Sıcaklık Ölçümü için Fiber Optik Sensör için En İyi Seçim Kılavuzu

1、 Sıcaklık ölçümüne yönelik kapsamlı fiber optik sensör seçimi için önemli noktalar

Sıcaklık ölçümü için fiber optik sensörleri seçerken, birçok faktörün kapsamlı bir şekilde dikkate alınması gerekir.

1.1 Uygulama alanı gereksinimleri

Özel çevresel uyumluluk
Elektromanyetik/radyo frekansı ortamında ise, geleneksel sıcaklık ölçüm yöntemleri ciddi şekilde etkilenebilir ve düzgün çalışamayabilir. Fiber optik sensörler, anti elektromanyetik girişim özellikleri nedeniyle iyi bir seçim haline gelmiştir.. Örneğin, güç sisteminde, yüksek gerilim kablolarının veya elektrikli ekipmanların yakınındaki alanlar güçlü elektromanyetik alanlara sahiptir, ve fiber optik sensörler, elektromanyetik girişim olmadan sıcaklığı istikrarlı bir şekilde ölçebilir, ölçüm doğruluğunu ve güvenilirliğini sağlamak.
Yanıcılık gibi tehlikeli durumlar olduğunda, patlayıcılık, ve ölçüm ortamındaki korozyon, güvenlik/korozyon direnci için özel gereksinimler vardır. Fiber optik sensörler, elektrik kıvılcımları gibi güvenlik risklerinin doğasında bulunmaması nedeniyle, ve bazı fiber optik sensörler malzeme seçimi yoluyla korozyon direncine sahip olabilir (özel kaplamalar veya kılıflar gibi), Kimya fabrikalarındaki depolama tanklarının sıcaklık takibi ve petrol kuyuları gibi yanıcı ve patlayıcı ortamlarda sıcaklık ölçümü gibi senaryolara uygundur..
Sınırlı alana ve sensör boyutuna yönelik özel gereksinimlere sahip bazı kurulum ortamlarında, Fiber optik sensörler daha küçük boyutlarıyla doğru ölçüm elde edebilir. Fiber optic sensors can adapt well to small spaces for temperature detection, such as temperature monitoring inside small electronic devices and precision instruments.
Measurement accuracy and sensitivity requirements
Fiber optic sensors are a suitable choice for situations with particularly high requirements for accuracy, hassasiyet, ömür, istikrar/güvenilirlik, vesaire. Örneğin, in the medical field, fiber optic sensors can be used to measure the temperature of internal tissues in the human body. Their high precision and sensitivity can meet the requirements of life science measurement, and play an important role in the study of temperature regulation mechanisms or temperature monitoring during thermal therapy for certain diseases.

1.2 Selection of Measurement Points and Sensor Types

The choice between single point and distributed
Daha az olduğunda 50 ölçüm noktaları, A “tek nokta” sensör genellikle kullanılır. Örneğin, tek bir küçük cihazın sıcaklığını izlerken (tek kuru tip transformatör gibi) veya küçük kapasiteli bir sıvı kabı, tek nokta sensörü gereksinimleri karşılayabilir. Tek nokta sensörleri küçük hacimli ve nispeten düşük maliyetlidir, ve sınırlı alan düzeni ve maliyet bütçesi açısından avantajlara sahiptir. Sıcaklık izleme ihtiyaçları için tek noktalı fiber optik sensör yeterlidir, ev kullanımı için küçük bir akvaryumdaki su sıcaklığının ölçülmesi gibi.
Birden fazla olduğunda 50 ölçüm noktaları, “dağıtılmış” sensörler genellikle kullanılır. Örneğin, Büyük binalarda çok sayıda katın ve farklı odaların iç mekan sıcaklık dağılımının izlenmesinde, veya köprülerin sıcaklık alanının izlenmesinde (köprünün farklı bölümlerine çok sayıda ölçüm noktasının dağıtıldığı yer), Dağıtılmış fiber optik sensörler, tek bir fiber optik kablo aracılığıyla birden fazla noktadan sürekli olarak sıcaklık bilgisi alabilir. Tek sensörün maliyeti tek nokta sensöre göre daha yüksek olsa da, çok sayıda ölçüm noktasının toplam maliyeti ve veri toplama verimliliği açısından daha iyi bir seçimdir. Örneğin, bir veri merkezinin sunucu odasında, çok sayıda sunucunun sıcaklığını kapsamlı bir şekilde izlemek için, Dağıtılmış fiber optik sensörler aynı anda çok sayıda izleme noktasını kapsayabilir, sensör sayısını etkili bir şekilde azaltmak, uzay işgalinden kaçınmak, ve verimli sıcaklık izlemenin sağlanması.

1.3 Sıcaklık Aralığı, Kesinlik, ve Çözüm Gereksinimleri

Sıcaklık aralığı eşleşmesi
Ölçülen gerçek sıcaklık aralığına göre uygun bir fiber optik sensör seçin. Sensörlerin sıcaklık ölçüm aralığı genellikle dört bölüme ayrılır: -40-+80 °C- 40 – +250°C；- 40 – +400°C；+ 20-+60 °C (tıbbi). Örneğin, genel olarak iç ortam sıcaklığı izleme (genellikle arası -10 °C -+40 °C), çoğu fiber optik sensör gereksinimleri karşılayabilir; Endüstriyel fırınların yakınındaki sıcaklık izleme, yüksek sıcaklık aralıklarını ölçebilen sensörler gerektirebilir (örneğin -40-+400 OC veya daha yüksek); Tıpta, +20-+60 °C dar sıcaklık aralığına sahip sensörler, insan vücudunun belirli bölgelerindeki ısı tedavisini izlemek için uygundur, beyin gibi.

