Hướng dẫn cơ bản để chọn cảm biến nhiệt độ sợi quang

Cảm biến nhiệt độ sợi quang có tầm quan trọng đáng kể và triển vọng ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực đo lường hiện đại. Giá trị độc đáo của công nghệ cảm biến sợi quang trong việc đáp ứng nhu cầu đo nhiệt độ của các môi trường đặc biệt như môi trường điện từ cao và ăn mòn.

1. Tổng quan về cảm biến nhiệt độ sợi quang
2. Nguyên lý hoạt động của cảm biến nhiệt độ sợi quang
3. Đặc điểm của cảm biến nhiệt độ sợi quang
4. Ứng dụng cảm biến nhiệt độ sợi quang

 

Giới thiệu cảm biến nhiệt độ sợi quang

 

Cảm biến nhiệt độ sợi quang là một loại cảm biến mới được phát triển vào những năm 1970. Trong nghiên cứu khoa học và sản xuất, có rất nhiều nhu cầu về đo nhiệt độ. Cảm biến nhiệt độ truyền thống bao gồm cặp nhiệt điện, cảm biến nhiệt độ nhiệt điện trở, cảm biến nhiệt độ nhiệt điện trở, cảm biến nhiệt độ bán dẫn, v.v. Tuy nhiên, cảm biến nhiệt độ sợi quang có lợi thế rõ ràng so với truyền thống Sensors, chẳng hạn như độ nhạy cao, kích thước nhỏ, trọng lượng nhẹ, dễ uốn, Không có nhiễu điện từ, Không có nhiễu điện từ, và khả năng chống ăn mòn tốt. Chúng đặc biệt thích hợp để phát hiện nhiệt độ trong môi trường khắc nghiệt như dễ cháy, thuốc nổ, không gian hẹp, và khí ăn mòn, Chất lỏng, và ô nhiễm phóng xạ. Từ góc độ cơ chế điều chế, nó có thể được chia thành điều chế pha, điều chế biên độ, và điều chế phân cực; Theo nguyên tắc làm việc, nó có thể được chia thành các loại chức năng và truyền tải. Trong cảm biến nhiệt độ chức năng, Sợi quang đóng vai trò vừa là cảm biến vừa là vật mang tín hiệu quang, trong khi ở cảm biến nhiệt độ loại truyền, Sợi quang chỉ truyền tín hiệu quang. Mặc dù loại truyền ánh sáng có độ nhạy thấp hơn một chút, nó có độ tin cậy cao, và hầu hết các cảm biến thực tế đều thuộc loại này. Giờ đây, các cảm biến nhiệt độ sợi quang chính bao gồm cáp quang phân tán cảm biến nhiệt độ, cảm biến nhiệt độ cách tử sợi quang, cảm biến nhiệt độ huỳnh quang sợi quang, cảm biến nhiệt độ sợi quang giao thoa kế, v.v

Cảm biến nhiệt độ sợi quang hoạt động như thế nào

 

1、Nguyên lý làm việc của Cảm biến nhiệt độ sợi quang huỳnh quang

 

Cảm biến nhiệt độ sợi quang huỳnh quang là cảm biến sử dụng vật liệu huỳnh quang để trải qua những thay đổi về cường độ hoặc bước sóng huỳnh quang khi thay đổi nhiệt độ, và truyền tín hiệu qua sợi quang để đạt được khả năng phát hiện nhiệt độ. Nó chủ yếu bao gồm một nguồn ánh sáng, sợi quang, vật liệu huỳnh quang, và máy phân tích quang phổ. Nguồn sáng tạo ra ánh sáng kích thích có bước sóng nhất định, được truyền tới vật liệu huỳnh quang thông qua sợi quang. Vật liệu huỳnh quang là vật liệu có khả năng hấp thụ ánh sáng có bước sóng nhất định và phát ra ánh sáng có bước sóng dài hơn. Sau khi hấp thụ ánh sáng kích thích, vật liệu huỳnh quang phát ra tín hiệu huỳnh quang có bước sóng xác định, được truyền trở lại máy quang phổ để phát hiện thông qua sợi quang. Khi nhiệt độ thay đổi, đặc tính huỳnh quang của vật liệu huỳnh quang sẽ thay đổi, có thể là sự thay đổi cường độ huỳnh quang hoặc sự thay đổi bước sóng huỳnh quang. Giá trị nhiệt độ có thể được xác định bằng cách đo cường độ hoặc bước sóng của tín hiệu huỳnh quang. Ngoài ra, có hai phương pháp đo nhiệt độ chính dựa trên tỷ lệ cường độ huỳnh quang và tuổi thọ huỳnh quang. Chẳng hạn, trong một số hệ thống đo lường, chất huỳnh quang có thể được phủ đồng đều lên bề mặt của vật được đo, và ánh sáng kích thích có thể được truyền qua một sợi quang để làm cho chất đó phát ra huỳnh quang, trong khi một sợi quang khác có thể nhận được huỳnh quang. Nếu vật được đo không phù hợp để sử dụng chất huỳnh quang (chẳng hạn như khi đo chất lỏng), một đầu dò sợi quang có thể được sử dụng để phun bột huỳnh quang, hoặc đầu dò nhiệt độ sợi quang có thể được hình thành bằng cách trộn bột huỳnh quang với vật liệu sợi quang để đo chính xác nhiệt độ bề mặt của vật thể.

