นใยหนึ่งเซนติเมตร ซึ่งเกินกว่าข้อกำหนดการแยกทางไฟฟ้าใดๆ มาก. เส้นใยมีภูมิคุ้มกันต่อความเสียหายจากรังสีในปริมาณที่สูงมาก (ขึ้นอยู่กับชนิดของไฟเบอร์), เฉื่อยทางเคมี, และมีความยืดหยุ่นทางกล. สิ่งเหล่านี้ไม่ใช่การป้องกันเชิงวิศวกรรมที่เพิ่มให้กับเทคโนโลยีที่มีช่องโหว่โดยธรรมชาติ — เป็นคุณสมบัติทางกายภาพที่แท้จริงของตัวกลางใยแก้วนั่นเอง.

ผลลัพธ์ที่ได้คือเทคโนโลยีการตรวจจับอุณหภูมิที่สามารถทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือและแม่นยำในสภาพแวดล้อมที่เซ็นเซอร์ทั่วไปไม่สามารถเข้าถึงได้โดยสิ้นเชิง. นี่คือสาเหตุที่เซ็นเซอร์อุณหภูมิแบบไฟเบอร์ออปติกกลายเป็นมาตรฐาน — และในหลายกรณีเท่านั้น — โซลูชันสำหรับการวัดอุณหภูมิในหม้อแปลงไฟฟ้ากำลัง, สวิตช์เกียร์ไฟฟ้าแรงสูง, ระบบเอ็มอาร์ไอ, การประมวลผล RF และไมโครเวฟ, บรรยากาศที่ระเบิดได้, สิ่งอำนวยความสะดวกนิวเคลียร์, และสภาพแวดล้อมที่มีความต้องการอื่น ๆ.

3. เซนเซอร์วัดอุณหภูมิไฟเบอร์ออปติกสี่ประเภทหลัก

การตรวจจับอุณหภูมิด้วยไฟเบอร์ออปติกครอบคลุมถึงสี่เทคโนโลยีที่โดดเด่นและเป็นที่ยอมรับกันดี, แต่ละอันขึ้นอยู่กับหลักการทางกายภาพที่แตกต่างกันและแต่ละอันได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับข้อกำหนดการวัดที่แตกต่างกัน. การทำความเข้าใจความแตกต่างระหว่างเทคโนโลยีทั้งสี่นี้ถือเป็นสิ่งสำคัญในการเลือกโซลูชันที่เหมาะสมสำหรับการใช้งานใดๆ.

ที่ การสลายตัวของสารเรืองแสง (เทอร์โมมิเตอร์ฟอสเฟอร์) เซ็นเซอร์ วัดอายุการใช้งานการเรืองแสงขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของวัสดุฟอสเฟอร์ที่ปลายไฟเบอร์. เป็นเซ็นเซอร์แบบจุด โดยแต่ละหัววัดอุณหภูมิจะวัดอุณหภูมิที่ตำแหน่งเดียว. นำเสนอการผสมผสานความแม่นยำที่ดีที่สุด, พิสัย, ความมั่นคง, และค่าใช้จ่ายในการสมัครวัดจุด, และเป็นเทคโนโลยีการตรวจจับอุณหภูมิใยแก้วนำแสงที่มีการใช้งานกันอย่างแพร่หลายทั่วโลก.

ที่ เซ็นเซอร์อุณหภูมิใยแก้วนำแสงแบบกระจาย (ดีทีเอส) ใช้การกระเจิงกลับแบบรามานตลอดความยาวของเส้นใยนำแสงมาตรฐานเพื่อวัดอุณหภูมิอย่างต่อเนื่องทุกจุดตลอดเส้นใย. ไม่ใช่เซ็นเซอร์แบบจุด แต่เป็นระบบการตรวจจับแบบกระจายอย่างแท้จริงที่เปลี่ยนเส้นใยให้เป็นเซ็นเซอร์อุณหภูมิเชิงเส้นแบบต่อเนื่องที่สามารถตรวจสอบจุดนับพันในระยะทางไกลถึง 50 กม.

ที่ ตะแกรงไฟเบอร์แบรกก์ (เอฟบีจี) เซ็นเซอร์ วัดการเปลี่ยนแปลงความยาวคลื่นตามอุณหภูมิของตะแกรงสะท้อนแสงที่ฝังอยู่ในแกนไฟเบอร์. เป็นเซ็นเซอร์แบบกึ่งกระจาย - FBG หลายตัวที่ความยาวคลื่นต่างกันสามารถมัลติเพล็กซ์ตามเส้นใยเดี่ยวได้, เปิดใช้งาน 10 ถึง 50+ จุดการวัดแบบแยกส่วนต่อช่องสัญญาณไฟเบอร์.

ที่ แกลเลียม อาร์เซไนด์ (GaAs) เซ็นเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ วัดการเปลี่ยนแปลงขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของขอบการดูดกลืนแสงของชิปคริสตัล GaAs ที่ปลายไฟเบอร์. เช่นเดียวกับเซ็นเซอร์เรืองแสง, เป็นเซนเซอร์วัดอุณหภูมิแบบจุดเดียว. เป็นแนวทางทางเลือกสำหรับแอปพลิเคชันการตรวจสอบอุปกรณ์ไฟฟ้า.

ส่วนต่อไปนี้จะอธิบายแต่ละเทคโนโลยีโดยละเอียด, เริ่มต้นด้วยเซนเซอร์แบบเรืองแสง ซึ่งมีความสำคัญที่สุดและใช้กันอย่างแพร่หลายในเซนเซอร์ทั้งสี่ตัว.

4. เซนเซอร์วัดอุณหภูมิไฟเบอร์ออปติกแบบเรืองแสง — มาตรฐานทองคำ

เหตุใดเซ็นเซอร์เรืองแสงจึงเป็นผู้นำตลาด

ที่ เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิไฟเบอร์ออปติกแบบเรืองแสง — หรือเรียกอีกอย่างว่าเซ็นเซอร์การสลายตัวของฟลูออเรสเซนต์, เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิฟอสเฟอร์, หรือเซ็นเซอร์ฟลูออโรติก — เป็นเทคโนโลยีการวัดอุณหภูมิจุดไฟเบอร์ออปติกที่โดดเด่นมานานกว่าสามทศวรรษ. มีส่วนแบ่งการตลาดที่ใหญ่ที่สุดในบรรดาเซนเซอร์วัดอุณหภูมิแบบไฟเบอร์ออปติกทุกประเภท และเป็นเทคโนโลยีที่ใช้อ้างอิงกันมากที่สุดเมื่อผู้เชี่ยวชาญในอุตสาหกรรมหารือกัน “เซ็นเซอร์อุณหภูมิใยแก้วนำแสง” ในบริบทของอุปกรณ์ไฟฟ้า, อุปกรณ์ทางการแพทย์, และการติดตามกระบวนการทางอุตสาหกรรม.

เหตุผลในการเป็นผู้นำตลาดนี้มีทั้งด้านเทคนิคและการปฏิบัติ. ในทางเทคนิค, หลักการวัดการสลายตัวของฟลูออเรสเซนต์ทำให้เกิดการผสมผสานที่ลงตัวระหว่างความแม่นยำสูง (±0.1 °C ได้), ช่วงอุณหภูมิกว้าง (−200 °C ถึง +450 °C โดยเลือกใช้สารเรืองแสงที่เหมาะสม), การอ้างอิงตนเองโดยธรรมชาติ (การวัดเวลาสลายตัวจะมีภูมิคุ้มกันต่อความแปรผันของแอมพลิจูดของสัญญาณ), ตอบสนองอย่างรวดเร็ว (รองวินาที), และความมั่นคงในระยะยาวที่ดีเยี่ยม (ดีกว่า ±0.1 °C ต่อปี). ในทางปฏิบัติ, ระบบเซ็นเซอร์เรืองแสงมีจำหน่ายจากผู้ผลิตหลายรายในราคาที่แข่งขันได้, ด้วยบันทึกความน่าเชื่อถือภาคสนามที่ได้รับการพิสูจน์แล้วซึ่งครอบคลุม 25+ ปีในการใช้งานที่มีความต้องการสูง เช่น การตรวจสอบขดลวดหม้อแปลงไฟฟ้ากำลัง. เทคโนโลยีนี้มีการอ้างอิงถึงมาตรฐานสากล (ไออีซี 60076-2, อีอีอี C57.91) เป็นวิธีที่แนะนำสำหรับการวัดจุดร้อนของหม้อแปลงโดยตรง, ตอกย้ำตำแหน่งทางการตลาดให้แข็งแกร่งยิ่งขึ้น.

5. เซนเซอร์วัดอุณหภูมิไฟเบอร์ออปติกเรืองแสงทำงานอย่างไร

หลักการสลายเรืองแสง

หลักการทำงานของก เซนเซอร์วัดอุณหภูมิไฟเบอร์ออปติกเรืองแสง ขึ้นอยู่กับปรากฏการณ์ทางกลควอนตัมที่เข้าใจกันดี: การดับแสงฟลูออเรสเซนต์ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิในวัสดุฟอสเฟอร์บางชนิด. ที่ส่วนปลายของหัวเซนเซอร์, องค์ประกอบฟอสเฟอร์ขนาดเล็ก (โดยทั่วไปจะเป็นคริสตัลหรือเซรามิกที่เจือด้วยธาตุหายากหรือโลหะทรานซิชัน) ถูกเชื่อมเข้ากับส่วนปลายของใยแก้วนำแสงแบบมัลติโหมด. อุปกรณ์สอบปากคำจะส่งพัลส์สั้นๆ ของแสงกระตุ้น ซึ่งโดยทั่วไปคือแสงอัลตราไวโอเลตหรือแสงที่มองเห็นได้จาก LED ความสว่างสูง ผ่านใยแก้วนำแสงไปยังฟอสเฟอร์. ฟอสเฟอร์ดูดซับแสงกระตุ้นและไอออนเจือปนของมันได้รับการส่งเสริมให้เป็นสถานะพลังงานอิเล็กทรอนิกส์ที่ตื่นเต้น. ไอออนที่ถูกกระตุ้นเหล่านี้จะกลับสู่สถานะพื้นโดยปล่อยแสงฟลูออเรสเซนต์ออกไปนานขึ้น (สโตกส์-ขยับ) ความยาวคลื่น.

หลังจากชีพจรกระตุ้นสิ้นสุดลง, การเรืองแสงไม่หยุดทันที. แทน, ประชากรของไอออนในสภาวะตื่นเต้นจะสลายตัวแบบทวีคูณเมื่อเวลาผ่านไป, ทำให้เกิดแสงเรืองแสงที่ลดลงตามลักษณะเฉพาะ เวลาสลายตัวของฟลูออเรสเซนต์ (ที). เวลาสลายตัวนี้จะถูกกำหนดโดยอัตราการสลายกัมมันตภาพรังสีรวมกัน (การปล่อยโฟตอน) และการสลายตัวแบบไม่มีรังสี (การผ่อนคลายความร้อนโดยใช้เสียงช่วย). ที่อุณหภูมิต่ำ, การสลายตัวของรังสีจะครอบงำและเวลาการสลายตัวจะเข้าใกล้อายุการแผ่รังสีภายในของสารเรืองแสง. เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น, วิถีการผ่อนคลายแบบไม่ใช้รังสีจะถูกกระตุ้นด้วยความร้อนและมีความเป็นไปได้มากขึ้น, เป็นช่องทางการแข่งขันสำหรับการลดการกระตุ้นซึ่งจะขจัดไอออนที่ถูกกระตุ้นออกจากสถานะฟลูออเรสเซนต์โดยไม่สร้างโฟตอน. นี้ การดับความร้อน ผลกระทบจะช่วยลดเวลาการสลายตัวของฟลูออเรสเซนซ์อย่างเป็นระบบเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น, สร้างความแข็งแกร่ง, น่าเบื่อ, และความสัมพันธ์ที่สามารถทำซ้ำได้สูงระหว่างเวลาการสลายตัวและอุณหภูมิ.

