Paano gamitin ang hibla ng optic upang masubaybayan ang temperatura? Sistema ng pagsukat ng temperatura ng fiber optic, aplikasyon, Kumpletong gabay, 2025

1. Prinsipyo ng Pagmamanman ng temperatura ng Fiber Optic

Ang Fiber Optic temperatura sensor ay isang advanced na sensor na sumusukat sa mga pagbabago sa temperatura sa pamamagitan ng paggamit ng mga optical effects. Ginagamit nito ang mga natatanging katangian ng mga optical fibers, tulad ng kanilang thermal sensitivity at bragg grating effect. Ang pangunahing prinsipyo ay ang paggamit ng mga optical na katangian ng mga optical fibers upang ipakita ang mga pagbabago sa temperatura ng kapaligiran sa pamamagitan ng pagsukat ng mga optical signal na mga parameter (tulad ng light intensity, Phase, atbp.) sa hibla. Ang mga sumusunod ay maraming mga karaniwang pamamaraan ng pagsubaybay sa temperatura ng hibla batay sa iba't ibang mga prinsipyo:

1.1: Batay sa prinsipyo ng pagkakaiba -iba ng light amplitude:

 

Sa sangkap na uri ng hibla ng optic na sensor ng temperatura, Ang pangunahing diameter at refractive index ng pagbabago ng hibla na may temperatura, nagiging sanhi ng ilaw na nagpapalaganap sa hibla na magkalat sa labas dahil sa hindi pantay na mga landas, na nagreresulta sa mga pagbabago sa light amplitude. Halimbawa, in some special fiber structures, changes in temperature can cause changes in the material distribution or structural characteristics inside the fiber, resulting in changes in the scattering of light during propagation, and thus causing changes in the amplitude of light. By detecting these amplitude changes, maaaring makuha ang impormasyon ng temperatura.
Based on the principle of interference: In the instrument, light from the signal fiber is mixed with a stable reference beam. Due to the influence of the measured parameters (tulad ng temperatura) on the signal fiber, ang yugto ng pagpapalaganap ng optical signal ay nagbabago, resulting in interference between the two light beams. Sa prinsipyo, a suitable phase detector can detect small changes, habang ang isang stripe counter ay maaaring makakita ng malalaking pagbabago. Ginagamit nito ang mga katangian ng panghihimasok ng ilaw, Ang pag -convert ng impluwensya ng temperatura sa yugto ng mga optical signal sa mga optical fibers sa nakikitang mga phenomena ng pagkagambala, sa gayon nakamit ang pagsubaybay sa temperatura.

1.2: Batay sa prinsipyo ng Raman na nagkakalat na epekto:

Ang pangunahing prinsipyo ng Ipinamamahaging Fiber Optic temperatura Sensing System (DTS) ay batay sa optical time domain reflemetry (OTDR) Prinsipyo ng Fiber Optic at ang Raman Scattering Epekto ng Fiber Optic. Ang mga laser pulses ay nakikipag -ugnay sa mga molekula ng hibla, na nagreresulta sa iba't ibang mga nakakalat na phenomena tulad ng pagkalat ng Rayleigh, Kumakalat si Brillouin, at Raman na nagkalat. Piliin ang pagkakalat ng Raman na pinaka -sensitibo sa mga pagbabago sa temperatura kapag pumipili ng signal ng sanggunian ng system. Ang mekanismo ng pagsukat ng temperatura ng hibla ng hibla ay batay sa paatras na epekto ng pagkakalat ng Raman, na nakakakuha ng impormasyon sa temperatura sa pamamagitan ng pagsusuri ng signal ng light light ng Raman. Dahil ang intensity ng Raman na nakakalat na ilaw ay may isang tiyak na relasyon sa temperatura, Ang mga pagbabago sa temperatura ay maaaring maging sanhi ng mga pagbabago sa intensity ng pagkalat ng Raman. Sa pamamagitan ng pagsukat ng mga pagbabago sa intensity ng pagkalat ng Raman, ang halaga ng temperatura ay maaaring matukoy.