Doğruluk ve Çözünürlük Konuları
Sıcaklığı ölçmek için doğruluk gereklilikleri genellikle beş seviyeye ayrılır: ± 0.05 °C, ± 0.1 °C, ± 0.3 °C, ± 0.5 °C, ve ± 1 °C. Sıcaklık değişimlerine karşı çok hassas olan bazı durumlar için, yüksek hassasiyetli deney ekipmanı gibi (kimyasal reaksiyon sıcaklığının hassas kontrolünü gerektiren laboratuvar cihazları gibi) veya gelişmiş tıbbi ekipman (bazı hassas tümör hipertermi süreçlerinde sıcaklığın izlenmesi gibi), Yüksek doğrulukta fiber optik sensörlerin seçilmesi gerekir (örneğin ± 0.05 ° veya ± 0.1 °C); Hassasiyet gereksinimlerinin çok yüksek olmadığı genel endüstriyel veya sivil ortamlarda (sıradan fabrikalarda oda sıcaklığının izlenmesi veya sıradan evlerde iç mekan sıcaklığının ölçümü gibi), ± hassasiyetine sahip sensörler 0.5 ° veya ± 1 °C zaten gereksinimleri karşılamak için yeterli olabilir. Çözünürlük açısından, yüksek çözünürlüklü sensörler daha küçük sıcaklık değişikliklerini bile algılayabilir, sıcaklık değişimlerinin hassas ölçümü için onları daha uygun hale getirir.

1.4 Çalışma probları türleri

Daldırma probu
Daldırma sensörleri katıların sıcaklığını ölçmek için kullanılabilir, sıvılar, ve gazlar. Endüstride, daldırma sensörleri endüstriyel sıvı tanklarının sıcaklığını ölçmek için daha uygundur. Daldırma sensörleri özel bir işleme tabi tutuldu, ve fiber optik güçlü bir mukavemete ve tokluğa sahiptir, sıvı tanklarındaki kimyasal korozyona dayanabilen. Örneğin, kimyasal hammaddelerin depolama tanklarında, Daldırma tipi fiber optik sensörler, kimyasal çözeltilerde uzun süre stabil şekilde çalışabilir ve sıvı sıcaklığını doğru bir şekilde ölçebilir. Dahası, Bu prob balık tanklarındaki su sıcaklığını etkili bir şekilde ölçebilir (sıvı ortam), fırınlardaki sıcaklık alanı (gaz ortamı), veya toprağın sıcaklığı (katı ortam).
Kontak tipi prob
Temas sensörleri nesne yüzeylerinin sıcaklığının ölçülmesinde uzmanlaşmıştır, kuru tip transformatörler gibi yüksek gerilim ekipmanlarının sıcaklığının izlenmesi gibi, yüksek gerilim şalt sistemi, ve yüksek gerilim baraları. Güç sistemi ekipmanlarının işletimi ve bakımında, Ekipmanın yüzeyine kontak tipi fiber optik sensörler takılarak, ekipman yüzeyindeki sıcaklık değişiklikleri herhangi bir zamanda elde edilebilir, Aşırı ısınma sorunlarını zamanında tespit etmek için, hataları önlemek, ve güç sisteminin güvenli ve istikrarlı çalışmasını sağlayın.
Tıbbi sonda
Tıbbi sensörler yaşam bilimi ölçümleri için özel olarak tasarlanmıştır, küçük ve ince problarla, özel demodülasyon cihazlarıyla eşleştirildiğinde, hızlı tepki hızlarına ve çok yüksek doğruluğa ulaşabilir. Klinik tıpta, Örneğin, insan vücudundaki belirli organların yerel sıcaklığı ölçülürken (kalp ve karaciğer gibi) veya nakledilen dokuların sıcaklığının izlenmesi, Tıbbi fiber optik sensörler, insan vücudunda aşırı travmaya neden olmaktan kaçınabilir ve doğru sıcaklık ölçümü sağlayabilir.