2、Nguyên lý làm việc của cảm biến cách tử sợi Bragg

 

Cảm biến nhiệt độ cách tử sợi Bragg sử dụng độ nhạy quang của vật liệu sợi quang để đo nhiệt độ bằng cách sử dụng cách tử pha không gian được hình thành trong lõi sợi. Cụ thể, Ví dụ, lưới sợi Bragg (FBG) dựa trên độ nhạy sáng của sợi quang và sử dụng bức xạ tia cực tím để gây ra sự thay đổi chiết suất định kỳ trong lõi sợi. Khi nhiệt độ bên ngoài thay đổi, cả chu kỳ và chiết suất của cách tử Bragg sẽ thay đổi, dẫn đến sự lệch bước sóng Bragg λ B. Nhiệt độ có thể được đo bằng cách đo bước sóng phản xạ Bragg của cách tử Bragg. Loại cảm biến này thuộc loại điều chế bước sóng. Lưới Bragg sợi có thể được chia thành Lưới Bragg sợi đơn và Lưới Bragg đa sợi. Lưới Bragg sợi đơn tương tự như phương pháp đóng gói lưới Bragg sợi đơn bằng vật liệu polymer, sử dụng các phản ứng khác nhau của chất hữu cơ với nhiệt độ và ứng suất để tăng độ nhạy cảm của sợi Bragg Grated với nhiệt độ hoặc ứng suất, và khắc phục hiệu ứng nhạy cảm chéo; Ngoài ra còn có phương pháp ghi cách tử tại điểm nối giữa hai loại sợi quang có chiết suất và độ nhạy nhiệt khác nhau, hoặc độ nhạy phản ứng nhiệt độ khác nhau và nồng độ vật liệu pha tạp, và sử dụng các chỉ số khúc xạ và độ nhạy nhiệt độ khác nhau để phân biệt các phép đo. Tuy nhiên, những phương pháp này có vấn đề như giải điều chế phức tạp, tổn thất cao, dễ bị gãy ở mối nối nhiệt hạch, và phạm vi đo nhỏ. Lưới Bragg đa sợi, chẳng hạn như cách tử Bragg sợi chu kỳ kép, có thể đảm bảo vị trí đo và cải thiện độ chính xác của phép đo, nhưng cường độ cách tử thấp và việc giải điều chế tín hiệu khó khăn; Phương pháp viết chồng chéo FBG kép có độ chính xác cao, nhưng việc viết cách tử rất khó và việc giải điều chế tín hiệu cũng phức tạp; Cảm biến tổng hợp tích hợp khoang Fiber Bragg Grated/F-P có độ ổn định nhiệt độ tốt, kích thước nhỏ, và độ chính xác đo cao, với độ chính xác lên tới 20 × 10-6 và 1 °C. Tuy nhiên, việc điều chỉnh độ dài khoang của F-P rất khó và việc giải điều chế tín hiệu rất phức tạp.