ความสัมพันธ์ทางคณิตศาสตร์ได้รับการอธิบายอย่างดีโดยสมการอาร์เรเนียสที่ถูกดัดแปลง:

1/ที(ต) = 1/τ₀ + เอ · ประสบการณ์(−ΔE / เคที)

ที่ไหนτ(ต) คือ เวลาสลายตัวของฟลูออเรสเซนต์ที่อุณหภูมิ T, τ₀ คืออายุการใช้งานของการแผ่รังสี (ไม่ขึ้นกับอุณหภูมิ), A คือปัจจัยความถี่ที่แสดงถึงอัตราการเปลี่ยนแปลงที่ไม่ใช่การแผ่รังสี, ΔE คือพลังงานกระตุ้นสำหรับกระบวนการดับแบบไม่แผ่รังสี, และ k คือค่าคงที่ของโบลต์ซมันน์. สมการนี้แสดงให้เห็นว่าเวลาสลายตัวลดลงแบบทวีคูณเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ซึ่งเป็นความสัมพันธ์ที่ให้ทั้งความไวสูงและช่วงไดนามิกการวัดที่กว้าง.

เหตุใดเวลาที่เสื่อมสลายจึงเป็นตัวชี้วัดที่เหนือกว่า

การตัดสินใจวัดเวลาการสลายตัวของฟลูออเรสเซนซ์ แทนที่จะเป็นความเข้มของฟลูออเรสเซนซ์ เป็นข้อมูลเชิงลึกทางวิศวกรรมที่สำคัญที่ทำให้เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิไฟเบอร์ออปติกฟลูออเรสเซนต์แข็งแกร่งและเชื่อถือได้. ความเข้มของแสงฟลูออเรสเซนต์ไม่เพียงแต่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับกำลังแสงกระตุ้นด้วย, การสูญเสียการส่งผ่านไฟเบอร์, การจัดตำแหน่งตัวเชื่อมต่อ, การดัดเส้นใย, อายุ LED, การตอบสนองของเครื่องตรวจจับ, และการสลายสารเรืองแสง. การเปลี่ยนแปลงปัจจัยใดๆ เหล่านี้อาจทำให้เกิดข้อผิดพลาดของอุณหภูมิที่ชัดเจนในการวัดตามความเข้ม. ในการติดตั้งจริงที่ขั้วต่อแบบออปติคัลถูกตัดการเชื่อมต่อและเชื่อมต่อใหม่, เส้นใยจะถูกส่งผ่านทางโค้งที่แน่นหนา, ไฟ LED มีอายุมากกว่าหลายปี, และขั้วต่อเกิดการปนเปื้อนสะสม, การวัดตามความเข้มจะต้องมีการสอบเทียบใหม่บ่อยครั้งและยังคงประสบปัญหาจากการเบี่ยงเบนที่ไม่สามารถควบคุมได้.

เวลาสลายตัวของฟลูออเรสเซนต์, ในทางตรงกันข้าม, เป็น ทรัพย์สินชั่วคราวที่แท้จริง ของวัสดุฟอสเฟอร์ที่ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของฟอสเฟอร์และอุณหภูมิเท่านั้น. มันไม่ขึ้นอยู่กับพลังกระตุ้นโดยสิ้นเชิง, จำนวนโฟตอนที่ตรวจพบ, การสูญเสียเส้นใย, การสูญเสียตัวเชื่อมต่อ, หรือเครื่องตรวจจับได้รับ. ไม่ว่าสัญญาณเรืองแสงจะแรงหรืออ่อนก็ตาม, อัตราการสลายตัวแบบเอกซ์โปเนนเชียลจะเท่ากัน. นี่หมายถึงก เซนเซอร์วัดอุณหภูมิไฟเบอร์ออปติกเรืองแสง ไม่จำเป็นต้องปรับเทียบใหม่เมื่อต่อขั้วต่อกลับเข้าไปใหม่, เส้นใยถูกกำหนดเส้นทางใหม่, หรือเอาต์พุต LED ลดลงเมื่อเวลาผ่านไป. การวัดนี้เป็นการอ้างอิงตัวเองโดยธรรมชาติขั้นพื้นฐาน — เป็นข้อได้เปรียบที่สำคัญสำหรับการติดตั้งถาวรในตำแหน่งที่เข้าถึงยาก เช่น ภายในหม้อแปลงไฟฟ้าที่ปิดสนิท.

วงจรการวัดและการประมวลผลสัญญาณ

วงจรการวัดที่สมบูรณ์ของตัวสอบสวนเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิไฟเบอร์ออปติกเรืองแสงจะดำเนินการดังนี้. เครื่องมือจะกระตุ้นพัลส์กระตุ้นสั้นๆ (โดยทั่วไปจะมีระยะเวลา 10–100 µs) จาก LED ผ่านตัวเชื่อมต่อออปติคัลหรือตัวแยกสัญญาณเข้ากับสายเคเบิลไฟเบอร์ที่นำไปสู่โพรบ. แสงเดินทางผ่านเส้นใย (ซึ่งอาจจะเป็น 1 ถึง 1,000 ยาวเมตร) ไปยังสารเรืองแสงที่ปลายโพรบ. สารเรืองแสงจะดูดซับแสงกระตุ้นและเริ่มเรืองแสง. พร้อมกัน, ตัวเชื่อมต่อแบบออปติคัลจะควบคุมสัญญาณเรืองแสงที่ส่งคืน (ที่ความยาวคลื่นแตกต่างจากการกระตุ้น) ไปยังเครื่องตรวจจับแสงที่อยู่ในตัวสอบปากคำ. ฟิลเตอร์ออพติคัลที่อยู่ด้านหน้าเครื่องตรวจจับจะบล็อกแสงกระตุ้นที่ตกค้างในขณะที่ส่งผ่านความยาวคลื่นที่ปล่อยออกมาจากแสงฟลูออเรสเซนซ์.

หลังจากชีพจรกระตุ้นสิ้นสุดลง, ผู้สอบปากคำเริ่มแปลงสัญญาณเรืองแสงที่สลายตัวแบบเอ็กซ์โพเนนเชียลเป็นดิจิทัลโดยใช้ตัวแปลงแอนะล็อกเป็นดิจิทัลความเร็วสูง. จากนั้นกราฟสลายตัวที่บันทึกไว้จะถูกประมวลผลโดยอัลกอริธึมการประมวลผลสัญญาณดิจิทัล ซึ่งโดยทั่วไปจะมีขนาดพอดีแบบเอกซ์โปเนนเชียลกำลังสองน้อยที่สุด, วิธีการรวมหลายเกต, หรือเทคนิคการตรวจจับเฟสแบบดิจิทัล เพื่อแยกค่าคงที่เวลาการสลายตัว τ ด้วยความแม่นยำสูง. เครื่องมือใช้ตารางค้นหาการสอบเทียบที่เก็บไว้หรือสมการพหุนามเพื่อแปลงค่า τ ที่วัดได้เป็นค่าที่อ่านได้. วงจรทั้งหมด — ความตื่นเต้น, การจับกุม, กำลังประมวลผล, และเอาต์พุต — โดยทั่วไปจะเสร็จสมบูรณ์ใน 0.1 ถึง 1 ที่สอง, ให้การตรวจสอบอุณหภูมิแบบเรียลไทม์อย่างต่อเนื่อง.

พนักงานสอบสวนสมัยใหม่ใช้อัลกอริธึมขั้นสูงที่สามารถปฏิเสธการปนเปื้อนของแสงพื้นหลังได้, ชดเชยการเรืองแสงอัตโนมัติของไฟเบอร์, จัดการองค์ประกอบการสลายตัวแบบทวีคูณ, และเฉลี่ยหลายรอบเพื่อประสิทธิภาพเสียงที่ดีขึ้น. บางระบบใช้เทคนิคอัตราส่วนฟลูออเรสเซนซ์ความยาวคลื่นคู่เป็นโหมดการวัดเสริม, การเปรียบเทียบความเข้มของแสงเรืองแสงในแถบสเปกตรัมสองแถบเพื่อให้ข้อมูลอุณหภูมิที่ซ้ำซ้อน.

6. วัสดุฟอสเฟอร์และการออกแบบโพรบ

การเลือกวัสดุสารเรืองแสง

วัสดุฟอสเฟอร์ฟลูออเรสเซนต์เป็นหัวใจสำคัญของการตรวจจับ เซนเซอร์วัดอุณหภูมิไฟเบอร์ออปติกเรืองแสง, และการเลือกจะกำหนดช่วงอุณหภูมิที่ใช้งานได้, โปรไฟล์ความไว, ศักยภาพความแม่นยำ, และความทนทานของเซ็นเซอร์ในระยะยาว. การวิจัยด้านวัสดุมานานหลายทศวรรษได้ระบุตระกูลฟอสเฟอร์หลายตระกูลที่นำเสนอคุณสมบัติที่เหมาะสมที่สุดสำหรับเทอร์โมมิเตอร์แบบไฟเบอร์ออปติก.

อิตเทรียมอะลูมิเนียมโกเมนเจือด้วยโครเมียม (Cr:แย็ก) เป็นหนึ่งในวัสดุฟอสเฟอร์ที่สำคัญและใช้กันอย่างแพร่หลายในเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิไฟเบอร์ออปติกเชิงพาณิชย์. แย็ก (ย₃อัล₅O₁₂) เป็นเรื่องยากมาก, เฉื่อยทางเคมี, คริสตัลใสที่มองเห็นได้ซึ่งเติบโตอย่างรวดเร็วด้วยคุณภาพสูงและเจือด้วยโครเมียมไอออนได้ง่าย. ไอออน Cr³⁺ ใน YAG ทำให้เกิดการเรืองแสงแบบบรอดแบนด์ในช่วงความยาวคลื่น 680–750 นาโนเมตร เมื่อตื่นเต้นกับแสงที่มองเห็นได้ (โดยทั่วไปจะอยู่ที่ประมาณ 450–590 นาโนเมตร). เวลาการสลายตัวของฟลูออเรสเซนต์ที่อุณหภูมิห้องอยู่ที่ประมาณ 1.5 มิลลิวินาที, ลดลงเหลือค่าต่ำกว่ามิลลิวินาทีที่อุณหภูมิสูง. Cr:เซ็นเซอร์ YAG ทำงานอย่างมีประสิทธิภาพในช่วงอุณหภูมิประมาณ −100 °C ถึง +450 องศาเซลเซียส, ครอบคลุมข้อกำหนดส่วนใหญ่ในการตรวจสอบอุปกรณ์อุตสาหกรรมและอุปกรณ์ไฟฟ้า. ความเสถียรทางความร้อนที่ยอดเยี่ยมของคริสตัลทำให้มั่นใจได้ว่าการสอบเทียบจะไม่เลื่อนไปตลอดการทำงานหลายทศวรรษ.

แมกนีเซียมฟลูออโรเจอร์มาเนตเจือด้วยแมงกานีส (Mg₄FGeO₆:มน⁴⁺) เป็นหนึ่งในสารเรืองแสงที่เก่าแก่ที่สุดที่ใช้ในเทอร์โมมิเตอร์ไฟเบอร์ออปติกเชิงพาณิชย์, บุกเบิกโดย Luxtron Corporation ในปี 1980. มันสร้างแสงเรืองแสงสีแดงโดยมีระยะเวลาการสลายตัวประมาณ 3–5 มิลลิวินาทีที่อุณหภูมิห้อง และทำงานในช่วงประมาณ −50 °C ถึง +200 องศาเซลเซียส. ในขณะที่ช่วงอุณหภูมิจะแคบกว่า Cr:แย็ก, มันมีความแข็งแกร่ง, วัดสัญญาณได้ง่ายและยังคงใช้สำหรับการใช้งานที่อุณหภูมิปานกลาง.