2. Floresan fiber optik sensörlerin seçiminde önemli noktalar

2.1 İlkeler ve Özellikler

prensip
Floresan fiber optik sıcaklık sensörü floresans prensibine dayanan bir sıcaklık ölçüm sensörüdür. Floresan malzemeler, belirli bir dalga boyundaki ışığı emebilen ve daha uzun dalga boylarında ışık yayan malzemelerdir.. Floresan malzemeler sıcaklık değişikliklerinden etkilendiğinde, floresans özellikleri de değişecektir. Tipik bir floresan fiber optik sıcaklık sensörü, ışık kaynağı gibi çeşitli parçalardan oluşur., fiber optik, floresan malzeme, ve spektrometre. İlk önce, ışık kaynağı belirli bir dalga boyunda uyarım ışığı üretir, optik fiberler yoluyla floresan malzemeye iletilen. Uyarma ışığını emdikten sonra, floresan malzemeler belirli dalga boylarında floresan sinyaller yayar, optik fiberler yoluyla algılama için spektrometreye geri iletilenler. Sıcaklık değiştiğinde, Floresan malzemelerin floresans özellikleri, floresans yoğunluğunda bir değişiklik veya floresans dalga boyunda bir kayma olabilir.. Sıcaklık değeri, floresans sinyalinin yoğunluğu veya dalga boyu ölçülerek belirlenebilir..
karakteristik
Yüksek hassasiyet: Floresan malzemeler özellikle sıcaklık değişimlerine karşı hassastır, Floresan fiber sıcaklık sensörlerinin yüksek ölçüm doğruluğuna sahip olmasını sağlamak. Bu yüksek hassasiyet, hafif sıcaklık değişikliklerine duyarlı bazı senaryolarda çok önemlidir., biyotıpta hücre kültürü sıcaklığının izlenmesi gibi. Küçük sıcaklık sapmaları bile hücre büyümesini ve deney sonuçlarını etkileyebilir. Floresan fiber optik sensörler, sıcaklık değişikliklerini doğru bir şekilde algılayabilir ve deney ortamının stabilitesini sağlayabilir.
Hızlı yanıt: Floresan fiber optik sıcaklık sensörleri hızlı tepki hızına sahiptir, sıcaklık değişimlerini gerçek zamanlı olarak izleyebilir, ve hemen yanıt verin. Bazı gerçek zamanlı zorlu durumlarda, hızlı kimyasal reaksiyonlar sırasında sıcaklığın izlenmesi gibi, reaksiyon koşullarını ayarlamak için sıcaklık değişimi bilgilerinin zamanında alınması gerekir. Floresan fiber optik sensörler sıcaklık değişikliklerine hızla yanıt verebilir ve reaksiyonun normal ilerlemesini sağlayabilir.
Dağıtılmış ölçüm: Floresan fiber optik sıcaklık sensörleri, tek bir fiber optik kablo aracılığıyla birden fazla konumdaki sıcaklıkları aynı anda izleyebilir. Bu dağıtılmış algılama yeteneği, birden fazla noktanın izlenmesi gereken durumlarda sensörleri çok kullanışlı hale getirir. Örneğin, büyük bir soğutmalı depoda, Farklı konumlardaki sıcaklığın aynı anda izlenmesi gerekiyor. Floresan fiber optik sensörler, birden fazla noktada dağıtılmış sıcaklık izleme elde etmek amacıyla floresan malzemeleri farklı konumlara düzenlemek için tek bir fiber optik kullanır, kablolama maliyetlerini ve karmaşıklığını azaltmak.
Güçlü anti-parazit yeteneği: Karmaşık elektromanyetik ortamlarda, geleneksel sıcaklık sensörleri parazit sinyallerinden etkilenebilir, floresan fiber optik sıcaklık sensörleri parazit sinyallerinden etkilenmeden normal şekilde çalışabilirken. Örneğin, Birçok elektromanyetik cihazın bulunduğu endüstriyel ortamlarda veya elektrik trafo merkezlerinin çevresinde sıcaklık izleme, floresan fiber optik sensörler sıcaklık değerlerini istikrarlı bir şekilde elde edebilir.
Uzun vadeli istikrar: Floresan malzemeler güçlü dayanıklılık ve stabiliteye sahiptir, ve sensörler uzun süreli kullanım sırasında yüksek performans kararlılığını koruyabilir. Uzun süreli sürekli çalışma ortamlarına uygundur, derin deniz keşif ekipmanlarının sıcaklığının izlenmesi gibi (zorlu su altı ortamlarına uzun süreli maruz kalma) veya jeofizik uzun vadeli izleme istasyonları (uzun vadeli veri toplama gerektiren).
Geniş sıcaklık aralığı: Floresan fiber optik sıcaklık sensörleri çok çeşitli ortam sıcaklıklarına uygundur, eksi Baidu kadar düşük bir seviyeden birkaç yüz santigrat derece kadar yüksek bir seviyeye kadar. Floresan fiber optik sensörler, aşırı sıcaklık ortamlarında bilimsel araştırma ekipmanlarının sıcaklık takibi için de kullanılabilir, yüksek sıcaklıktaki volkanik menfezlerin yakınında veya soğuk Antarktika bölgelerinde olduğu gibi.
Yüksek esneklik: Sensörler için floresan malzemeler, çeşitli özel uygulama alanlarının ihtiyaçlarını karşılamak üzere gerçek ihtiyaçlara göre seçilebilir ve tasarlanabilir. Örneğin, Kimyasal ortamlarda sıcaklık ölçümüne uyum sağlamak ve sensörlerin uyarlanabilirliğini geliştirmek amacıyla farklı kimyasal sistemler için özel floresan malzemeler seçilebilir.

2.2 Seçim ve Başvuruda Dikkat Edilecek Hususlar

Az sayıda ölçüm noktası olan durumlara öncelik verilmelidir
Ölçüm noktalarının sayısı ile daha önce bahsedilen sensör tipi arasındaki korelasyona göre, ölçüm noktası sayısı az olduğunda 50, A “tek nokta” sensör genellikle kullanılır, ve floresan sensörler tek nokta sensör tipine aittir. Küçük cihazların sıcaklık takibi gibi senaryolarda, ev aletlerinin iç sıcaklığının izlenmesi gibi (elektrikli su ısıtıcıları gibi, saç kurutma makineleri, vesaire.), veya laboratuvarlarda bireysel küçük reaksiyon kaplarının sıcaklık ölçümü, floresan fiber optik sensörler, ölçüm noktası sayısının az olması nedeniyle maliyet kontrolü ve kurulum kolaylığı açısından avantajlara sahiptir.
Tepki hızı ve doğruluk açısından yüksek gereksinimlere sahip senaryolar için uygundur
Belirli uygulama senaryolarında sıcaklık ölçümüne yönelik yanıt hızı ve doğruluk gereksinimleri yüksekse, bazı hassas tıbbi ekipmanlarda olduğu gibi (yüksek hassasiyetli oftalmik lazer tedavi ekipmanı dahili sıcaklık izleme veya kalp bypass ameliyatı sırasında kan damarı sıcaklığı izleme gibi), floresan fiber optik sensörler, hızlı tepki vermeleri ve yüksek hassasiyetli özellikleri nedeniyle gereksinimleri karşılayabilir.
Çok sayıda ölçüm noktasının olduğu durumlar için uygun değildir
Floresan fiber optik sensörlerin çoğunlukla tek nokta tipi olması nedeniyle, çok sayıda nokta için sıcaklık izleme gerekiyorsa (birden fazla gibi 50 ölçüm noktaları), floresan fiber optik sensörlerin kullanılması daha yüksek maliyetlerle sonuçlanacaktır. Bu durumda, dağıtılmış sensörleri seçmek daha uygundur, Büyük endüstriyel tesislerdeki yüzlerce ekipman düğümünün veya büyük binalardaki çok sayıda odanın sıcaklık izleme senaryolarında olduğu gibi.