3、Nguyên lý làm việc của cảm biến sợi quang phân tán

Cảm biến sợi quang phân tán lần đầu tiên được đề xuất bởi Đại học Southampton ở Anh vào năm 1981. Ánh sáng phản xạ của laser trong truyền dẫn cáp quang chủ yếu bao gồm ba phần: tán xạ Rayleigh, Tán xạ Raman, và phân tán Brillouin. Cảm biến nhiệt độ sợi quang phân tán chủ yếu dựa trên hiệu ứng tán xạ Raman và phép đo phản xạ miền thời gian quang học (OTDR) công nghệ để đạt được phép đo phân tán liên tục. Cường độ tín hiệu tán xạ Raman tỉ lệ thuận với nhiệt độ tại vị trí điểm. Trong hệ thống cảm biến nhiệt độ sợi quang phân tán, khi tín hiệu laser xung mạnh được truyền trong cáp quang, mỗi điểm trong cáp quang sẽ tạo ra tán xạ ngược cực yếu trên tín hiệu laser. Bằng cách phát hiện cường độ tín hiệu ánh sáng tán xạ tại mỗi điểm, thông tin nhiệt độ của điểm đó có thể được lấy, và sau đó có thể thu được sự phân bố nhiệt độ trên toàn bộ cáp quang. Các hệ thống miền thời gian và miền tần số dựa trên tán xạ Brillouin cũng là một chủ đề nghiên cứu nóng trong lĩnh vực cảm biến sợi quang.

 

Đặc điểm của cảm biến nhiệt độ sợi quang

 

1、Ưu điểm của cảm biến nhiệt độ sợi quang huỳnh quang

1. Độ nhạy cao

Công nghệ đo nhiệt độ sợi quang huỳnh quang sử dụng những thay đổi của ánh sáng phát quang huỳnh quang để đo nhiệt độ, có thể phát hiện những thay đổi nhiệt độ nhỏ. Chẳng hạn, trong một số môi trường yêu cầu theo dõi chính xác sự thay đổi nhiệt độ, ngay cả những biến động nhiệt độ cực kỳ nhỏ cũng có thể được ghi lại một cách nhạy cảm bằng hệ thống đo nhiệt độ sợi quang huỳnh quang, với độ nhạy lên tới 0.1 oC hoặc thậm chí mức độ chính xác cao hơn. Đặc tính này làm cho nó được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực đòi hỏi đo nhiệt độ có độ chính xác cao, chẳng hạn như trong giám sát tản nhiệt của chip điện tử. Những thay đổi nhiệt độ nhỏ có thể ảnh hưởng đến hiệu suất và tuổi thọ của chip. Đo nhiệt độ sợi huỳnh quang có thể cung cấp thông tin nhiệt độ kịp thời và chính xác, giúp tối ưu hóa thiết kế tản nhiệt, cải thiện độ ổn định và độ tin cậy của chip.

2. Không bị ảnh hưởng bởi nhiễu điện từ

Đo nhiệt độ sợi quang huỳnh quang dựa trên việc đo nhiệt độ bằng sợi huỳnh quang. Do tính chất vật lý của sợi quang, chúng không bị ảnh hưởng bởi nhiễu điện từ ở môi trường xung quanh. Trong môi trường công nghiệp hiện đại, có một số lượng lớn các thiết bị điện từ như động cơ, Transformers, v.v. Trường điện từ do các thiết bị này tạo ra có thể gây nhiễu cho thiết bị đo nhiệt độ truyền thống, dẫn đến kết quả đo không chính xác. Tuy nhiên, Công nghệ đo nhiệt độ sợi quang huỳnh quang vẫn có thể hoạt động ổn định trong môi trường điện từ phức tạp này. Chẳng hạn, trong hệ thống điện, xung quanh các thiết bị cao áp trong trạm biến áp có trường điện từ mạnh. Đo nhiệt độ sợi huỳnh quang có thể đo chính xác nhiệt độ của thiết bị, chẳng hạn như nhiệt độ điểm nóng của máy biến áp, cung cấp dữ liệu giám sát nhiệt độ đáng tin cậy để vận hành an toàn các thiết bị điện và tránh các tai nạn về an toàn điện do lỗi đo lường do nhiễu điện từ.