ทับทิม (Cr:อัล₂O₃) — แซฟไฟร์เจือโครเมียม — เป็นวัสดุเทอร์โมมิเตอร์ฟอสเฟอร์คลาสสิกซึ่งมีการเรืองแสงแบบ R-line (694.3 นาโนเมตร) ได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวางเพื่อการวัดอุณหภูมิทางวิทยาศาสตร์. ระยะเวลาการสลายตัวจะแปรผันจากประมาณ 3.5 ms ที่อุณหภูมิห้องถึงค่าต่ำกว่ามิลลิวินาทีข้างต้น 400 องศาเซลเซียส. Ruby นำเสนอการตอบสนองต่ออุณหภูมิที่โดดเด่นและคาดการณ์ได้อย่างแม่นยำ, แต่การปล่อยแสงแบบเส้นแคบนั้นต้องการการกรองแสงที่แม่นยำกว่าฟอสเฟอร์แบบบรอดแบนด์.

สารเรืองแสงที่เจือด้วยธาตุหายาก เช่น ดี:แย็ก (YAG ที่เจือด้วยดิสโพรเซียม), เป็น:แย็ก (YAG ที่เจือด้วยเออร์เบียม), สหภาพยุโรป:และ₂หรือ₃ (อิตเทรียที่เจือด้วยยูโรเปียม), และวัณโรค:ลา₂O₂S (แลนทานัมออกซีซัลไฟด์ที่เจือด้วยเทอร์เบียม) นำเสนอความสามารถพิเศษสำหรับช่วงอุณหภูมิที่สูงมาก. ดิสโพรเซียมและวัสดุที่เจือด้วยเออร์เบียมดันขีดจำกัดการวัดค่าด้านบนให้สูงกว่านั้น 450 °C สำหรับงานอุตสาหกรรมที่มีอุณหภูมิสูง. สารฟอสเฟอร์ที่เจือด้วยยูโรเพียมและเทอร์เบียมให้ความแปรผันของเวลาการสลายตัวที่วัดได้ที่อุณหภูมิเยือกแข็ง (ต่ำกว่า −100 °C), ขยายความครอบคลุมถึงอุณหภูมิไนโตรเจนเหลวและอื่นๆ.

อเล็กซานเดอร์ (Cr:บีอัล₂O₄) ให้ความไวต่ออุณหภูมิสูงใน 0 °C ถึง 300 ช่วง °C และพบการใช้งานในเทอร์โมมิเตอร์ไฟเบอร์ออปติกทางการแพทย์และชีวการแพทย์ โดยให้ความสำคัญกับความละเอียดและความเร็วในการตอบสนองในช่วงอุณหภูมิปานกลาง.

การก่อสร้างและบรรจุภัณฑ์โพรบ

หัววัดการตรวจจับแสงฟลูออเรสเซนซ์เป็นชุดประกอบที่ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมอย่างแม่นยำ ซึ่งออกแบบมาเพื่อเชื่อมต่อฟอสเฟอร์กับไฟเบอร์ออปติกอย่างมีประสิทธิภาพ พร้อมปกป้องทั้งจากสภาพแวดล้อมการทำงาน. ในโครงสร้างโพรบทั่วไป, องค์ประกอบฟอสเฟอร์ขนาดเล็ก ซึ่งอาจเป็นชิปคริสตัลเดี่ยวขัดเงา (0.3–1.0 มม), เม็ดเซรามิกอัด, หรือชั้นบางๆ ของผงฟอสเฟอร์ที่เชื่อมติดกันในเมทริกซ์กาวแบบออปติคอล — ติดอยู่กับส่วนปลายที่แยกและขัดเงาของไฟเบอร์ออปติกแบบมัลติโหมด (โดยทั่วไป 62.5 ไมโครเมตร, 100 ไมโครเมตร, 200 ไมโครเมตร, หรือ 400 เส้นผ่านศูนย์กลางแกน µm) ใช้อีพ๊อกซี่แสงอุณหภูมิสูงหรือกระบวนการเชื่อมฟิวชั่นโดยตรง.

จากนั้นชุดประกอบไฟเบอร์ฟอสเฟอร์เปลือยจะถูกห่อหุ้มไว้ในตัวเรือนป้องกัน. สำหรับหม้อแปลงไฟฟ้ากำลังและการใช้งานแบบจุ่มน้ำมัน, โดยทั่วไปแล้วหัววัดจะหุ้มด้วยสแตนเลสหรือ PEEK (โพลีอีเทอร์อีเทอร์คีโตน) หลอด, ปิดผนึกที่ปลายทั้งสองข้าง, โดยให้เส้นใยออกมาผ่านการผนึกสุญญากาศ. เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกมีตั้งแต่ 1.5 ถึง 4 มม, และความยาวปลายการตรวจจับโดยทั่วไปคือ 10–30 มม. สำหรับการใช้งานทางการแพทย์และชีวการแพทย์, โพรบอาจมีขนาดเล็กที่สุดก็ได้ 0.5 เส้นผ่านศูนย์กลาง มม. พร้อมเคลือบ PTFE หรือโพลีอิไมด์เพื่อความเข้ากันได้ทางชีวภาพ. สำหรับงานอุตสาหกรรมที่มีอุณหภูมิสูง, เซรามิค (อลูมินาหรือเซอร์โคเนีย) โครงสร้างช่วยปกป้องโพรบที่อุณหภูมิสูงถึง 450 °C หรือสูงกว่า.

สายเคเบิลใยแก้วนำแสงที่เชื่อมต่อโพรบกับเครื่องสอบปากคำ โดยทั่วไปจะเป็นสายเคเบิลใยแก้วนำแสงที่ทนทานซึ่งมีส่วนประกอบความแข็งแรงของเส้นใยอะรามิด, พีวีซี, LSZH (ควันต่ำเป็นศูนย์ฮาโลเจน), หรือเสื้อนอกสแตนเลส, และขั้วต่อไฟเบอร์ออปติกมาตรฐาน (เซนต์, เอสซี, เอฟซี, หรือ E2000) ที่ส่วนท้ายของเครื่องดนตรี. ความยาวสายเคเบิลตั้งแต่ 1 เมตรขึ้นไป 1,000 เมตรก็มี, โดยไม่มีการลดทอนสัญญาณตามระยะทาง เนื่องจากการวัดเวลาสลายตัวไม่ขึ้นอยู่กับแอมพลิจูดของสัญญาณ.

7. ข้อมูลจำเพาะด้านประสิทธิภาพและข้อดีของเซ็นเซอร์เรืองแสง

ข้อมูลจำเพาะด้านประสิทธิภาพโดยทั่วไป

พารามิเตอร์	เกรดมาตรฐาน	เกรดประสิทธิภาพสูง
ช่วงอุณหภูมิ	-40 °C ถึง +200 องศาเซลเซียส	−200 °C ถึง +450 องศาเซลเซียส
ความแม่นยำ	±0.5 องศาเซลเซียส	±0.1 °C ถึง ±0.2 °C
ปณิธาน	0.1 องศาเซลเซียส	0.01 องศาเซลเซียส
เวลาตอบสนอง (ต₉₀)	0.5–3 วินาที	0.1–0.5 วินาที
อัตราการอัพเดตการวัด	1–4 เฮิรตซ์	ขึ้นไป 10 เฮิรตซ์
จำนวนช่อง	1–4	4–32
ความยาวไฟเบอร์ (สอบปากคำต่อผู้สอบสวน)	ขึ้นไป 200 ม	ขึ้นไป 1,000 ม
เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของโพรบ	1.5–3 มม	0.5–6 มม
ความเสถียรในการสอบเทียบในระยะยาว	±0.1 °C/ปี	±0.05 °C/ปี
ภูมิคุ้มกันอีเอ็มไอ	สมบูรณ์ (โดยธรรมชาติ)	สมบูรณ์ (โดยธรรมชาติ)
การแยกกัลวานิก	ทั้งหมด (เส้นทางอิเล็กทริกทั้งหมด)	ทั้งหมด (เส้นทางอิเล็กทริกทั้งหมด)
ความปลอดภัยที่แท้จริง	มีอยู่ (โพรบที่ได้รับการจัดอันดับ EX)	มีอยู่ (โพรบที่ได้รับการจัดอันดับ EX)

สรุปข้อดีที่สำคัญ

ที่ เซนเซอร์วัดอุณหภูมิไฟเบอร์ออปติกเรืองแสง ให้ข้อดีหลายประการที่ไม่มีเทคโนโลยีตรวจจับอุณหภูมิอื่นใดเทียบได้. ภูมิคุ้มกันการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าที่สมบูรณ์นั้นมาจากโครงสร้างไดอิเล็กทริกทั้งหมดโดยไม่มีส่วนประกอบที่เป็นโลหะที่จุดตรวจจับ. การวัดเวลาสลายตัวโดยอ้างอิงตัวเองทำให้มั่นใจได้ว่าจะรักษาความแม่นยำไว้ โดยไม่คำนึงถึงความผันแปรของการสูญเสียไฟเบอร์, การเสื่อมสภาพของตัวเชื่อมต่อ, อายุ LED, หรือการเปลี่ยนแปลงเส้นทางสัญญาณ — ทำให้ไม่จำเป็นต้องปรับเทียบใหม่เป็นระยะในการติดตั้งแบบถาวร. ช่วงอุณหภูมิที่กว้าง (−200 °C ถึง +450 °C โดยเลือกใช้สารเรืองแสง) ครอบคลุมแทบทุกอุตสาหกรรม, พลัง, และการใช้งานทางการแพทย์ด้วยแพลตฟอร์มเทคโนโลยีเดียว. มีความแม่นยำสูง (±0.1 °C ได้) ตรงตามข้อกำหนดการวัดที่มีความต้องการมากที่สุด. เวลาตอบสนองที่รวดเร็ว (รองวินาที) ช่วยให้สามารถตรวจสอบและป้องกันกระบวนการแบบเรียลไทม์. การแยกส่วนด้วยไฟฟ้าทั้งหมดช่วยลดความเสี่ยงจากไฟฟ้าแรงสูงพัง, ข้อผิดพลาดของกราวด์กราวด์, และเส้นทางการแพร่กระจายคลื่น. วัสดุเฉื่อยทางเคมีช่วยให้มั่นใจได้ว่าสามารถใช้งานร่วมกับน้ำมันที่แช่อยู่ได้, มีฤทธิ์กัดกร่อน, และสภาพแวดล้อมทางชีวการแพทย์. และความน่าเชื่อถือภาคสนามที่ได้รับการพิสูจน์แล้ว — พร้อมอายุการใช้งานของโพรบที่แสดงให้เห็น 15 ถึง 25+ ประสบการณ์หลายปีในการให้บริการหม้อแปลงไฟฟ้า — ให้ความมั่นใจสำหรับการลงทุนระยะยาวในโครงสร้างพื้นฐานการตรวจสอบแบบถาวร.