3. Dağıtılmış fiber optik sensörlerin seçiminde önemli noktalar

3.1 İlkeler ve Temel Bileşenler

prensip
Dağıtılmış fiber optik algılama teknolojisinde, Fiber optik hem bir algılama ortamı hem de bir veri iletim ortamıdır. Fiber optikte iletilen ışık dalgalarının özelliklerinden yararlanılarak, Fiber optiğin uzunluk yönü boyunca sürekli algılama ölçümleri alınabilir. Işık dalgalarındaki değişikliklerin yardımıyla, sıcaklık gibi çevresel fiziksel parametreler, gerilmek, basınç, vesaire. Ölçülen nesnenin zaman içindeki mekansal dağılım durumu hakkında bilgi elde etmek için çıkarılabilir. Dağıtılmış fiber optik algılama teknolojisinin ana ilkeleri arasında optik girişim ilkesine dayalı algılama teknolojisi ve Rayleigh gibi saçılma ilkelerine dayalı algılama teknolojisi yer alır., Brillouin, Raman, vesaire. Bu makale optik frekans alanı reflektometrisine odaklanmaktadır (OFDR) Rayleigh saçılımını temel alan teknoloji, üzerlerinde düzenlenmiş optik fiberlerin gerilimini algılayarak yapısal bileşenlerin gerilimini dolaylı olarak yansıtan. Ölçülen gerilim aslında yapısal bileşenlerden fiber optik üzerindeki gerilime iletilir. Dağıtılmış fiber optik sensörlerde sıcaklık veya gerilimi demodüle ederken, OFDR teknolojisi, hem gerilimin hem de sıcaklığın fiber optikteki Rayleigh saçılma frekans kayma sinyalleri tarafından demodüle edildiğini göstermektedir.. Prensipte, gerinim sinyalleri ve sıcaklık sinyalleri ayırt edilemiyor. Öyleyse, Test sırasında gerilimi ve sıcaklığı ayırt etmek için farklı algılama fiberlerinin kullanılması gerekir.
Temel Kompozisyon
Piyasada yaygın olarak kullanılan dağıtılmış fiber optik sensörler, çıplak fiber optik sensörler veya çıplak fiber optik kabloların dış katmanı üzerinde kapsüllenmiş ve zırhlanmış dağıtılmış fiber optik kablo sensörleridir.. Genel olarak, çıplak optik fiberler bir çekirdekten oluşur, bir kaplama, ve bir kaplama katmanı. Çekirdek ve kaplama farklı kırılma indislerine sahip silikon dioksitten yapılmıştır. Çekirdeğin kırılma indisi kaplamanınkinden daha büyüktür. Gelen ışık fiberdeki toplam yansıma açısını karşıladığında, lif içinde yayılabilir. Kaplama malzemesi genellikle akrilik esterdir, esas olarak optik fiberi dış hasarlardan korumaya ve dayanıklılığını arttırmaya hizmet eder, böylece optik fiberin servis ömrü uzatılır. Dağıtılmış algılama optik kablosu, çıplak optik fiberin etrafına sarılmış bir dış kılıftan oluşur, ve dış kılıfın malzemesi çoğunlukla plastiktir (PE gibi, PVC, PTFE, ETFE, vesaire.). Ana işlevi, dağıtılmış fiber optik sensörlerin yapısal gücünü güçlendirmek ve zorlu ortamlarda daha iyi hayatta kalmalarını sağlamaktır..