1.3: Batay sa prinsipyo ng Bragg Fiber Bragg Grating:

Halos Ipinamamahaging Fiber Optic Teknolohiya ng Pagsukat sa temperatura, Ang isang kinatawan na solusyon ay isang sistema ng pagsukat ng temperatura na may maraming mga gratings ng hibla ng hibla na konektado sa serye. Maraming mga grating ng hibla ng hibla na may iba't ibang mga haba ng haba ng sentro ay nabuo sa pamamagitan ng pagkakalantad at etching kasama ang paayon na direksyon ng optical fiber sa pamamagitan ng ultraviolet radiation. Ang bawat Bragg Fiber Grating ay Kabuuang Kabuuan ng Pagninilay para sa isang Tukoy na Haba ng Haba ng Liwanag. Kapag ang nakapaligid na temperatura ng hibla ng hibla ng hibla ay nagbabago, Ang haba ng haba ng sumasalamin na signal mula sa rehas ay magbabago din. Mag-iniksyon ng isang sinag ng malawak na spectrum light na naglalaman ng maraming mga haba ng haba sa isang optical fiber, At ang sinag ay dumadaan sa isang serye ng hibla ng bragg gratings. Ang bawat rehas ay sumasalamin sa isang monochromatic light signal na naaayon sa haba ng haba, at ang mga pagbabago sa temperatura ay makikita sa pamamagitan ng pagtuklas ng mga pagbabago sa nakalarawan na haba ng haba.

1.4: Batay sa prinsipyo ng radiation ng fluorescence:

Sa fluorescence radiation fiber temperatura sensing teknolohiya, Ang isang fluorescent na sangkap ay pinahiran sa dulo ng hibla, at ang halaga ng temperatura ng sinusukat na punto ay maaaring makuha sa pamamagitan ng pagsukat ng oras ng pagkabulok ng enerhiya ng fluorescence at paggamit ng temperatura ng ugnayan ng intrinsic afterglow oras ng fluorescent na sangkap. Ang afterglow oras ng mga fluorescent na sangkap ay nagbabago sa temperatura, at ang katangian na ito ay ginagamit para sa pagsukat ng temperatura. Ang naaangkop na saklaw ng temperatura ay -50 ~ 200 ℃, na may katumpakan ng tungkol sa ± 1 ℃, At karaniwang ginagamit ito para sa pagsukat ng temperatura sa loob ng mga de -koryenteng kagamitan.

1.5: Prinsipyo ng mga katangian ng pagsipsip/paghahatid batay sa mga kristal ng gallium arsenide:

Ang teknolohiyang pagsukat ng temperatura ng gallium arsenide fiber, at iniksyon ang ilaw ng insidente sa malapit na aparato ng hibla. Kapag ang sensor light source ay naglalabas ng maraming haba ng haba ng haba ng haba ng haba at sumasalamin sa gallium arsenide crystal, Ang gallium arsenide crystal material ay sumisipsip ng iba't ibang mga haba ng haba ng insidente sa iba't ibang mga temperatura, at ang hindi nabuong mga haba ng haba ng ilaw ay makikita sa aparato. Sa pamamagitan ng pagsusuri ng spectrum ng nakalarawan na ilaw, Maaaring makuha ang mga parameter ng temperatura sa pagsisiyasat. Ang bentahe ng sensor na ito ay nakukuha nito ang temperatura ng pagsisiyasat sa pamamagitan ng ganap na pagsukat ng parang multo sa halip na pagsukat sa pagbabago ng temperatura, so it does not involve on-site calibration. Ang probe ay may magandang universality, at ang sensing distance ay maaaring lumampas sa 500m. The light source life and long-term stability of online detection can exceed 30 taon. Gayunpaman, the cost of gallium arsenide fiber is relatively high.

2. Paraan ng Fiber Optic Temperature Monitoring

Ayon sa iba't ibang mga sitwasyon ng aplikasyon, Ang teknolohiya ng pagsukat ng temperatura ng fiber optic ay maaaring nahahati sa mga sumusunod na kategorya:

2.1: Pagsukat ng temperatura ng punto:

Fluorescence radiation fiber temperature sensing technology: Ang isang fluorescent na sangkap ay pinahiran sa dulo ng hibla, at ang halaga ng temperatura ng sinusukat na punto ay nakukuha sa pamamagitan ng pagsukat sa oras ng pagkabulok ng fluorescence energy at paggamit ng temperature correlation ng intrinsic afterglow time ng fluorescent substance. Angkop para sa hanay ng temperatura na -50~200 ℃, na may katumpakan ng tungkol sa ± 1 ℃, kasalukuyang pangunahing ginagamit para sa pagsukat ng temperatura sa loob ng mga de-koryenteng kagamitan. Mayroon itong mga katangian ng maliit na sukat, madaling pagsasama, maaasahang pagganap, anti electromagnetic interference, mahusay na pagganap ng pagkakabukod, maginhawang pag -install, at nababaluktot na networking.