8. การประยุกต์ใช้เซนเซอร์วัดอุณหภูมิไฟเบอร์ออปติกเรืองแสง

การตรวจสอบจุดร้อนของขดลวดหม้อแปลงไฟฟ้ากำลัง

แอปพลิเคชั่นที่ใหญ่ที่สุดแห่งเดียวของ เซนเซอร์วัดอุณหภูมิไฟเบอร์ออปติกเรืองแสง ทั่วโลกกำลังติดตามอุณหภูมิจุดร้อนของขดลวดของหม้อแปลงไฟฟ้ากำลัง. ขดลวดหม้อแปลงทำงานที่แรงดันไฟฟ้าตั้งแต่ไม่กี่กิโลโวลต์ไปจนถึง 1,100 กิโลโวลต์ (ในระบบส่งไฟฟ้าแรงสูงพิเศษ), สร้างสภาพแวดล้อมที่ไม่มีสายเซนเซอร์โลหะใดสามารถเชื่อมความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าระหว่างพื้นผิวขดลวดและอุปกรณ์ที่ต่อสายดินได้อย่างปลอดภัย. พร้อมกัน, แกนหม้อแปลงจะสร้างสนามแม่เหล็กสลับที่รุนแรงซึ่งจะทำให้สัญญาณการวัดทางไฟฟ้าเสียหาย. ขดลวดจะถูกแช่อยู่ในน้ำมันแร่หรือของเหลวเอสเทอร์สังเคราะห์ภายในถังเหล็กที่ปิดสนิท, ทำให้ไม่สามารถเข้าถึงการบำรุงรักษาหรือสอบเทียบใหม่ได้โดยไม่ต้องตัดพลังงานและเปิดหม้อแปลง.

หัววัดไฟเบอร์ออปติกเรืองแสงได้รับการติดตั้งโดยตรงบนพื้นผิวขดลวดในระหว่างการผลิตหม้อแปลงไฟฟ้า. ใยแก้วนำแสงจะออกจากถังผ่านตัวแทรกซึมของใยแก้วนำแสง (ฟีดทรู) และต่อเข้ากับเครื่องสอบปากคำที่ติดตั้งบนตู้ควบคุมหม้อแปลงไฟฟ้า. เส้นใยอิเล็กทริกทั้งหมดให้การแยกแรงดันไฟฟ้าสูงโดยธรรมชาติไปจนถึงแรงดันไฟฟ้าที่คดเคี้ยวเต็มที่, การวัดเวลาสลายตัวไม่ได้รับผลกระทบใด ๆ จากสภาพแวดล้อมทางแม่เหล็กไฟฟ้าของหม้อแปลงไฟฟ้า, และความเสถียรในการสอบเทียบแบบอ้างอิงตัวเองช่วยลดความจำเป็นในการสอบเทียบใหม่ตลอดอายุการใช้งาน 25-40 ปีของหม้อแปลง.

ข้อมูลอุณหภูมิจุดร้อนของขดลวดที่แม่นยำช่วยให้สาธารณูปโภคและผู้จัดการสินทรัพย์ใช้พิกัดหม้อแปลงไดนามิกได้ (ดีทีอาร์) — โหลดหม้อแปลงตามสถานะความร้อนจริงมากกว่าพิกัดป้ายชื่อแบบอนุรักษ์ — ปลดล็อคความจุเพิ่มเติม 10–30% โดยไม่ลดอายุการใช้งานของอุปกรณ์. นอกจากนี้ยังสามารถคำนวณการเสื่อมสภาพจากความร้อนเชิงคาดการณ์ได้อีกด้วย, การควบคุมระบบทำความเย็นที่ดีที่สุด, การจัดการโอเวอร์โหลด, และการตรวจจับข้อบกพร่องด้านความร้อนภายในตั้งแต่เนิ่นๆ. มาตรฐานสากลไออีซี 60076-2 และการตรวจจับไฟเบอร์ออปติกอ้างอิง IEEE C57.91 เป็นวิธีที่แนะนำสำหรับการวัดฮอตสปอตที่คดเคี้ยวโดยตรง. ผู้ผลิตหม้อแปลงไฟฟ้ารายใหญ่ ได้แก่ Siemens Energy, ฮิตาชิ เอ็นเนอร์ยี่, จีอี เวอร์โนวา, TBEA, เป่าติง เทียนเว่ย, และอื่นๆ อีกมากมายมักระบุเซ็นเซอร์อุณหภูมิไฟเบอร์ออปติกเรืองแสงเป็นอุปกรณ์มาตรฐานหรืออุปกรณ์เสริมในหม้อแปลงไฟฟ้ากำลังขนาดกลางและขนาดใหญ่.

สวิตช์เกียร์ไฟฟ้าแรงสูงและการตรวจสอบบัสบาร์

แรงดันไฟฟ้าปานกลาง (ขึ้นไป 40.5 กิโลโวลต์) และสวิตช์เกียร์ไฟฟ้าแรงสูง, ท่อรถบัส, และการสิ้นสุดสายเคเบิลทำให้เกิดความท้าทายที่คล้ายคลึงกันกับหม้อแปลงไฟฟ้ากำลัง - ไฟฟ้าแรงสูง, สนามแม่เหล็กไฟฟ้าแรงสูง, และสภาพแวดล้อมที่ปิดหรือปิดผนึก. ติดต่อเสื่อมโทรม, การกัดกร่อน, และการเชื่อมต่อแบบสลักเกลียวที่หลวมทำให้เกิดความร้อนสูงเกินที่จุดเชื่อมต่อนั้น, หากตรวจไม่พบ, นำไปสู่ความล้มเหลวของฉนวน, เหตุการณ์อาร์คแฟลช, และความเสียหายต่ออุปกรณ์อันเป็นหายนะ. เซนเซอร์วัดอุณหภูมิไฟเบอร์ออปติกเรืองแสง ติดตั้งโดยตรงบนข้อต่อบัสบาร์, หน้าสัมผัสเบรกเกอร์, และการสิ้นสุดสายเคเบิลภายในช่องสวิตช์เกียร์. พวกเขาให้บริการอย่างต่อเนื่อง, การตรวจสอบอุณหภูมิจุดร้อนแบบเรียลไทม์พร้อมการแยกแรงดันไฟฟ้าสูงอย่างสมบูรณ์และความเสี่ยงเป็นศูนย์ที่จะกระทบต่อการประสานงานของฉนวนหรือการสร้างแหล่งกำเนิดประกายไฟ — ข้อกำหนดที่ตัดสิทธิ์เทคโนโลยีเซ็นเซอร์โลหะทั่วไปทั้งหมด.

อุณหภูมิของขดลวดมอเตอร์ไฟฟ้าและเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

มอเตอร์ไฟฟ้าและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดใหญ่ (หลายร้อยกิโลวัตต์ถึงหลายร้อยเมกะวัตต์) ต้องมีการตรวจสอบอุณหภูมิของขดลวดสเตเตอร์ที่แม่นยำเพื่อป้องกันความร้อน, การเพิ่มประสิทธิภาพการทำงาน, และการบำรุงรักษาเชิงคาดการณ์. สภาพแวดล้อมที่คดเคี้ยว - ไฟฟ้าแรงสูง, สนามแม่เหล็กหมุน, การสั่นสะเทือน, และการเข้าถึงที่จำกัด — ท้าทายการติดตั้ง RTD แบบเดิมๆ. ฝังตัว หัววัดอุณหภูมิไฟเบอร์ออปติกเรืองแสง ให้การตอบสนองที่รวดเร็วยิ่งขึ้น, ความแม่นยำสูงกว่า, ภูมิคุ้มกัน EMI สมบูรณ์, และการแยกกัลวานิกที่เหนือกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับ RTD แบบดั้งเดิม, ช่วยให้มีการป้องกันความร้อนที่แม่นยำยิ่งขึ้นและกลยุทธ์การโหลดที่รุนแรงยิ่งขึ้น.

การวัดอุณหภูมิที่รองรับ MRI

การถ่ายภาพด้วยคลื่นสนามแม่เหล็ก (เอ็มอาร์ไอ) ระบบจะสร้างสนามแม่เหล็กคงที่ของ 1.5 ทีถึง 7 ต, สลับเขตข้อมูลการไล่ระดับสีอย่างรวดเร็ว, และคลื่นความถี่วิทยุกำลังสูง (รฟ) พัลส์. เซ็นเซอร์หรือลวดโลหะใดๆ ที่ใส่เข้าไปในช่อง MRI จะทำให้เกิดความผิดปกติของภาพ, สัมผัสกับความร้อนที่เกิดจาก RF ที่อาจเป็นอันตราย, และผลิตสัญญาณอุณหภูมิที่เสียหาย. เซนเซอร์วัดอุณหภูมิไฟเบอร์ออปติกเรืองแสง, ไม่ใช่โลหะและไม่ใช่แม่เหล็กทั้งหมด, สามารถเข้ากันได้กับ MRI อย่างสมบูรณ์. ใช้สำหรับการตรวจวัดอุณหภูมิผู้ป่วยในระหว่างการตรวจ MRI และขั้นตอนที่แนะนำโดย MRI, การจำแนกลักษณะอุณหภูมิหลอก, และการวัดอุณหภูมิแบบเรียลไทม์ที่แม่นยำระหว่างการบำบัดความร้อนด้วยเครื่อง MRI (การผ่าตัดด้วยเลเซอร์, อัลตราซาวนด์ที่มุ่งเน้น, การระเหยด้วยคลื่นความถี่วิทยุ, การบำบัดด้วยความเย็นจัด) โดยที่ความรู้เกี่ยวกับอุณหภูมิเนื้อเยื่อที่แม่นยำมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อความปลอดภัยและประสิทธิภาพในการรักษา.

รฟ, ไมโครเวฟ, และเครื่องทำความร้อนด้วยแม่เหล็กไฟฟ้า

เครื่องทำความร้อน RF อุตสาหกรรม (ความร้อนอิเล็กทริก, การเชื่อมอาร์เอฟ, การอบแห้งด้วยคลื่นความถี่วิทยุ), การประมวลผลด้วยไมโครเวฟ (การบ่มด้วยไมโครเวฟ, การเผาผนึก, การพาสเจอร์ไรส์อาหาร), และระบบทำความร้อนแบบเหนี่ยวนำจะสร้างสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความเข้มข้นสูง ซึ่งทำให้การวัดอุณหภูมิแบบเดิมทำได้ยากหรือเป็นไปไม่ได้เลย. เซนเซอร์ไฟเบอร์ออปติกเรืองแสง เป็นวิธีการแก้ปัญหามาตรฐานสำหรับการวัดอุณหภูมิภายในอุปกรณ์แม่เหล็กไฟฟ้าเหล่านี้. โพรบอิเล็กทริกทั้งหมดไม่โต้ตอบกับสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่ใช้, ไม่บิดเบือนการกระจายสนาม, และไม่มีความร้อนในตัวเองจากการดูดซับ RF/ไมโครเวฟ ซึ่งทั้งหมดนี้เป็นปัญหาร้ายแรงเมื่อวางเซ็นเซอร์โลหะในสนามแม่เหล็กไฟฟ้า.

บรรยากาศที่เป็นอันตรายและการระเบิด

ในสภาพแวดล้อมที่จัดอยู่ในบรรยากาศที่ระเบิดได้ (โซน ATEX, พื้นที่ IECEx) — เช่น โรงงานปิโตรเคมี, แพลตฟอร์มน้ำมันและก๊าซ, เหมืองถ่านหิน, และโรงงานแปรรูปสารเคมี — อุปกรณ์ไฟฟ้าใดๆ ที่จุดตรวจจับถือเป็นแหล่งกำเนิดประกายไฟ. เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิแบบไฟเบอร์ออปติกที่ไม่มีพลังงานไฟฟ้าที่โพรบนั้นไม่สามารถสร้างประกายไฟได้, ส่วนโค้ง, หรือการจุดระเบิดด้วยความร้อน. ผสมผสานกับการรับรองที่เหมาะสม (อดีต, อดีต ง), เซนเซอร์วัดอุณหภูมิไฟเบอร์ออปติกเรืองแสง ให้การวัดอุณหภูมิที่ปลอดภัยอย่างแท้จริงในการจำแนกประเภทบรรยากาศที่เกิดการระเบิดที่อันตรายที่สุด.