3.2 Seçim ve Başvuruda Dikkat Edilecek Hususlar

Çok sayıda ölçüm noktası ve dağıtılmış talep durumu
Birden fazla olduğunda 50 ölçüm noktaları, “dağıtılmış” Fiber Bragg ızgara sensörleri gibi sensörler genellikle kullanılır. Uzun mesafeli köprüler gibi büyük mühendislik yapılarının sıcaklık alanının izlenmesinde, tüneller, ve büyük binalar, çok sayıda ölçüm noktası var. Dağıtılmış fiber optik sensörler Her noktadan aynı anda büyük miktarda sıcaklık verisi elde etmek için tüm yapı boyunca fiberleri düzenleyebilir, kapsamlı sıcaklık dağılımı izleme olanağı elde etmek. Örneğin, kilometrelerce uzanan bir deniz geçiş köprüsü üzerinde, Dağıtılmış fiber optik sensörlerin köprü gövdesinin farklı bölümlerine kurulması, çevresel sıcaklık değişikliklerinin veya dahili termal stresin neden olduğu sorunlu alanlardaki sıcaklık anormalliklerini anında tespit edebilir, Köprünün güvenli bakımı için büyük önem taşıyan.
Karmaşık ortamlara ve uzun vadeli izleme senaryolarına uyum sağlayın
Dağıtılmış fiber optik sensörlerin elektrifikasyon olmaması gibi avantajları vardır, küçük boy, bükülebilirlik, elektromanyetik girişime karşı direnç, yüksek hassasiyet, ve korozyon direnci. Uzun mesafeli boru hatlarının veya kabloların sıcaklığının izlenmesi, bazı karmaşık elektromanyetik ortamlarda çok uygundur, yüksek gerilim trafo merkezlerinin etrafı gibi, büyük elektromanyetik fabrika atölyeleri, vesaire; Ayrıca güçlü korozyona sahip ortamlarda sıcaklık izleme için de kullanılabilir., yeraltı kanalizasyon boru hatları gibi, kimyasal hammadde taşıma boru hatları, vesaire. Dahası, Sıcaklık izlemenin eşit uzunlukta olduğu büyük ölçekli maden sahalarında veya yer altı boşluklarında, Dağıtılmış fiber optik sensörler, iyi uyarlanabilirlikleri ve uzun mesafeli kurulum özellikleri nedeniyle izleme ihtiyaçlarını etkili bir şekilde karşılayabilir.
Fiber tipi ve kılıf malzemesi için seçim kriterleri
Fiber optik tipi:
Piyasadaki bazı yaygın tek modlu fiber modelleri, G652 ve G657 serisi fiberler gibi, Rayleigh saçılımı OFDR teknolojisine dayanan sensörler olarak kullanılabilir. İkisi arasındaki fark G657 serisi fiberlerin bükülmeye karşı dayanıklı fiberler olmasıdır., aynı bükülme yarıçapında G652 serisine kıyasla daha küçük bükülme kayıplarına sahip. Bazı mühendislik test sahaları veya karmaşık yapısal testler için, Fiber optik sensörler, dağıtım sırasında kaçınılmaz olarak bazı bükülme kayıpları yaşar. Öyleyse, OFDR teknolojisi için, Sensör olarak G657 serisi fiber optiğin seçilmesi, G652 serisi fiber optiğe göre daha fazla avantaja sahiptir.
Hassas yapısal gerinim testi gerektiğinde veya fiber optik hasardan korunurken algılama doğruluğu garanti edilebildiğinde, PI lifi (polimid elyaf) kaplama malzemesinin gerinim aktarım etkisi çıplak fiberle karşılaştırılabilir olduğundan sensör olarak kullanılabilir, ve sıradan elyaftan daha iyi (akrilik kaplama). Bazı sıradan ölçüm senaryolarında, doğruluk gereksinimleri özellikle yüksek değilse, sıradan tek modlu fiber gereksinimleri karşılayabilir. Sıcaklık ölçümü için optik fiberler, gevşek kılıflı optik fiberler genellikle seçilir, dışta 0,9 mm'lik içi boş bir kılıf ve ortada 165um PI optik fiberden oluşan. Bu, optik fiberin kılıf içinde serbestçe hareket etmesini sağlar, ve dışarıdan kaynaklanan gerilim dış kılıf tarafından korunur. Öyleyse, Gevşek kılıflı fiber optik sensörler yalnızca dış sıcaklıktaki değişiklikleri test edebilir. Sabit sıcaklık ortamında gerinim testi için, Çıplak fiber veya kılıflı fiber genellikle gereksinimleri karşılayabilir. Özel fiber seçimi gerçek uygulama senaryosuna bağlı olabilir; Değişken sıcaklık ortamlarında gerinim testi için, test için sıcaklık dengelemeli optik fiberlerin kullanılması gereklidir. Örneğin, A İki fiber optik sensörden oluşan sıcaklık telafisi fiber optik, bunlardan biri sıkı kılıflı bir optik fiber, diğeri ise gevşek kılıflı bir optik fiberdir. Sıkıca kaplanmış optik fiber hem sıcaklıktan hem de gerilimden etkilenir, gevşek kılıflı optik fiber yalnızca sıcaklıktan etkilenirken. İkisini çıkararak, optik fiber tarafından üretilen gerilim elde edilebilir.
Kılıf malzemesi:
Zorlu ortamlarda, Çıplak optik fiberler, incelikleri ve hasara karşı hassasiyetleri nedeniyle artık kullanıma uygun değilse, Hayatta kalma oranlarını sağlamak için sıkı kılıflı optik kabloların seçilmesi gerekir. Sıkı kılıflı optik kablolar, çıplak optik fiberlere kıyasla daha yüksek yapısal dayanıklılığa sahip olmasına rağmen, gerinim iletim kayıpları çıplak optik fiberlerinkinden daha fazladır, ve kılıf çapının artmasıyla gerilim iletimi kaybı artar. Geleneksel sıkı kılıflı optik fiber türleri arasında 0,9 mm çap bulunur, 2mm çap, ve hatta daha büyük çaplı zırhlı optik kablolar. Genellikle, fiber optik sensörlerin hayatta kalmasını sağlamak koşuluyla, daha iyi algılama performansı sağlamak için sensör olarak daha küçük çaplı, sıkı kılıflı fiberlerin kullanımına öncelik verilmesi önerilir. Ek olarak, kılıf malzemesi gerçek sıcaklık ortamına göre seçilmelidir. Farklı kılıf malzemeleri (PE gibi, PVC, PTFE, ETFE, vesaire.) farklı sıcaklık direnci özelliklerine sahip. Örneğin, yüksek sıcaklık ortamlarında, optik fiberi korumak ve sensörün normal çalışmasını sağlamak için yüksek sıcaklıklara dayanabilecek kılıf malzemelerinin seçilmesi gerekebilir.