2.2 Gallium Arsenide Fiber Optic Temperature Measurement Technology:

Ang paglalagay ng gallium arsenide na kristal na materyal sa dulong bahagi ng optical fiber bilang probe ng temperatura, pag-inject ng ilaw ng insidente sa malapit na end device ng fiber. Kapag ang sensor light source ay naglalabas ng maraming haba ng haba ng haba ng haba ng haba at sumasalamin sa gallium arsenide crystal, ang gallium arsenide crystal material ay sumisipsip ng iba't ibang wavelength ng incident light sa iba't ibang temperatura, at ang hindi nasisipsip na mga wavelength ng liwanag ay makikita pabalik sa device. Ang mga parameter ng temperatura sa probe ay nakuha sa pamamagitan ng pagsusuri sa spectrum ng sinasalamin na liwanag. Ang mga bentahe nito ay ang temperatura ng probe ay nakuha sa pamamagitan ng ganap na pagsukat ng parang multo, walang on-site na pagkakalibrate, Ang pagsisiyasat ay may mahusay na unibersidad, Ang distansya ng sensing ay maaaring lumampas sa 500m, Ang buhay na mapagkukunan ng buhay at online na pagtuklas ng pangmatagalang katatagan ay lumampas 30 taon, Ngunit ang gastos ay medyo mataas.

2.3 Ipinamamahagi ng Quasi ang pagsukat:

Fiber Bragg Grating Series temperatura Pagsukat System: Sa pamamagitan ng ultraviolet radiation kasama ang paayon na direksyon ng hibla, Maraming mga braso ng hibla ng hibla na may iba't ibang mga haba ng haba ng sentro ay nabuo sa pamamagitan ng pagkakalantad at pag -etching. Ang bawat Bragg Fiber Grating ay Kabuuang Kabuuan ng Pagninilay para sa isang Tukoy na Haba ng Haba ng Liwanag. Ang maramihang mga grating ng hibla ng hibla. Ang pag -iniksyon ng ilaw ng broadband sa isang optical fiber, Kapag ang sinag ay dumadaan sa isang hibla ng hibla ng hibla, Ang bawat rehas ay sumasalamin sa isang monochromatic light signal na naaayon sa haba ng haba. Kapag ang nakapaligid na temperatura ng hibla ng hibla ng hibla ay nagbabago, Magbabago ang haba ng haba ng haba ng rehas na sumasalamin. Ang pagsisiyasat nito ay may maliit na dami, Ang optical path ay maaaring naaangkop na baluktot, Ito ay lumalaban sa electromagnetic radiation, at madaling telemetry. Gayunpaman, Ang mekanikal na lakas ng hibla ng hibla ng hibla ay mababa, at madali itong masira sa ilalim ng mga kumplikadong kondisyon sa pagtatrabaho, na nangangailangan ng pagiging maaasahan ng sensor. At saka, Ang pagiging sensitibo ng demodulation ng haba ng haba ay isang problema, at ang haba ng pag -drift ng haba ng ilaw na sanhi ng pagtaas ng temperatura ng sampu -sampung degree ay hindi lalampas sa 1nm.