3. Sự đa dạng và linh hoạt của các điểm đo

Bằng cách thay đổi số lượng và vị trí của đầu dò huỳnh quang trong sợi quang, có thể dễ dàng đạt được phép đo nhiệt độ đa điểm hoặc phân tán. Tính linh hoạt này làm tăng đáng kể khả năng ứng dụng của hệ thống. Chẳng hạn, trong máy biến áp công suất lớn, nhiều đầu dò huỳnh quang có thể được lắp đặt tại các vị trí cuộn dây khác nhau để giám sát toàn diện sự phân bổ nhiệt độ tại các vị trí khác nhau bên trong máy biến áp. Trong giám sát nhiệt độ của thiết bị đóng cắt, Sợi quang có thể được đặt dọc theo các bộ phận nóng và quan trọng của thiết bị đóng cắt và có thể thiết lập nhiều đầu dò để hiểu biết toàn diện về trạng thái nhiệt độ của cấu trúc tổng thể, phát hiện kịp thời những bất thường về nhiệt độ có thể xảy ra, và cung cấp cơ sở cho việc bảo trì an toàn các thiết bị điện.

4、 Phạm vi đo rộng

Công nghệ đo nhiệt độ sợi quang huỳnh quang có thể thích ứng với phạm vi đo nhiệt độ rộng. Trong việc đo nhiệt độ điểm nóng thiết bị quan trọng trong nhiều lĩnh vực như nguồn điện, quân đội, hóa dầu, Vận chuyển đường sắt, và năng lượng mới, phạm vi nhiệt độ hoạt động của các thiết bị này có thể rộng, và đo nhiệt độ sợi quang huỳnh quang có thể có thẩm quyền. Chẳng hạn, Một số thiết bị đặc biệt trong ngành quân sự có thể hoạt động ở môi trường có nhiệt độ cực lạnh hoặc nhiệt độ cao, và hệ thống đo nhiệt độ sợi quang huỳnh quang có thể đo chính xác nhiệt độ của thiết bị ở các nhiệt độ môi trường khác nhau; Trong quản lý nhiệt của pin trong lĩnh vực năng lượng mới, phạm vi nhiệt độ của pin trong quá trình sạc và xả lớn. Đo nhiệt độ sợi huỳnh quang có thể theo dõi chính xác nhiệt độ trong suốt quá trình, đảm bảo sự an toàn và hiệu suất của pin.

5、 Điện trở cao

Sản phẩm đo nhiệt độ sợi quang huỳnh quang có điện trở cao, có điện trở lớn hơn 100KV. Điều này cho phép nó đo trực tiếp nhiệt độ trong môi trường điện áp cao. Chẳng hạn, trong giám sát nhiệt độ thiết bị trong trạm biến áp siêu cao áp, khi gặp môi trường điện áp cao trên 100KV, phần cuối của sợi huỳnh quang có thể tiếp xúc với thiết bị đo nhiệt độ ở khoảng cách bằng 0 mà không bị ảnh hưởng bởi điện áp cao, đảm bảo hoạt động bình thường của công việc đo lường và cung cấp hỗ trợ dữ liệu nhiệt độ quan trọng để vận hành an toàn các thiết bị điện.

6、 Lắp đặt đầu dò dễ dàng

Việc lắp đặt đầu dò của Hệ thống đo nhiệt độ sợi quang huỳnh quang tương đối đơn giản. Chẳng hạn, giám sát nhiệt độ máy biến áp, đầu dò có thể tiếp xúc trực tiếp với cuộn dây máy biến áp mà không cần các thao tác cách ly phức tạp. Phương pháp lắp đặt đơn giản này không chỉ tiết kiệm thời gian và chi phí lắp đặt, mà còn cải thiện độ chính xác và độ tin cậy của việc cài đặt, đảm bảo hiệu quả của việc đo nhiệt độ. Đồng thời, trong không gian chật hẹp bên trong một số thiết bị phức tạp, Đầu dò lắp đặt đơn giản này cũng có thể được bố trí thuận tiện mà không ảnh hưởng đến hoạt động bình thường của thiết bị.

7、 Bảo trì dễ dàng và độ an toàn cao

Cáp quang có thể tiếp xúc với lõi sắt, kênh thép, Busbars, v.v. trong quá trình sử dụng, làm cho hệ thống dây điện thuận tiện. Khi tiến hành thử áp lực, không cần phải tháo rời phích cắm của Bộ điều khiển nhiệt độ cảm biến. Hơn nữa, khi cáp quang bị hỏng, nó sẽ không ảnh hưởng đến cách điện của máy biến áp, giúp giảm đáng kể khó khăn và khối lượng công việc bảo trì. Chẳng hạn, trong quy trình bảo trì máy biến áp trong hệ thống điện, so với các phương pháp đo nhiệt độ truyền thống, hệ thống đo nhiệt độ sợi quang huỳnh quang không yêu cầu tháo rời và kiểm tra cảm biến thường xuyên, giảm tác động của công việc bảo trì đến vận hành thiết bị và cải thiện sự an toàn khi vận hành thiết bị. Ở những nơi dễ cháy nổ như hóa dầu, đặc điểm của yêu cầu bảo trì thấp và độ an toàn cao thậm chí còn quan trọng hơn, có thể tránh được các tai nạn an toàn do hoạt động bảo trì một cách hiệu quả.