4. Fiber Bragg ızgara sensörlerinin seçiminde önemli noktalar

4.1 İlkeler ve Özellikler

prensip
Fiber Bragg Izgara sensörü, fiziksel miktarları ölçmek ve izlemek için kullanılan bir sensör türüdür.. Prensibi, gelen ışığın yansıyan ışığına müdahale etmek için ızgara yapılı bir optik fiber kullanmaktır.. Girişim ışığının faz farkını ölçerek ve bunu şablon ızgarayla karşılaştırarak, ölçülen fiziksel miktar elde edilebilir. Sıcaklık ölçümü açısından, dış sıcaklık değiştiğinde, Fiber Bragg ızgarasının periyodu veya kırılma indisi değişecektir, yansıyan ışığın dalga boyunda kaymaya neden olur. Dalgaboyu kaymasını tespit ederek, sıcaklık değişim değeri elde edilebilir.
karakteristik
Yüksek hassasiyet: Hafif sıcaklık değişikliklerini ölçebilme yeteneğine sahip. Sıcaklık değişimlerine duyarlı bazı cihazlarda veya ortamlarda (yüksek hassasiyetli optik alet dahili sıcaklık izleme gibi, biyolojik örneklerin düşük sıcaklıkta saklama ortamı sıcaklığının izlenmesi, vesaire.), küçük sıcaklık dalgalanmaları bile cihazın performansını veya numune koruma etkinliğini etkileyebilir. Fiber Bragg ızgara sensörleri bu hafif değişiklikleri doğru bir şekilde tespit edebilir ve zamanında uyarı verebilir veya kontrol önlemlerini ayarlayabilir.
Yüksek çözünürlük: küçük değişikliklerin mutlak değerini tespit edebilme. Küçük sıcaklık farklarının izlenmesinde iyi performans gösterir, elektronik çiplerin ısı yayılım performansının araştırılmasında olduğu gibi, çip yüzeyindeki çeşitli noktalardaki küçük sıcaklık farklarının kesin olarak anlaşılmasının gerekli olduğu durumlarda. Fiber Bragg ızgara sensörleri, araştırma ihtiyaçlarını karşılamak için yüksek hassasiyetli sıcaklık çözünürlüğü sağlayabilir.
Yüksek hassasiyet: Yüksek hassasiyette ölçüm sonuçları elde edebilir, birçok hassas deneyde çok önemli olan, endüstriyel üretim proses kontrolü (yüksek hassasiyetli cam üretim süreçlerinde sıcaklık kontrolü gibi, küçük sıcaklık sapmalarının camın kalitesini etkileyebileceği yerler), veya üst düzey tıbbi ekipman (Bazı özel lazer tedavi ekipmanlarının dahili sıcaklık yönetimi gibi) senaryolar, Sürecin doğruluğunu ve ürün ve ekipmanların kalitesini sağlamaya yardımcı olmak.
Yüksek stabilite: Fiber Bragg ızgara sensörleri yüksek stabiliteye sahiptir ve uzun vadeli ölçümlerde bile doğruluğu koruyabilir. Uzun vadeli sürekli sıcaklık izleme senaryolarında, uzun süreli uçuş görevleri sırasında havacılık ekipmanının sıcaklığının izlenmesi gibi, Meteorolojik gözlem istasyonlarının uzun süreli sıcaklık kaydı, vesaire., Fiber Bragg ızgara sensörleri güvenilir bir şekilde çalışabilir ve doğru sıcaklık verilerini istikrarlı bir şekilde üretebilir.
Elektromanyetik girişimden arındırılmış: Çünkü sinyal iletimi optik sinyaller aracılığıyla sağlanır, Fiber Bragg ızgara sensörleri elektromanyetik girişimden kolayca etkilenmez. Bu, güçlü elektromanyetik ortamlarda sıcaklık ölçümünü çok pratik hale getirir, Güç sistemi trafo merkezlerinin içi gibi, büyük elektromanyetik ekipman imalat atölyeleri, vesaire., Geleneksel elektronik sensörler gibi elektromanyetik girişimlerden ve ölçüm hatalarından kolayca etkilenmeden.

4.2 Seçim ve Başvuruda Dikkat Edilecek Hususlar

Fiziksel büyüklükleri ölçmek için çeşitlilik gereksinimlerini göz önünde bulundurun
Fiber Bragg ızgara sensörleri yalnızca sıcaklık izleme için kullanılamaz, aynı zamanda gerinim izleme gibi diğer fiziksel büyüklükleri ölçmek için de kullanılır. Bazı pratik uygulama senaryolarında, büyük bina yapıları veya mekanik ekipmanlar gibi, bu yapıların sıcaklığının izlenmesi ve aynı zamanda yapının geriliminin anlaşılması gerekiyorsa, Fiber Bragg ızgara sensörleri sıcaklık ve gerilim gibi birden fazla fiziksel niceliği aynı anda ölçebilir. Örneğin, köprü yapılarının sağlığının izlenmesinde, Fiber Bragg ızgara sensörleri köprü gövdesi boyunca dağıtılmıştır, farklı parçalardan aynı anda sıcaklık ve gerinim verilerini alabilen, Köprünün yapısal durumunu kapsamlı bir şekilde değerlendirmek, olası hasarların öngörülmesi ve önlenmesi açısından önemli öneme sahiptir., köprünün yorgunluğu ve diğer sorunları.
Çok sayıda ölçüm noktasına ve dağıtılmış ölçüm senaryolarına uygundur
Fiber Bragg ızgara sensörleri, çok sayıda ölçüm noktası dahil edildiğinde iyi çalışabilir. Dağıtılmış fiber optik sensörlere benzer, Büyük ölçekli sanayi sitelerinde, bina tesisleri, ve çok sayıda ölçüm noktası gerektiren diğer senaryolar, Fiber optik ızgara sensörleri, farklı konumlarda sıcaklık ölçümü elde etmek amacıyla tek bir fiber üzerinde birden fazla ızgara ayarlamak için çoğullama teknolojisini kullanabilir. Örneğin, büyük termik santrallerde, çok sayıda ekipman ve boru hattı geniş bir alana dağıtılmıştır. Fiber optik ızgaralı sensör ağlarını makul şekilde düzenleyerek, Enerji santralindeki farklı ekipmanların ve boru hatlarının önemli konumlarının sıcaklığının izlenmesi sağlanabilir, ekipmanın çalışmasının güvenliğini ve verimliliğini artırmaya yardımcı olur.
Maliyet ve performans gereksinimlerinin dengelenmesi
Fiber Bragg ızgara sensörlerinin birçok mükemmel özelliği olmasına rağmen, fiyatları nispeten yüksek. Bazı maliyete duyarlı uygulama senaryolarında, performans ve maliyet arasındaki ilişkiyi dengelemek gerekir. Örneğin, bazı sivil sıradan binalarda iç mekan sıcaklığı izleme ihtiyaçları, sadece genel iç mekan sıcaklığındaki yaklaşık değişiklikler elde edilirse, Fiber Bragg ızgara sensörlerinin yüksek doğruluğu ve performansı gerekli olmayabilir. Bu durumda, düşük maliyetli geleneksel sıcaklık sensörleri seçilebilir; Bazı üst düzey endüstriyel üretim veya bilimsel araştırma senaryolarında, Sıcaklık ölçümünün doğruluğu ve güvenilirliği gibi yüksek performans gereksinimleri gereklidir, ve fiber Bragg ızgara sensörlerinin yüksek performans avantajları, bütçe izin verdiğinde tam olarak yansıtılabilir.