2.4 Ganap na ipinamamahagi na pagsukat:

Ipinamamahaging sistema ng pagsukat ng temperatura ng hibla (DTS) Batay sa epekto ng pagkakalat ng Raman: Paggamit ng optical time domain reflector (OTDR) Prinsipyo ng mga optical fibers at Raman na nagkakalat na epekto. Ang mga laser pulses ay nakikipag -ugnay sa mga molekula ng hibla upang makabuo ng iba't ibang mga nakakalat na phenomena tulad ng pagkalat ng Raman, at ang temperatura ay sinusukat batay sa epekto ng pagkakalat ng Raman. Ang sistemang ito ay maaaring ipatupad sa pamamagitan ng pag -deploy ng isang aparato sa pagsubaybay at isang sensing hibla, at ang gastos sa pagsubaybay sa bawat haba ng yunit ng hibla ay bumababa sa pagtaas ng distansya ng sensing. Ito ay kasalukuyang isang mataas na promising na solusyon sa pagsukat ng temperatura ng engineering. Maaari itong makamit ang pagsukat ng temperatura sa iisang punto, multi-point, at tuluy -tuloy na lugar, at maaaring maglingkod bilang isang daluyan para sa pagsukat ng temperatura at paghahatid nang sabay -sabay. Mayroon itong anti electromagnetic interference kakayahan, paglaban sa kaagnasan, mahusay na pagganap ng pagkakabukod, nababaluktot na mga pamamaraan ng pag -install, maaaring maiugnay sa proteksyon ng sunog, Mga sistema ng alarma, atbp. Maaari rin itong malayong magpadala ng data, Tingnan at kontrolin ang malayuan, at may mga pakinabang tulad ng pagsusuri ng data at pag-troubleshoot ng fault point.

3. Application case ng pagsubaybay sa temperatura ng fiber optic

 

3.1 Application sa Power Power Building:

Nalutas ang problema: Ang silid ng komunikasyon ay may siksik na kagamitan at mataas na kinakailangan sa seguridad. Kapag naganap ang isang apoy, magdudulot ito ng pagkaparalisa ng buong network ng komunikasyon, nangangailangan ng real-time na pagsubaybay sa temperatura ng silid. And with the rapid development of 5G technology, communication rooms are rapidly being built and expanded, resulting in a sudden increase in the number and power of equipment in the rooms. Traditional electronic temperature measurement methods have disadvantages such as limited temperature measurement points, complex installation of transmission cables, and are not conducive to maintenance and management.
Specific implementation plan: Install a distributed Sistema ng pagsubaybay sa temperatura ng hibla (such as FGT series) sa kagamitan at linya sa silid ng computer upang makamit ang pagsubaybay sa temperatura ng real-time, Pagtatasa ng Trend, Remote tumpak na pagtuklas ng mga aksidente, Maagang babala, alarma at iba pang mga pag -andar. Ang pangunahing bahagi ng system higit sa lahat ay binubuo ng isang lokal na kliyente, Host ng pagsukat ng temperatura ng hibla ng hibla, temperatura sensing optical cable, at software sa pagsukat ng temperatura. Halimbawa, Ang temperatura sensing optical fibers ay pumapasok sa bawat gabinete mula sa ibaba at sukatin ang temperatura sa loob ng gabinete sa pamamagitan ng pag -ikot sa harap at likod ng gabinete; Ang temperatura na sumusukat sa optical fiber ay inilatag sa isang S-hugis kasama ang cable tray sa ibabaw ng cable tray para sa pagsubaybay sa temperatura ng cable tray; Ang temperatura na sumusukat sa optical fiber ay inilatag sa ilalim ng ruta ng cable ng underground sa ibabaw ng cable para sa pagsubaybay sa temperatura ng tunel cable; Upload to the local client and monitoring center client via TCP/IP protocol, and the client can display real-time temperature information of each cabinet through monitoring software. Based on the obtained real-time temperature, draw a temperature cloud map of the computer room; Kapag nagkaroon ng abnormal na alarma sa mataas na temperatura sa isang tiyak na lokasyon sa silid ng kompyuter, ang host ng pagsukat ng temperatura ay nagpapadala ng impormasyon ng alarma sa sistema ng alarma sa pamamagitan ng RS485 serial protocol para sa kaukulang paggamot sa pamatay ng sunog.
Halaga ng aplikasyon: Bilang karagdagan sa mga panrehiyong alarma, Ang maagang pagpoposisyon ng babala ay maaari ding mahanap at itakda ang temperatura ng mga punto ng alarma; Ang real time na pagpapakita ng temperatura ay maaaring tumpak na matukoy ang trend ng pag-unlad ng mga aksidente sa sunog at magbigay ng data na batayan para sa paglaban sa sunog; Mayroon itong pakinabang ng kaligtasan at pagiging maaasahan (mataas na sensitivity, Walang panghihimasok sa electromagnetic, Passive real-time monitoring, magandang pagkakabukod ng kuryente, Pagsabog-patunay, Pinagsama sa mga nakapirming at kaugalian na mga alarma sa temperatura, Walang maling mga alarma), madaling pag-install (Fiber optic anti tension, anti epekto, maliit na panlabas na diameter, Magandang kakayahang umangkop, maliit na dami, magaan na timbang, maaaring sugat at mai -install sa ibabaw ng lugar ng pagsubok sa isang tuwid o hugis ng ahas), mahusay na paggamit (Long-distance monitoring, Ang paghahatid ng pagtuklas at signal ay maaaring makumpleto ng isang optical cable, Lahat ng nakatakda sa terminal, Ang buong sistema ay simple at maaasahan, at ang operasyon at pagpapanatili ng trabaho ay minimal), at Ultra Long Service Life (Ang built-in na patuloy na temperatura circuit system at advanced na microcomputer electro-optical switch ay lubos na nagpapabuti sa buhay ng serbisyo ng kagamitan, na may isang buhay ng serbisyo na higit pa sa 15 taon).