การใช้งานที่สำคัญอื่น ๆ

พื้นที่ใช้งานเพิ่มเติมสำหรับเซนเซอร์วัดอุณหภูมิไฟเบอร์ออปติกเรืองแสง ได้แก่ การตรวจสอบกระบวนการผลิตเซมิคอนดักเตอร์, การวัดอุณหภูมิของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ (โดยที่ภูมิคุ้มกันรังสีเป็นประโยชน์เพิ่มเติม), การจัดการความร้อนแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้า, ข้อต่อสายไฟและการตรวจสอบการสิ้นสุด, ความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้า (อีเอ็มซี) ห้องทดสอบ, อุปกรณ์การประมวลผลพลาสม่า, การตรวจสอบความร้อนของระบบเลเซอร์กำลังสูง, และการประยุกต์ใช้ในการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ที่ต้องการการวัดอุณหภูมิที่มีความแม่นยำสูงในสภาพแวดล้อมที่ไม่เป็นมิตรทางแม่เหล็กไฟฟ้า.

9. การตรวจจับอุณหภูมิไฟเบอร์ออปติกแบบกระจาย (ดีทีเอส)

การตรวจจับอุณหภูมิแบบกระจายคืออะไร?

การตรวจจับอุณหภูมิใยแก้วนำแสงแบบกระจาย (ดีทีเอส) เป็นแนวทางที่แตกต่างโดยพื้นฐานจากเทคโนโลยีการตรวจจับจุดที่อธิบายไว้ข้างต้น. แทนที่จะวัดอุณหภูมิที่จุดเดียวโดยใช้องค์ประกอบการตรวจจับแบบแยกที่ติดอยู่กับปลายไฟเบอร์, DTS ใช้ใยแก้วนำแสงเองเป็นแบบต่อเนื่อง, เซ็นเซอร์อุณหภูมิแบบกระจายตลอดความยาว. เครื่องมือ DTS เพียงเครื่องเดียวที่เชื่อมต่อกับปลายด้านหนึ่งของไฟเบอร์ออปติกเกรดโทรคมนาคมธรรมดาสามารถวัดอุณหภูมิได้ทุกจุดบนไฟเบอร์ ให้โปรไฟล์อุณหภูมิที่สมบูรณ์พร้อมความละเอียดเชิงพื้นที่ 0.25 ถึง 2 เมตร ตลอดความยาวเส้นใย 1 ถึง 50 กิโลเมตร. ซึ่งหมายความว่าช่อง DTS เดียวสามารถตรวจสอบจุดวัดอุณหภูมินับพันถึงหมื่นจุดพร้อมกันได้.

หลักการกระเจิงของรามัน

กลไกทางกายภาพที่เป็นรากฐานของ DTS คือ การกระเจิงของรามานที่เกิดขึ้นเอง. เมื่อมีการปล่อยพัลส์เลเซอร์เข้าไปในใยแก้วนำแสง, แสงเพียงเล็กน้อยกระเจิงจากการสั่นของโมเลกุล (โฟนันแสง) ในแก้ว. การกระเจิงแบบรามันนี้ทำให้เกิดองค์ประกอบทางสเปกตรัมสองส่วน: ที่ สโตกส์ สัญญาณ (กระจายในช่วงความยาวคลื่นที่ยาวกว่าเลเซอร์, สอดคล้องกับการสร้างโฟนอน) และ ต่อต้านสโตกส์ สัญญาณ (กระจัดกระจายในช่วงความยาวคลื่นที่สั้นกว่า, สอดคล้องกับการดูดซึมโฟนอนที่มีอยู่). ความเข้มของสัญญาณสโตกส์ค่อนข้างไม่ไวต่ออุณหภูมิ, ในขณะที่ความเข้มของสัญญาณต่อต้านสโตกส์จะเพิ่มขึ้นอย่างมากตามอุณหภูมิเนื่องจากอุณหภูมิที่สูงขึ้นจะทำให้มีโฟนันที่กระตุ้นด้วยความร้อนจำนวนมากขึ้นพร้อมสำหรับการดูดซับ.

เครื่องมือ DTS จะวัดอัตราส่วนของความเข้มของการกระเจิงกลับของสโตกต่อสโตกส์ตามฟังก์ชันของเวลาหลังจากการปล่อยพัลส์เลเซอร์. เพราะรู้ความเร็วแสงในเส้นใยแล้ว, การหน่วงเวลาของสัญญาณที่ส่งคืนจะจับคู่โดยตรงกับตำแหน่งตามแนวไฟเบอร์ (การสะท้อนแสงของโดเมนเวลาแบบออปติคัล — หลักการ OTDR). จากนั้นอัตราส่วนต้านสโตกส์/สโตกส์ในแต่ละตำแหน่งจะถูกแปลงเป็นอุณหภูมิโดยใช้ความสัมพันธ์การกระจายของ Boltzmann ที่ทราบ. ผลลัพธ์ที่ได้คือโปรไฟล์อุณหภูมิเทียบกับระยะทางที่สมบูรณ์ตลอดความยาวของเส้นใยทั้งหมด, อัปเดตทุกๆ สองสามวินาทีเป็นนาที ขึ้นอยู่กับการกำหนดค่าระบบ.

ประสิทธิภาพและการใช้งาน DTS

ระบบ DTS ทั่วไปให้ความแม่นยำของอุณหภูมิ ±0.5 °C ถึง ±1 °C, ความละเอียดเชิงพื้นที่ของ 0.5 ถึง 2 เมตร, และความละเอียดอุณหภูมิของ 0.01 °C ถึง 0.1 องศาเซลเซียส (ขึ้นอยู่กับการวัดเวลาเฉลี่ย). ช่วงการตรวจจับไฟเบอร์สูงสุดจะแตกต่างกันไป 4 กม (ระบบความละเอียดสูง) ถึง 30–50 กม (ระบบระยะไกล), ด้วยระบบพิเศษบางระบบที่เข้าถึงได้ไกลยิ่งขึ้น. อัตราการอัปเดตการวัดมีตั้งแต่หนึ่งครั้งทุกๆ สองสามวินาที (เส้นใยสั้น, ความละเอียดเชิงพื้นที่สูง) ทุกๆ หลายนาที (เส้นใยยาว, ข้อกำหนดความแม่นยำสูง).

ระบบ DTS ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับการตรวจสอบการรั่วไหลของท่อและอุณหภูมิ (น้ำมัน, แก๊ส, และท่อส่งน้ำ), การตรวจจับและจัดอันดับฮอตสปอตสายไฟ, การตรวจจับไฟในอุโมงค์, คลังสินค้า, และระบบสายพานลำเลียง, การทำโปรไฟล์อุณหภูมิหลุมเจาะในอุตสาหกรรมน้ำมันและก๊าซ (ดาวน์โฮล DTS), การรักษาความปลอดภัยปริมณฑลและการตรวจจับการบุกรุก (การตรวจจับลายเซ็นความร้อน), การติดตามการซึมของเขื่อนและเขื่อน, โปรไฟล์อุณหภูมิเตาเผาอุตสาหกรรมและเตาเผา, และการตรวจสอบทางเดินร้อน/เย็นของศูนย์ข้อมูล. ในการใช้งานทั้งหมดนี้, ความสามารถในการตรวจสอบอุณหภูมิอย่างต่อเนื่องตลอดระยะทางของเส้นใย — ด้วยเครื่องมือชิ้นเดียวและไม่มีเซ็นเซอร์แยกเพื่อติดตั้ง, พลัง, หรือรักษา — ให้คุณค่าพิเศษ.

ดีทีเอส ปะทะ. เซ็นเซอร์เรืองแสง: เมื่อใดควรใช้อันไหน

เซ็นเซอร์ DTS และฟลูออเรสเซนซ์ตอบสนองความต้องการในการวัดที่แตกต่างกันโดยพื้นฐาน และแทบไม่มีการแข่งขันโดยตรง. DTS เป็นเลิศในการตรวจสอบอุณหภูมิตามโครงสร้างพื้นฐานเชิงเส้น (ท่อ, สายเคเบิล, อุโมงค์) โดยที่ความครอบคลุมเชิงพื้นที่ในระยะทางไกลเป็นข้อกำหนดหลักและมีความแม่นยำปานกลาง (±1 องศาเซลเซียส) เป็นที่ยอมรับได้. เซ็นเซอร์เรืองแสงเป็นเลิศในการวัดจุดที่แม่นยำ (±0.1 องศาเซลเซียส) ในจุดวิกฤตเฉพาะ เช่น จุดร้อนที่ขดลวดหม้อแปลง, หน้าสัมผัสสวิตช์เกียร์, หรือโซนการรักษาพยาบาล - ซึ่งมีความแม่นยำสูง, ตอบสนองอย่างรวดเร็ว, และขนาดโพรบที่กะทัดรัดถือเป็นสิ่งสำคัญ. ในระบบขนาดใหญ่จำนวนมาก, เทคโนโลยีทั้งสองถูกใช้งานร่วมกัน: DTS ให้ความครอบคลุมเชิงพื้นที่กว้าง ในขณะที่เซ็นเซอร์เรืองแสงให้การตรวจสอบที่มีความแม่นยำสูงที่จุดวิกฤติที่สุด.

10. ตะแกรงไฟเบอร์แบรกก์ (เอฟบีจี) เซ็นเซอร์อุณหภูมิ

หลักการทำงาน

ก ตะแกรงไฟเบอร์แบรกก์ (เอฟบีจี) คือการปรับดัชนีการหักเหของแสงเป็นระยะซึ่งเขียนลงในแกนกลางของใยแก้วนำแสงโหมดเดียว, โดยทั่วไปจะใช้รังสีอัลตราไวโอเลต (ยูวี) การเปิดรับแสงเลเซอร์โฮโลกราฟิกหรือเทคนิคการมาสก์เฟส. โครงสร้างตะแกรงด้วยกล้องจุลทรรศน์นี้ - โดยทั่วไป 1 ถึง 10 ความยาว มม. — ทำหน้าที่เป็นกระจกเงาที่มีแถบแคบ, สะท้อนแสงที่ความยาวคลื่นจำเพาะที่เรียกว่า ความยาวคลื่นแบร็ก (เล_บี) ในขณะที่ส่งความยาวคลื่นอื่นๆ ทั้งหมด. ความยาวคลื่นของแบรกก์ถูกกำหนดโดยคาบเกรตติง (ล) และดัชนีการหักเหของแสงที่มีประสิทธิภาพของแกนไฟเบอร์ (n_eff) ตามเงื่อนไขของแบรกก์: เล_บี = 2 · n_eff · Λ.

เมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลงที่ตำแหน่ง FBG, เอฟเฟกต์สองแบบจะเปลี่ยนความยาวคลื่นของแบรกก์. อันดับแรก, เอฟเฟกต์เทอร์โมออปติกจะเปลี่ยนดัชนีการหักเหของแก้วซิลิกา (DN/dT data 8.6 × 10⁻⁶ /°C สำหรับซิลิกาที่เจือด้วยเจอร์เมเนียม). ที่สอง, การขยายตัวทางความร้อนจะเปลี่ยนระยะเวลาการเกรตติ้งทางกายภาพ (เท่ากับ 0.55 × 10⁻⁶ /°C สำหรับซิลิกา). ผลกระทบที่รวมกันทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงความยาวคลื่นของ Bragg ที่ประมาณ 10-13.00/°C ที่ 1550 ความยาวคลื่นปฏิบัติการนาโนเมตร. โดยการวัดการเปลี่ยนแปลงความยาวคลื่นนี้ด้วยสเปกโตรมิเตอร์ที่มีความแม่นยำ, เลเซอร์ที่ปรับได้, หรือผู้สอบสวนแบบอินเตอร์เฟอโรเมตริก, ระบบจะกำหนดการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิที่ตำแหน่งตะแกรง.