5. Farklı fiber optik sensör türlerinin karşılaştırmalı analizi

5.1 Ölçme Prensiplerindeki Farklılıklar

Floresan Fiber Optik Sensör Prensibi
Floresan malzemelerin sıcaklık değişimleri altında floresans yoğunluğuna veya dalga boyu değişikliklerine dayanır, sıcaklık tespiti, sinyallerin optik fiberler aracılığıyla iletilmesiyle elde edilir. Işık kaynağının yaydığı ışık, fiber optikler aracılığıyla floresan malzemeye iletilir.. Uyarma ışığını emdikten sonra, floresan malzeme sıcaklık değişikliklerine göre farklı yoğunluklarda veya dalga boylarında floresan sinyalleri yayar, bunlar daha sonra fiber optik yoluyla tespit edilmek üzere spektrometreye iletilir.
Dağıtılmış Fiber Optik Sensör Prensibi
Fiber optik hem algılama ortamı hem de iletim ortamıdır, ve fiber optik kablodaki ışık dalgalarının iletim özellikleri sayesinde fiber optik kablo boyunca sürekli algılama ve ölçüm gerçekleştirilir.. Örnek olarak Rayleigh saçılımını temel alan OFDR teknolojisini ele alırsak, optik fiberdeki Rayleigh saçılma sinyalinin modülasyonunu yaparak ve sıcaklık gibi fiziksel parametrelerdeki değişiklikler hakkında bilgi elde ederek, gerinim ve sıcaklık sinyalleri arasında doğrudan ayrım yapmak mümkün değildir. Farklı ölçüm senaryoları için farklı türde optik fiberlerin seçilmesi gerekir, sıcaklık ölçümü için gevşek kılıflı optik fiberler gibi.
Fiber Bragg Izgara Sensörünün Prensibi
Gelen ışığı yansıtmak ve ona müdahale etmek için ızgara yapılı bir fiber kullanarak, sıcaklık değişiklikleri, fiber ızgaranın periyodunda veya kırılma indeksinde bir değişikliğe neden olabilir, yansıyan ışığın dalga boyunda kaymaya neden olur. Sıcaklık değişim değeri dalga boyu kayması ölçülerek elde edilebilir.

5.2 Performans Özellikleri Karşılaştırması

ölçüm doğruluğu
Fiber Bragg Izgara Sensörü: Teorik olarak, yüksek doğruluğa sahiptir, esas olarak ızgara periyodu aralığının ve etkili kırılma indisinin kontrolüne bağlıdır, ölçüm sürecinin doğrusallığının yanı sıra. İşleme doğruluğu garanti edildiğinde, doğrudan doğrusal dönüşüm ilişkisi ölçümü nedeniyle, doğruluğunu garanti etmek kolaydır, ve yansıyan ışık frekans alanında keskindir, merkezi spektral çizginin ölçümünü daha doğru hale getirmek. Yüksek doğruluk gerektiren senaryolarda avantajları vardır, üst düzey tıbbi ekipman sıcaklığı izleme veya yüksek hassasiyetli laboratuvar araştırması gibi.
Floresan fiber optik sensör: Ölçüm doğruluğu temel olarak floresans yaymak için uyarılan floresan maddenin özelliklerine ve floresans yoğunluğundaki değişikliklerin tespitine bağlıdır.. Şu anda, teknolojik seviye, doğruluğunu diğer ikisiyle karşılaştırılabilir hale getirir, ancak pratik uygulamalarda, doğruluk aynı zamanda malzeme gibi faktörlerden de etkilenir, işlem seviyesi, ve sinyal demodülatör çözünürlüğü. Doğruluk gereksinimlerinin en yüksek olmadığı genel yüksek hassasiyetli senaryolar için uygundur, genel endüstriyel ekipmanların sıcaklığının izlenmesi gibi.
Dağıtılmış fiber optik sensörler: Doğruluk esas olarak kullanılan algılama teknolojisinden etkilenir (Rayleigh saçılımını temel alan OFDR teknolojisi gibi), fiber optik türü (farklı kaplama katmanları gibi, kılıf malzemeleri, vesaire.), ve uygulama ortamının algılama sinyali üzerindeki etkisi. Bazı uzun mesafeli dağıtılmış ölçüm senaryolarında, tek nokta doğruluğu fiber Bragg ızgara sensörleri kadar iyi olmasa da, genel sıcaklık dağılımını sağlayabilir, doğruluk gereksinimlerinin çok yüksek olmadığı büyük ölçekli sıcaklık izleme senaryoları için uygundur, büyük binaların sıcaklık alanının izlenmesi gibi.
tepki hızı
Fiber Bragg Izgara Sensörü: Yüksek performanslı bir demodülasyon ve çoğullama alıcısı gereklidir, ve alıcının işlem kapasitesi sıklıkla yanıt frekansını etkiler. Nispeten konuşursak, tepki hızı, karmaşık dalga boyu kayması algılama teknolojisinden ve diğer faktörlerden etkilenir. Yanıt hızı için gerçek zamanlı gereksinimlerin yüksek olduğu senaryolarda, floresan fiber optik sensörler kadar iyi olmayabilir.
Floresan fiber optik sensör: Hızlı tepki verme özelliğine sahiptir ve sıcaklık değişimlerine hızla tepki verebilir., esas olarak floresans özelliklerine dayalı doğrudan tespit prensibi nedeniyle. Gerçek zamanlı sıcaklık izleme gereksinimlerinin yüksek olduğu senaryolarda daha iyi performans gösterir, belirli kimyasal reaksiyon süreçlerinde sıcaklık kontrolü veya biyolojik hızlı reaksiyon süreçlerinde sıcaklığın izlenmesi gibi.
Dağıtılmış fiber optik sensörler: Tepki hızları, fiber türü gibi çeşitli faktörlerden etkilenir., algılama teknolojisi, vesaire. Fakat, dağıtılmış ölçüm sürecinde, farklı noktalardaki sıcaklığı sürekli olarak izleyebilirler. Tek bir noktanın tepki hızı çok hızlı olmasa da, belirli bir örnekleme periyodu altında genel sıcaklık dağılımını elde etmek için gereklilikleri karşılayabilir. Büyük yapılar gibi uzun vadeli sıcaklık stabilitesi izleme senaryoları için özellikle uygundur..
Ölçüm aralığı (dağıtılmış özellikler)
Fiber Bragg Izgara Sensörü: Birden fazla noktanın ölçümünü sağlamak için çoğullama teknolojisi aracılığıyla tek bir optik fiber üzerine birden fazla ızgara yerleştirilebilir. Fakat, floresan fiber optik sensörlerle karşılaştırıldığında, dağıtılmış ölçüm kapasitesi daha çok ağ teknolojisine ve ekipman desteğine dayanır, ve maliyet gibi faktörlerle sınırlıdır. Örneğin, belli bir maliyetle ayarlanabilecek ızgara sayısı sınırlıdır, ancak tek ölçüm noktası doğruluğu açısından iyi performans gösteriyor. Tek nokta doğruluğu gerektiren ve nispeten daha az ölçüm noktasına sahip olan dağıtılmış ölçüm senaryoları için uygundur., bazı köprü yapılarındaki yüzlerce önemli düğümün sıcaklık ve gerinim ölçümü gibi.
Floresan fiber optik sensör: Belirli bir dağıtılmış ölçüm kapasitesine sahiptir ve tek bir fiber optik kablo aracılığıyla birden fazla konumun sıcaklığını aynı anda izleyebilir.. Fakat, büyük ölçekli gerektirme açısından nispeten zayıftır, uzun mesafeli dağıtılmış ölçüm ve küçük ölçekli birden fazla ölçüm noktasının sıcaklık izlenmesi için daha uygundur, nispeten yoğun alanlar, küçük bir fabrika atölyesindeki çok sayıda cihazın sıcaklığının izlenmesi gibi.
Dağıtılmış fiber optik sensör: dağıtılmış ölçüm için özel olarak tasarlanmıştır, fiber optik kablo boyunca sürekli uzun mesafe ve büyük ölçekli sıcaklık dağılımı ölçümü yapabilme avantajıyla. Yer altı kapsamlı boru galerileri gibi büyük mühendislik yapılarının kapsamlı sıcaklık alanı izlemesi için uygundur. (binlerce metre veya daha uzun) ve ultra uzun deniz geçiş köprüleri.