3.2 Mga aplikasyon sa larangan ng transportasyon:

Sa mga tunnels ng kalsada, Maaaring gamitin ang mga fiber optic sensor upang subaybayan ang mga parameter tulad ng temperatura at halumigmig sa loob ng tunnel, tuklasin ang mga mapanganib na sitwasyon tulad ng sunog at baha sa isang napapanahong paraan, at mag-trigger ng mga sistema ng alarma upang matiyak ang kaligtasan ng mga sasakyan at pasahero. Ang mga fiber optic sensor ay mayroon ding mahalagang halaga ng aplikasyon sa pagbuo ng mga matalinong sistema ng transportasyon at pagsubaybay sa kaligtasan ng sasakyan, tulad ng pagsubaybay sa temperatura ng mga pangunahing bahagi ng mga sasakyan upang matiyak ang kaligtasan at pagiging maaasahan ng pagpapatakbo ng sasakyan.

3.3 Application sa mga power plant:

Kung ikukumpara sa tradisyonal na temperature sensing cable, ang optical fiber temperature monitoring system ay progressiveness. Sa mga power plant, Ang mga sensor ng temperatura ng fiber optic ay maaaring subaybayan ang temperatura ng kagamitan sa real time sa panahon ng operasyon, tulad ng pagsubaybay sa temperatura ng malalaking kagamitan tulad ng mga generator at transformer. Maaari nilang makita ang mga hindi normal na sitwasyon tulad ng sobrang pag -init sa isang napapanahong paraan, sa gayon pag -iwas sa mga pagkabigo sa kagamitan at tinitiyak ang normal na operasyon ng mga halaman ng kuryente.

4. Inirerekumendang kagamitan sa pagsubaybay sa temperatura ng hibla

Fjinno's IF-C fluorescence fiber optic na sistema ng pagsukat ng temperatura:
Fluorescence anti-panghihimasok na kakayahan at pamamaraan ng pagsukat: Mayroon itong katangian ng paglaban sa panghihimasok sa electromagnetic, at optical fiber bilang isang daluyan ng paghahatid ng signal ay hindi apektado ng panghihimasok sa electromagnetic, tinitiyak ang tumpak na pagsubaybay sa temperatura malapit sa mga kagamitan sa kuryente na may mataas na boltahe. Suportahan ang pagsukat ng multi-point, Maramihang mga interface ng pagsukat ay maaaring itakda sa isang fluorescent fiber optic temperatura transmiter upang makamit ang pagsubaybay sa temperatura ng multi-point.

5. Paano pumili ng isang angkop na solusyon sa pagsubaybay sa temperatura ng hibla ng hibla

 

5.1: Isaalang -alang ang mga kinakailangan ng senaryo ng pagsukat:

Mga kinakailangan sa saklaw ng temperatura: Ang iba't ibang mga teknolohiya sa pagsubaybay sa temperatura ng hibla ay naaangkop sa iba't ibang mga saklaw ng temperatura. Halimbawa, Ang fluorescence radiation fiber optic temperatura sensing teknolohiya ay angkop para sa isang saklaw ng temperatura ng -50 ~ 200 ℃. Kung ang temperatura ng ambient na susukat ay mababa o mataas, Ang isang pasadyang scheme ng pagsubaybay sa temperatura ng hibla na maaaring masakop ang saklaw ng temperatura na ito ay kinakailangan.