มัลติเพล็กซ์ความยาวคลื่น

ความสามารถที่โดดเด่นที่สุดของเซ็นเซอร์ FBG คือ มัลติเพล็กซ์แบบแบ่งความยาวคลื่น (WDM). FBG หลายอัน, แต่ละอันถูกจารึกไว้ด้วยความยาวคลื่นแบรกก์ที่ระบุที่แตกต่างกันเล็กน้อย (เช่น, 1530 นาโนเมตร, 1535 นาโนเมตร, 1540 นาโนเมตร, …, 1565 นาโนเมตร), สามารถเขียนในตำแหน่งต่างๆ บนเส้นใยแก้วนำแสงเส้นเดียวได้. เมื่อพนักงานสอบปากคำส่องไฟเบอร์ด้วยไฟบรอดแบนด์, FBG แต่ละอันสะท้อนความยาวคลื่นลักษณะเฉพาะของตัวเอง, และผู้ซักถามจะแยกแยะเซ็นเซอร์แต่ละตัวตามตำแหน่งสเปกตรัม. โดยปกติแล้วช่องไฟเบอร์เดียวสามารถรองรับได้ 10 ถึง 50+ เซ็นเซอร์ FBG (ถูกจำกัดโดยแบนด์วิธออปติคัลที่มีอยู่และช่วงการทำงานของความยาวคลื่นของเซ็นเซอร์แต่ละตัว). ช่วยให้สามารถวัดอุณหภูมิหลายจุดแบบกึ่งกระจายโดยใช้สายเคเบิลไฟเบอร์เส้นเดียว ซึ่งช่วยลดความซับซ้อนของสายเคเบิลและค่าใช้จ่ายในการติดตั้งได้อย่างมาก เมื่อเทียบกับการใช้เซ็นเซอร์จุดหลายจุดหลายตัว.

ความไวข้ามต่อความเครียด

ข้อควรพิจารณาเบื้องต้นเมื่อใช้เซ็นเซอร์ FBG สำหรับการวัดอุณหภูมิคือ ความไวข้ามต่อความเครียดทางกล. ความยาวคลื่นแบรกก์จะเปลี่ยนไปตามอุณหภูมิและความเครียดตามแนวแกน (ประมาณ 1.2 pm/กับที่ 1550 นาโนเมตร), และการวัด FBG ครั้งเดียวไม่สามารถแยกแยะระหว่างเอฟเฟกต์ทั้งสองได้. สำหรับการใช้งานที่ต้องการการวัดอุณหภูมิแบบบริสุทธิ์, ต้องติดตั้ง FBG ในรูปแบบที่ปราศจากความเครียด โดยทั่วไปแล้วจะอยู่ในกล่องป้องกันท่อหลวมที่ช่วยให้เส้นใยขยายและหดตัวได้อย่างอิสระโดยไม่มีข้อจำกัดทางกลไกจากโครงสร้างการติดตั้ง. เมื่อทั้งอุณหภูมิและความเครียดเป็นที่สนใจ (เช่น, ในการติดตามสุขภาพโครงสร้าง), การออกแบบตะแกรงคู่, ตะแกรงอ้างอิง, หรือใช้ FBG ที่มีความไวต่อความเครียดต่างกันเพื่อแยกผลกระทบทั้งสอง.

ประสิทธิภาพของเซ็นเซอร์อุณหภูมิ FBG

เซ็นเซอร์อุณหภูมิ FBG มาตรฐานมีความแม่นยำ ±0.5 °C ถึง ±1 °C, ความละเอียดของ 0.1 องศาเซลเซียส (ประมาณ 1 ความละเอียดความยาวคลื่น pm), และช่วงการทำงานตั้งแต่ −40 °C ถึง +300 องศาเซลเซียส. FBG อุณหภูมิสูงแบบพิเศษ — ประดิษฐ์โดยใช้เทคนิคการฟื้นฟูหรือการจารึกด้วยเลเซอร์ femtosecond — ขยายขีดจำกัดบนเป็น +800 °C หรือแม้กระทั่ง +1,000 องศาเซลเซียส. เวลาตอบสนองขึ้นอยู่กับการเชื่อมต่อทางความร้อนระหว่างไฟเบอร์กับเป้าหมายการวัด, และโดยทั่วไปแล้ว 0.1 ถึง 1 ที่สอง. อัตราการอัปเดตผู้สอบสวนมีตั้งแต่ 1 Hz สำหรับการตรวจสอบคงที่หลาย kHz สำหรับการวัดแบบไดนามิก.

แอปพลิเคชั่น FBG

เซ็นเซอร์อุณหภูมิ FBG ใช้ในการตรวจสอบขดลวดหลายจุดของหม้อแปลงไฟฟ้า (โดยที่ความได้เปรียบแบบมัลติเพล็กซ์ช่วยลดการซึมผ่านของไฟเบอร์), การตรวจติดตามสุขภาพโครงสร้างของสะพาน, อาคาร, และวัสดุคอมโพสิต, การทำแผนที่อุณหภูมิส่วนประกอบการบินและอวกาศและเครื่องบิน, การตรวจสอบใบกังหันลม, การตรวจสอบโครงสร้างพื้นฐานทางรถไฟ, การตรวจจับอุณหภูมิโรงงานนิวเคลียร์, การตรวจสอบอุณหภูมิอุปกรณ์การแพทย์, และการทำโปรไฟล์อุณหภูมิแบบหลายจุดในกระบวนการอุตสาหกรรม. เช่นเดียวกับเซ็นเซอร์ไฟเบอร์ออปติกทั้งหมด, FBG ให้ภูมิคุ้มกัน EMI ที่สมบูรณ์และการแยกกระแสไฟฟ้า.

11. เซนเซอร์วัดอุณหภูมิไฟเบอร์ออปติก GaAs Semiconductor

หลักการทำงาน

ที่ GaAs (แกลเลียม อาร์เซไนด์) เซ็นเซอร์อุณหภูมิใยแก้วนำแสง ใช้ประโยชน์จากการพึ่งพาอุณหภูมิของแถบแสงของคริสตัลเซมิคอนดักเตอร์. GaAs เป็นเซมิคอนดักเตอร์ bandgap III-V โดยตรง ซึ่งพลังงาน bandgap ลดลงประมาณเชิงเส้นเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น, ตามความสัมพันธ์ของวาร์ษนีเชิงประจักษ์. เมื่อ bandgap ลดลง, ขอบการดูดกลืนแสง - ความยาวคลื่นที่วัสดุเปลี่ยนจากโปร่งใสเป็นการดูดซับแรง - เปลี่ยนเป็นความยาวคลื่นที่ยาวขึ้น (สีแดงกะ) ในอัตราประมาณ 0.4 นาโนเมตร/°ซ.

ในโครงสร้างเซ็นเซอร์, ชิปคริสตัล GaAs ขนาดบาง (โดยทั่วไปมีความหนา 100–300 µm) ติดตั้งที่ส่วนปลายของใยแก้วนำแสง. ผู้ซักถามจะส่งแสงอินฟราเรดใกล้บรอดแบนด์ผ่านไฟเบอร์ไปยังชิป GaAs. โฟตอนที่มีพลังงานมากกว่าแถบแบนด์แกป (ความยาวคลื่นสั้นกว่าขอบการดูดกลืนแสง) ถูกคริสตัลดูดซับไว้. โฟตอนที่มีพลังงานน้อยกว่า bandgap (ความยาวคลื่นที่ยาวขึ้น) ผ่านคริสตัลและสะท้อนด้วยการเคลือบกระจกที่ด้านหลัง, กลับผ่านสายใยไปหาผู้สอบสวน. ตำแหน่งสเปกตรัมของขอบการดูดกลืนแสงในสัญญาณที่สะท้อนนั้นวัดโดยสเปกโตรมิเตอร์หรือระบบเครื่องตรวจจับแบบเลือกความยาวคลื่น และแปลงเป็นอุณหภูมิโดยใช้การสอบเทียบที่เก็บไว้.

ลักษณะเซ็นเซอร์ GaAs

โดยทั่วไปแล้วเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิไฟเบอร์ออปติก GaAs จะทำงานในช่วง -40 °C ถึง +250 °C ด้วยความแม่นยำ ±0.5 °C ถึง ±1 °C และความละเอียดที่ 0.1 องศาเซลเซียส. การวัดจะขึ้นอยู่กับคุณสมบัติพื้นฐานทางผลึกศาสตร์ (พลังงานแบนด์แกป) ที่มีความเสถียรสูงและทำซ้ำได้, ให้ความเสถียรในการสอบเทียบในระยะยาวที่ดี. ชิปคริสตัล GaAs มีขนาดกะทัดรัด, แข็งแกร่ง, และแบบพาสซีฟ - ไม่ต้องมีการกระตุ้นทางไฟฟ้าที่จุดตรวจจับ.

เปรียบเทียบกับเซ็นเซอร์เรืองแสง, เซ็นเซอร์ GaAs มีช่วงอุณหภูมิที่แคบกว่า (250 °C เทียบกับ. 450 °C ขีดจำกัดบน), ความแม่นยำที่ทำได้ต่ำกว่า (±0.5 °C เทียบกับ. ±0.1 องศาเซลเซียส), และต้องการระบบการวัดสเปกตรัมที่ซับซ้อนมากขึ้นในตัวผู้ซักถาม. อย่างไรก็ตาม, การเปลี่ยนขอบการดูดซับของ GaAs เป็นคุณสมบัติทางแสงแบบพาสซีฟล้วนๆ (ไม่มีกระบวนการกระตุ้น/การปล่อยสารเรืองแสงที่เกี่ยวข้อง), และวิศวกรและผู้ผลิตบางรายชอบความเรียบง่ายนี้สำหรับการใช้งานเฉพาะด้าน. เซ็นเซอร์อุณหภูมิใยแก้วนำแสง GaAs ใช้ในการตรวจสอบขดลวดหม้อแปลงไฟฟ้าเป็นหลัก, การตรวจสอบสวิตช์เกียร์, และการวัดอุณหภูมิมอเตอร์ไฟฟ้า ซึ่งเป็นการใช้งานหลักแบบเดียวกับที่ใช้กับเซ็นเซอร์เรืองแสง. ทางเลือกระหว่างสารเรืองแสงและ GaAs ในแอปพลิเคชันเหล่านี้มักขับเคลื่อนโดยระบบนิเวศของผู้ผลิต, การตั้งค่าตลาดในระดับภูมิภาค, และการพิจารณาห่วงโซ่อุปทานมากกว่าความเหนือกว่าทางเทคนิคขั้นพื้นฐาน.