5.3 Maliyet ve Karmaşıklık Karşılaştırması

maliyet
Fiber Bragg Izgara Sensörü: Maliyet nispeten yüksek, esas olarak yüksek hassasiyet ve stabilite gibi yüksek performans gereksinimleri nedeniyle, bu da üretim süreçlerinde daha yüksek maliyetlere neden olur, ekipman aksesuarları, ve diğer hususlar. Bütçenin sınırlı olduğu ve doğruluk gibi performans gereksinimlerinin çok yüksek olmadığı senaryolarda, maliyet etkinliği yüksek olmayabilir, bazı sıradan konut binalarında sıcaklık izleme senaryoları gibi.
Floresan fiber optik sensör: Orta maliyetli ve nispeten basit yapıya sahip, doğruluk ve performansın gereksinimleri karşıladığı senaryolarda uygun maliyetli bir seçimdir, genel endüstriyel ekipmanların sıcaklığının izlenmesi veya küçük ticari tesislerin sıcaklık yönetimi gibi.
Dağıtılmış fiber optik sensörler: Maliyet ölçüm ölçeğine bağlıdır, gerekli fiber optik tipi, ve demodülasyon ekipmanının desteklenmesi. Büyük ölçekli ölçüm senaryolarında, tek bir dağıtılmış fiber optik sensörün maliyeti düşük olmasa da, çok sayıda ölçüm noktasını kapsayabilmesi nedeniyle aynı ölçekte ölçümler elde etmede tek noktalı sensöre göre maliyet avantajına sahip olabilir; Fakat, küçük ölçekli ölçüm senaryolarında, maliyet nispeten yüksektir. Örneğin, birden fazla küçük cihazın sıcaklığını izlerken, using distributed fiber optic sensors is a waste of cost.
complexity
Fiber Bragg Izgara Sensörü: It uses a grating to sense temperature changes, and the system involves complex wavelength shift detection technology, requiring complex demodulation equipment to accurately measure the wavelength changes of reflected light. The complexity of equipment and technology is relatively high, and the technical level of operators and equipment maintenance requirements are also relatively high.
Floresan fiber optik sensör: The structure and working principle are relatively simple, belonging to the light intensity detection method. It only requires a light source to excite fluorescence and then detect changes in fluorescence intensity or wavelength. It does not require complex demodulation equipment and technology, and has low maintenance costs and operational difficulties.
Dağıtılmış fiber optik sensörler: Aralarında, Rayleigh saçılımını temel alan OFDR gibi tespit teknolojileri nispeten karmaşıktır, optik fiberlerde Rayleigh saçılma sinyallerinin hassas demodülasyonunu içerir, ve elyaf türlerinin özel seçimi ve ayarları (kaplama katmanları gibi, kılıflar, vesaire.) farklı ölçüm senaryolarında gereklidir, kullanım ve bakımda yüksek karmaşıklığa neden olur.

Fiber optik sıcaklık sensörü, Akıllı izleme sistemi, Çin'de dağıtılmış fiber optik üreticisi