5.2: Mga Punto ng Pagsukat at Lugar:

Kung ito ay isang solong pagsukat ng temperatura ng point, tulad ng pagsukat ng temperatura sa isang pangunahing bahagi sa loob ng isang de -koryenteng kagamitan, Ang mga paraan ng pagsukat ng temperatura batay sa punto tulad ng fluorescence radiation fiber temperature sensing technology o gallium arsenide fiber temperature measurement technology ay mas angkop; Kung kinakailangan ang pagsubaybay sa temperatura para sa tuluy-tuloy na mga lugar o maraming mga punto, tulad ng mga cabinet, mga cable tray, at mga underground tunnel cable sa mga gusali ng kapangyarihan ng komunikasyon, ipinamahagi ang mga sistema ng pagsubaybay sa temperatura ng fiber optic (DTS) ay mas angkop para sa pagsubaybay sa temperatura sa maraming lugar.

5.3: Isaalang-alang ang mga katangian ng pagganap ng sensor:

Katumpakan at katatagan: Sa ilang mga sitwasyon na nangangailangan ng katumpakan ng pagsukat ng mataas na temperatura, gaya ng real-time na pagsubaybay sa temperatura sa panahon ng mga surgical procedure sa larangang medikal, kailangang pumili ng mga high-precision na fiber optic temperature sensor.

5.4: Bilis ng pagtugon ng sensor:

Sa ilang mga sitwasyon kung saan kinakailangan ang mabilis na pagbabago ng temperatura, tulad ng mga sistema ng alarma sa sunog, Ang mga sensor ay kailangang magkaroon ng isang mabilis na bilis ng pagtugon upang makita ang mga hindi normal na pagtaas ng temperatura sa isang napapanahong paraan at mag -isyu ng mga alarma. Ang bilis ng tugon ng iba't ibang mga sensor ng temperatura ng hibla.

5.5: Isaalang -alang ang mga kadahilanan sa gastos:

Gastos ng kagamitan: Ang proseso ng pagmamanupaktura ng mga sensor na may mataas na pagganap na hibla ng optic ay kumplikado at magastos, na naglilimita sa kanilang aplikasyon ng malakihan. Halimbawa, Ang Gallium Arsenide Fiber Optic Sensor ay maraming pakinabang, Ngunit ang kanilang gastos ay medyo mataas. Sa kaso ng limitadong badyet, Kinakailangan na kumpletong isaalang-alang ang mga gastos sa kagamitan at pumili ng isang epektibong fluorescent na temperatura ng pagsubaybay sa temperatura ng hibla.

5.6: Mga gastos sa pag -install at pagpapanatili:

Ang pagiging kumplikado ng pag -install ng iba't ibang mga solusyon sa pagsubaybay sa temperatura ng hibla ay nag -iiba, at ang mga gastos sa pag -install ay maaari ring magkakaiba. Halimbawa, sa Ipinamamahaging Fiber Optic temperatura ng pagsubaybay sa temperatura sa gusali ng kapangyarihan ng komunikasyon, Ang paraan ng pagtula ng mga hibla ng optic cable, Ang pag -install at pag -utos ng kagamitan ay makakaapekto sa lahat ng gastos sa pag -install. Kasabay nito, Ang mga gastos sa pagpapanatili ay kailangan ding isaalang -alang, tulad ng buhay ng serbisyo ng kagamitan, kung ito ay madaling kapitan ng mga pagkakamali, at ang kahirapan sa pag -aayos pagkatapos ng isang madepektong paggawa. Ang ilang mga aparato na may diagnosis sa sarili at mga remote na pag -andar ng pagpapanatili ay maaaring magkaroon ng mas mataas na mga gastos sa kagamitan, ngunit sa mga tuntunin ng pangmatagalang gastos sa pagpapanatili, Maaari silang maging mas mabisa.

Sensor ng temperatura ng fiber optic, Intelligent na sistema ng pagsubaybay, Ibinahagi ang fiber optic na tagagawa sa China