12. การเปรียบเทียบเทคโนโลยี: เทียบกับฟลูออเรสเซนต์. ดีทีเอส ปะทะ. FBG กับ. GaAs

พารามิเตอร์	การสลายเรืองแสง	ดีทีเอส (รามัน)	ตะแกรงไฟเบอร์แบรกก์	GaAs เซมิคอนดักเตอร์
ประเภทการวัด	จุด	กระจาย (อย่างต่อเนื่อง)	กึ่งกระจาย (มัลติเพล็กซ์)	จุด
หลักการตรวจจับ	เวลาสลายตัวของฟลูออเรสเซนต์	อัตราส่วนแบ็คสแคทเตอร์ของรามาน	การเปลี่ยนความยาวคลื่นแบรกก์	การเปลี่ยนแปลงขอบการดูดซับ Bandgap
ช่วงอุณหภูมิ	−200 °C ถึง +450 องศาเซลเซียส	-40 °C ถึง +700 องศาเซลเซียส	-40 °C ถึง +300 องศาเซลเซียส (มาตรฐาน) / +800 องศาเซลเซียส (พิเศษ)	-40 °C ถึง +250 องศาเซลเซียส
ความแม่นยำ	±0.1 °C ถึง ±0.5 °C	±0.5 °C ถึง ±2 °C	±0.5 °C ถึง ±1 °C	±0.5 °C ถึง ±1 °C
ปณิธาน	0.01–0.1 องศาเซลเซียส	0.01–0.1 องศาเซลเซียส	0.1 องศาเซลเซียส	0.1 องศาเซลเซียส
ความละเอียดเชิงพื้นที่	ไม่มี (จุด)	0.25–2 ม	ความยาวตะแกรง (~1–10 มม)	ไม่มี (จุด)
ช่วงการตรวจจับ/ความยาวไฟเบอร์	ขึ้นไป 1,000 ม	1–50 กม	ขึ้นไป 100 ม (อาร์เรย์เซ็นเซอร์ทั่วไป)	ขึ้นไป 500 ม
คะแนนต่อไฟเบอร์	1	หลายพัน (อย่างต่อเนื่อง)	10–50+	1
เวลาตอบสนอง	0.1–3 วิ	วินาทีเป็นนาที	0.1–1 วิ	0.5–3 วิ
การอ้างอิงตนเอง	ใช่ (เวลาสลายตัว)	ใช่ (อัตราส่วนเมตริก)	ใช่ (เข้ารหัสความยาวคลื่น)	ใช่ (เข้ารหัสความยาวคลื่น)
ความไวต่อความเครียด	ไม่มี	น้อยที่สุด	ใช่ (ไวข้าม)	ไม่มี
ภูมิคุ้มกันอีเอ็มไอ	สมบูรณ์	สมบูรณ์	สมบูรณ์	สมบูรณ์
การแยกกัลวานิก	ทั้งหมด	ทั้งหมด	ทั้งหมด	ทั้งหมด
ค่าสอบปากคำ	ปานกลาง ($2K–$10,000)	สูง ($30K–$150K+)	สูง ($10K–$50,000)	ปานกลาง-สูง ($3K–$12K)
ต้นทุนต่อจุด	ต่ำ-ปานกลาง	ต่ำมาก (ต่อจุด)	ต่ำ (ด้วยการมัลติเพล็กซ์)	ต่ำ-ปานกลาง
ความแข็งแกร่งเบื้องต้น	ความแม่นยำ, พิสัย, ความเสถียรในการวัดจุด	ครอบคลุมต่อเนื่องในระยะทางไกล	มัลติเพล็กซ์แบบหลายจุดบนไฟเบอร์เดี่ยว	เฉยๆ, การวัดจุดที่มั่นคง
การครบกำหนดของตลาด	สูงมาก (30+ ปี)	สูง (25+ ปี)	สูง (20+ ปี)	สูง (25+ ปี)

13. วิธีการเลือกเซนเซอร์วัดอุณหภูมิไฟเบอร์ออปติกที่เหมาะสม

กรอบการตัดสินใจ

การเลือกสิ่งที่ถูกต้อง เซ็นเซอร์อุณหภูมิใยแก้วนำแสง เริ่มต้นด้วยการกำหนดข้อกำหนดการวัดอย่างชัดเจนตามมิติหลักสี่มิติ: จำนวนและการกระจายเชิงพื้นที่ของจุดวัด, ความแม่นยำและช่วงอุณหภูมิที่ต้องการ, สภาพแวดล้อม ณ ตำแหน่งการตรวจจับ, และงบประมาณของระบบ.

หากต้องการวัดอุณหภูมิที่ จุดวิกฤติเฉพาะจุดหนึ่งหรือสองสามจุด มีความแม่นยำสูง (±0.1 °C ถึง ±0.5 °C), ที่ เซนเซอร์วัดอุณหภูมิไฟเบอร์ออปติกเรืองแสง คือทางเลือกที่แนะนำ. มันให้ความแม่นยำที่ดีที่สุด, ช่วงอุณหภูมิที่กว้างที่สุด, พิสูจน์ความมั่นคงในระยะยาว, และต้นทุนที่แข่งขันได้มากที่สุดสำหรับจำนวนช่องสัญญาณขนาดเล็ก. นี่เป็นเทคโนโลยีที่เหมาะสมสำหรับจุดร้อนของขดลวดหม้อแปลง, หน้าสัมผัสสวิตช์เกียร์, ขดลวดมอเตอร์, การวัดที่เข้ากันได้กับ MRI, และการตรวจสอบกระบวนการ RF/ไมโครเวฟ.

หากต้องการวัดอุณหภูมิที่ มีหลายจุดแยกกัน (10–50+) ตามเส้นทางไฟเบอร์เส้นเดียว, และความแม่นยำปานกลาง (±0.5 °C ถึง ±1 °C) ก็เพียงพอแล้ว, เซ็นเซอร์อุณหภูมิ FBG ให้ข้อได้เปรียบในการวางสายเคเบิลและการติดตั้งที่สำคัญผ่านมัลติเพล็กซ์ความยาวคลื่น. ซึ่งเหมาะสำหรับการตรวจสอบโครงสร้างแบบหลายจุด, การตรวจสอบหม้อแปลงหลายโซนหรือเครื่องกำเนิดไฟฟ้า, และการกระจายโปรไฟล์อุณหภูมิกระบวนการในตำแหน่งที่แยกจากกัน.

หากคุณต้องการ โปรไฟล์อุณหภูมิอย่างต่อเนื่องในระยะทางไกล (หลายร้อยเมตรถึงหลายสิบกิโลเมตร) ด้วยความแม่นยำปานกลางและความละเอียดเชิงพื้นที่, การตรวจจับอุณหภูมิแบบกระจาย (ดีทีเอส) เป็นทางออกเดียว. ไม่มีเทคโนโลยีอื่นใดที่สามารถให้การครอบคลุมเชิงพื้นที่อย่างต่อเนื่องในระยะทางดังกล่าวได้. DTS เป็นมาตรฐานสำหรับการตรวจสอบไปป์ไลน์, การตรวจสอบสายไฟ, การตรวจจับไฟในอุโมงค์, และการทำโปรไฟล์อุณหภูมิของหลุมเจาะ.

หากคุณต้องการ เซ็นเซอร์แบบจุดสำหรับการตรวจสอบอุปกรณ์ไฟฟ้า และผู้ผลิตอุปกรณ์หรือห่วงโซ่อุปทานของคุณได้สร้างขีดความสามารถด้วย เทคโนโลยี GaAs, เซ็นเซอร์ GaAs เป็นทางเลือกที่ได้รับการพิสูจน์แล้วและเชื่อถือได้แทนเซ็นเซอร์เรืองแสงสำหรับขอบเขตการใช้งานเฉพาะนี้.

เกณฑ์การคัดเลือกภาคปฏิบัติ

นอกเหนือจากประเภทเทคโนโลยี, เกณฑ์การคัดเลือกในทางปฏิบัติรวมถึงส่วนต่อประสานการสื่อสารของผู้ซักถาม (4–20 มิลลิแอมป์, โมดบัส, ไออีซี 61850, โอพีซี ยูเอ, อีเทอร์เน็ต/ไอพี), จำนวนช่องและความสามารถในการขยาย, โครงสร้างหัววัดและระดับสิ่งแวดล้อม (ระดับ IP, ระดับอุณหภูมิ, ความเข้ากันได้ทางเคมี, การรับรองบรรยากาศที่ระเบิดได้), ชนิดสายไฟเบอร์และมาตรฐานขั้วต่อ, ประวัติของผู้ขายและฐานการติดตั้งในพื้นที่การใช้งานของคุณ, และความพร้อมของการสนับสนุนทางเทคนิคและอะไหล่ในพื้นที่. สำหรับการติดตั้งถาวรในโครงสร้างพื้นฐานที่สำคัญ, ต้องการผู้ขายที่มีบันทึกความน่าเชื่อถือของฟิลด์ที่แสดงให้เห็น 10+ ปีและระบบการจัดการคุณภาพที่จัดทำเป็นเอกสาร.

14. คำถามที่พบบ่อย — เซ็นเซอร์อุณหภูมิไฟเบอร์ออปติกคืออะไร?

ไตรมาสที่ 1: เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิไฟเบอร์ออปติกคืออะไรในแง่ง่ายๆ?

ก เซ็นเซอร์อุณหภูมิใยแก้วนำแสง เป็นอุปกรณ์วัดอุณหภูมิโดยใช้แสงแทนไฟฟ้า. ใยแก้วบางๆ จะนำแสงไปยังจุดรับรู้ โดยที่อุณหภูมิทำให้แสงเปลี่ยนแปลงไปในลักษณะที่วัดได้ โดยจะเปลี่ยนความเร็วของการจางลง (เรืองแสง), สีอะไรสะท้อนออกมา (เอฟบีจี), ความยาวคลื่นใดที่ถูกดูดซับ (GaAs), หรือแสงกระเจิงกลับไปมากน้อยเพียงใด (ดีทีเอส). เพราะไม่มีไฟฟ้าเข้ามาเกี่ยวข้องที่จุดตรวจวัด, เซ็นเซอร์มีภูมิคุ้มกันอย่างสมบูรณ์ต่อการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า, ปลอดภัยที่ไฟฟ้าแรงสูง, และเหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมที่มีการระเบิดหรือรังสี.

ไตรมาสที่ 2: เซ็นเซอร์อุณหภูมิไฟเบอร์ออปติกประเภทหลักสี่ประเภทคืออะไร?

สี่ประเภทหลักคือ: เซ็นเซอร์สลายเรืองแสง (การวัดอายุการใช้งานของสารเรืองแสงที่ปลายไฟเบอร์ ซึ่งเป็นวิธีที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด), เซ็นเซอร์อุณหภูมิแบบกระจาย (ดีทีเอส) (วัดการกระเจิงของรามานตลอดความยาวเส้นใย), ตะแกรงไฟเบอร์แบรกก์ (เอฟบีจี) เซ็นเซอร์ (การวัดการเปลี่ยนแปลงความยาวคลื่นของตะแกรงที่จารึกไว้ในเส้นใย), และ เซ็นเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ GaAs (การวัดการเปลี่ยนแปลงขอบการดูดซับของผลึกแกลเลียมอาร์เซไนด์). แต่ละประเภทใช้หลักการทางกายภาพที่แตกต่างกันและตอบสนองความต้องการในการใช้งานที่แตกต่างกัน.

ไตรมาสที่ 3: เซนเซอร์วัดอุณหภูมิแบบไฟเบอร์ออปติกชนิดใดที่นิยมใช้มากที่สุด?

ที่ เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิไฟเบอร์ออปติกแบบเรืองแสง เป็นชนิดที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดสำหรับการวัดอุณหภูมิแบบจุด. ความเป็นผู้นำตลาดของบริษัทครอบคลุมระยะเวลากว่าสามทศวรรษและตั้งอยู่บนพื้นฐานการผสมผสานระหว่างความแม่นยำสูงที่ไม่มีใครเทียบได้ (±0.1 องศาเซลเซียส), ช่วงอุณหภูมิกว้าง (−200 °C ถึง +450 องศาเซลเซียส), ความเสถียรในการสอบเทียบในระยะยาว, หลักการวัดแบบอ้างอิงตัวเอง, และความน่าเชื่อถือที่ได้รับการพิสูจน์แล้วในการใช้งานที่มีความต้องการสูง เช่น หม้อแปลงไฟฟ้ากำลัง, ระบบเอ็มอาร์ไอ, และอุปกรณ์ทำความร้อน RF.

ไตรมาสที่ 4: เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิไฟเบอร์ออปติกเรืองแสงทำงานอย่างไร?

ผู้ซักถามจะส่งพัลส์แสงผ่านเส้นใยไปยังสารเรืองแสงที่ปลายโพรบ. สารเรืองแสงจะดูดซับแสงและเปล่งแสงเรืองแสงที่จางหายไป (สลายตัว) ทวีคูณหลังจากชีพจรสิ้นสุดลง. อัตราการสลายตัวนี้ — อายุการเรืองแสง — เปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิที่คาดการณ์ได้: อุณหภูมิที่สูงขึ้นหมายถึงการสลายตัวเร็วขึ้น. โดยการวัดระยะเวลาการสลายตัว, เครื่องมือจะกำหนดอุณหภูมิ. เพราะเวลาสลายตัวเป็นคุณสมบัติที่แท้จริงของสารเรืองแสง, การวัดไม่ขึ้นกับความแรงของสัญญาณ, การสูญเสียเส้นใย, หรือ LED aging.

คำถามที่ 5: การตรวจจับอุณหภูมิใยแก้วนำแสงแบบกระจายคืออะไร (ดีทีเอส)?

การตรวจจับอุณหภูมิแบบกระจาย (ดีทีเอส) ใช้การกระเจิงกลับของรามันในใยแก้วนำแสงธรรมดาเพื่อวัดอุณหภูมิอย่างต่อเนื่องตลอดความยาวของเส้นใย. เลเซอร์พัลส์จะถูกส่งลงไปตามเส้นใย, และอุปกรณ์จะวิเคราะห์การกระจายกลับของรามานที่ขึ้นกับอุณหภูมิทุกจุดบนเส้นใย (โดยใช้เวลาบินเพื่อกำหนดตำแหน่ง). ระบบ DTS เดียวสามารถตรวจสอบอุณหภูมิได้หลายพันจุดในระยะทางสูงสุด 50 กม, ทำให้เหมาะสำหรับการวางท่อ, สายไฟ, และการตรวจติดตามอุโมงค์.

คำถามที่ 6: เซ็นเซอร์อุณหภูมิ FBG คืออะไร?

หนึ่ง เอฟบีจี (ตะแกรงไฟเบอร์แบรกก์) เซ็นเซอร์อุณหภูมิ ใช้ตะแกรงแสงขนาดเล็กที่เขียนลงในแกนไฟเบอร์ซึ่งสะท้อนความยาวคลื่นเฉพาะของแสง. เมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง, ความยาวคลื่นที่สะท้อนจะเปลี่ยนไปประมาณ 22.00-13.00 น./°C. FBG หลายตัวที่ความยาวคลื่นต่างกันสามารถมัลติเพล็กซ์บนไฟเบอร์เส้นเดียวได้, ช่วยให้สามารถวัดอุณหภูมิแบบแยกส่วนได้ 10–50+ จุดต่อไฟเบอร์ ซึ่งเป็นความสามารถพิเศษที่ไม่มีในเซนเซอร์ไฟเบอร์ออปติกประเภทอื่นๆ. FBG ยังไวต่อความเครียดอีกด้วย, ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีการติดตั้งแบบไร้ความเครียดสำหรับการวัดอุณหภูมิเท่านั้น.

คำถามที่ 7: เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิไฟเบอร์ออปติก GaAs คืออะไร?

ก เซนเซอร์วัดอุณหภูมิใยแก้วนำแสง GaAs ใช้ชิปเซมิคอนดักเตอร์ Gallium Arsenide ที่ปลายไฟเบอร์. Bandgap ของ GaAs เปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิ, ขยับขอบการดูดกลืนแสงประมาณ 0.4 นาโนเมตร/°ซ. โดยการวัดการเปลี่ยนแปลงสเปกตรัมนี้, ระบบจะกำหนดอุณหภูมิ. โดยทั่วไปเซ็นเซอร์ GaAs จะครอบคลุมถึง -40 °C ถึง +250 °C ด้วยความแม่นยำ ±0.5 °C และใช้สำหรับการตรวจสอบหม้อแปลงไฟฟ้าและสวิตช์เกียร์เป็นหลักเป็นทางเลือกแทนเซ็นเซอร์เรืองแสง.

คำถามที่ 8: เหตุใดเซ็นเซอร์อุณหภูมิแบบไฟเบอร์ออปติกจึงมีภูมิคุ้มกันต่อการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า?

เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิไฟเบอร์ออปติกทั้งหมดมีภูมิคุ้มกันต่อ EMI เนื่องจากไฟเบอร์ออปติกทำจากแก้ว ซึ่งเป็นฉนวนไฟฟ้าที่ไม่สามารถนำไฟฟ้าได้และไม่ตอบสนองต่อสนามแม่เหล็กไฟฟ้า. ไม่มีลวดโลหะ, ไม่มีวงจรอิเล็กทรอนิกส์, และไม่มีสัญญาณไฟฟ้าที่จุดตรวจจับ. ข้อมูลอุณหภูมิถูกส่งผ่านแสง, ซึ่งไม่ได้รับผลกระทบจากสนามไฟฟ้า, สนามแม่เหล็ก, ความถี่วิทยุ, หรือรังสีไมโครเวฟ. ภูมิคุ้มกันนี้เป็นทรัพย์สินทางกายภาพโดยธรรมชาติ, ไม่ใช่เกราะป้องกันทางวิศวกรรมที่สามารถเอาชนะได้ด้วยการรบกวนที่รุนแรงกว่า.

คำถามที่ 9: เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิแบบไฟเบอร์ออปติกสามารถแทนที่เทอร์โมคัปเปิลและ RTD ได้?

ในการใช้งานมากมาย, ใช่. เซ็นเซอร์อุณหภูมิไฟเบอร์ออปติก — โดยเฉพาะเซ็นเซอร์แบบเรืองแสง — สามารถแทนที่เทอร์โมคัปเปิ้ลและ RTD ได้ทุกที่ที่มีภูมิคุ้มกัน EMI, การแยกไฟฟ้าแรงสูง, ความปลอดภัยที่แท้จริง, หรือต้องมีความเสถียรในการสอบเทียบในระยะยาว. โดยให้ความแม่นยำและเวลาตอบสนองที่เทียบเคียงหรือดีกว่า. อย่างไรก็ตาม, เซนเซอร์ไฟเบอร์ออปติกมีต้นทุนระบบเริ่มต้นที่สูงกว่า (โดยเฉพาะผู้สอบสวน), ต้องใช้ความระมัดระวังในการจัดการกับใยแก้วนำแสงที่ละเอียดอ่อนมากขึ้น, และอาจไม่เหมาะสมในสภาพแวดล้อมที่ไม่เอื้ออำนวยซึ่งเทอร์โมคัปเปิลราคาถูกทำงานได้อย่างเหมาะสม. การเลือกควรขับเคลื่อนโดยข้อกำหนดการใช้งานมากกว่ากลยุทธ์การเปลี่ยนแบบครอบคลุม.

คำถามที่ 10: เซนเซอร์วัดอุณหภูมิแบบไฟเบอร์ออปติกมีอายุการใช้งานนานเท่าใด?

หัววัดอุณหภูมิไฟเบอร์ออปติกเรืองแสงที่ติดตั้งในหม้อแปลงไฟฟ้าทำงานเป็นประจำ 15 ถึง 25+ ปี โดยไม่ต้องเปลี่ยนหรือปรับเทียบใหม่. วัสดุตรวจจับฟอสเฟอร์มีความเฉื่อยทางเคมีและมีความเสถียรทางความร้อน, แสดงการย่อยสลายเล็กน้อยภายใต้สภาวะปกติ. ใยแก้วนำแสงซิลิกามีอายุการใช้งานที่พิสูจน์แล้วเกินกว่า 25 ปี. ความล้มเหลวของโพรบ, เมื่อมันเกิดขึ้น, มักเกิดจากการแตกหักของเส้นใยเชิงกลมากกว่าการตรวจจับการเสื่อมสภาพขององค์ประกอบ. ระบบ DTS และ FBG ในการติดตั้งแบบถาวรยังแสดงให้เห็นอายุการใช้งานหลายทศวรรษอีกด้วย.

คำถามที่ 11: ระบบเซนเซอร์วัดอุณหภูมิแบบไฟเบอร์ออปติกมีราคาเท่าไร?

ต้นทุนของระบบจะแตกต่างกันอย่างมากตามประเภทเทคโนโลยีและจำนวนช่องสัญญาณ. ก เซนเซอร์วัดอุณหภูมิไฟเบอร์ออปติกเรืองแสง โดยทั่วไประบบจะมีค่าใช้จ่าย USD 2,000 ถึง 10,000 สำหรับผู้สอบสวนและ USD 100 ถึง 500 ต่อโพรบ — ตัวเลือกที่คุ้มค่าที่สุดสำหรับการนับจำนวนช่องสัญญาณขนาดเล็กถึงขนาดกลาง. ระบบเอฟบีจี ราคา USD 10,000 ถึง 50,000 สำหรับผู้สอบสวน แต่ได้ต้นทุนต่อจุดต่ำกว่าเมื่อเซ็นเซอร์หลายตัวถูกมัลติเพล็กซ์บนเส้นใยเดี่ยว. ระบบดีทีเอส ราคา USD 30,000 ถึง 150,000+ สำหรับผู้สอบปากคำ แต่มีต้นทุนต่อจุดต่ำมากเมื่อพิจารณาจากจุดวัดนับพันจุดต่อช่องสัญญาณ. ระบบ GaAs มีราคาเทียบได้กับระบบเรืองแสง. ในทุกกรณี, การลงทุนนี้ได้รับการพิสูจน์ด้วยความสามารถในการตรวจวัดอันเป็นเอกลักษณ์ที่ไม่มีเซ็นเซอร์แบบทั่วไปสามารถให้ได้ในสภาพแวดล้อมเป้าหมาย.

คำถามที่ 12: ฉันจะซื้อเซนเซอร์วัดอุณหภูมิแบบไฟเบอร์ออปติกได้ที่ไหน?

ฟจินโน (www.fjinno.net) จัดเตรียมให้ เซนเซอร์วัดอุณหภูมิไฟเบอร์ออปติกเรืองแสง และโซลูชั่นระบบการวัดพลังงานแบบครบวงจร, ทางอุตสาหกรรม, ทางการแพทย์, และการประยุกต์ทางวิทยาศาสตร์. ระบบ FJINNO มีการวัดการสลายตัวของสารเรืองแสงที่มีความแม่นยำสูง, ผู้สอบสวนหลายช่องทาง, การออกแบบโพรบที่ทนทานสำหรับหม้อแปลง, สวิตช์เกียร์, และการใช้งานมอเตอร์, และอินเทอร์เฟซการสื่อสารอุตสาหกรรมมาตรฐานรวมถึง Modbus, ไออีซี 61850, และเอาต์พุตอนาล็อก 4–20 mA.

---

ข้อสงวนสิทธิ์: ข้อมูลที่ให้ไว้ในบทความนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อการศึกษาและการอ้างอิงทั่วไป. ข้อมูลจำเพาะของผลิตภัณฑ์เฉพาะ, ลักษณะการทำงาน, และราคาแตกต่างกันไปตามผู้ผลิต, แบบอย่าง, และการกำหนดค่า. ข้อมูลทางเทคนิคทั้งหมดที่อ้างถึงแสดงถึงค่าทั่วไปที่พบในผลิตภัณฑ์ตรวจจับอุณหภูมิใยแก้วนำแสงเชิงพาณิชย์ และไม่ควรใช้เป็นข้อกำหนดเฉพาะที่รับประกันสำหรับระบบเฉพาะใดๆ. โปรดศึกษาเอกสารอย่างเป็นทางการของผู้ผลิตเสมอ และดำเนินการประเมินโดยอิสระก่อนที่จะระบุหรือซื้ออุปกรณ์ตรวจจับอุณหภูมิใยแก้วนำแสง. ฟจินโน (www.fjinno.net) ยินดีรับฟังข้อซักถามทางเทคนิคและให้คำแนะนำเฉพาะการใช้งานเพื่อช่วยคุณเลือกโซลูชันการตรวจจับอุณหภูมิไฟเบอร์ออปติกที่เหมาะสมที่สุดสำหรับความต้องการของคุณ.

เซ็นเซอร์อุณหภูมิไฟเบอร์ออปติก, ระบบตรวจสอบอัจฉริยะ, จำหน่ายผู้ผลิตใยแก้วนำแสงในประเทศจีน