8、 Chống ăn mòn và thích hợp cho môi trường đặc biệt

Vật liệu sợi quang có độ nhạy thấp với hoạt động điện tử và có thể được sử dụng rộng rãi trong các tình huống không thể áp dụng cảm biến nhiệt độ kim loại, như từ trường mạnh và điện trường mạnh. Và so sánh với các cảm biến nhiệt độ dẫn nhiệt thông thường, nó có ưu điểm là chống ăn mòn, đặc biệt thích hợp để đo nhiệt độ trong môi trường vi mô nhỏ như đường ống siêu nhỏ và các khe hẹp không dễ tiếp cận. Chẳng hạn, vùng lân cận một số đường ống vi mô truyền chất ăn mòn trong sản xuất hóa chất, hoặc trong không gian hẹp bên trong các thiết bị điện tử có từ trường mạnh, Đo nhiệt độ sợi quang huỳnh quang có thể hoạt động ổn định và đo nhiệt độ chính xác, trong khi các cảm biến kim loại truyền thống có thể không hoạt động bình thường do bị ăn mòn hoặc nhiễu từ từ trường mạnh.

2、Đặc điểm của cảm biến nhiệt độ lưới sợi Bragg

Khả năng chống nhiễu mạnh mẽ: Nói chung, tần số của bức xạ điện từ thấp hơn nhiều so với tần số của sóng ánh sáng, và tín hiệu quang truyền trong sợi quang không bị ảnh hưởng bởi nhiễu điện từ. Điều này cho phép các cảm biến nhiệt độ cách tử sợi Bragg hoạt động bình thường trong môi trường điện từ phức tạp, chẳng hạn như phát hiện nhiệt độ ở khu vực đông dân cư của thiết bị kỹ thuật điện.
Chống ăn mòn và tính chất hóa học ổn định: Do tính ổn định hóa học tuyệt vời của thạch anh, vật liệu dùng để chế tạo sợi quang, Cảm biến nhiệt độ cách tử sợi Bragg phù hợp để sử dụng trong môi trường khắc nghiệt như giám sát nhiệt độ trong xưởng sản xuất hóa chất và giàn khoan dầu ngoài khơi.
Kích thước nhỏ, trọng lượng nhẹ, và hình dạng hình học linh hoạt: Tính năng này cho phép nó được sử dụng ở những nơi có không gian lắp đặt hạn chế, chẳng hạn như đo nhiệt độ trong không gian hẹp bên trong thiết bị hàng không vũ trụ, và có thể được điều chỉnh về hình dạng theo các yêu cầu lắp đặt khác nhau.
Hiệu suất cách điện tốt, an toàn và đáng tin cậy: Bản thân sợi quang được cấu tạo từ vật liệu điện môi và không cần nguồn điện, làm cho chúng thích hợp để sử dụng trong dầu dễ cháy và nổ, khí đốt, và sản xuất hóa chất (chẳng hạn như giám sát nhiệt độ trong nhà máy lọc dầu, đường ống vận chuyển khí đốt tự nhiên, và các thiết bị khác).
Công suất truyền tải lớn và đo lường phân tán đa điểm: Nó có thể đạt được phép đo nhiệt độ ở nhiều điểm, và kết quả đo có thể được truyền qua sợi quang để đáp ứng nhu cầu theo dõi nhiệt độ của khu vực rộng lớn hoặc nhiều thành phần, chẳng hạn như giám sát phân phối nhiệt độ của các cấu trúc tòa nhà lớn; Đồng thời, tổn thất truyền tải tương đối nhỏ, cho phép giám sát từ xa trên khoảng cách xa.

 

3、Đặc điểm của cảm biến nhiệt độ sợi quang phân tán

 

1、 Độ nhạy cao

So với cảm biến nhiệt độ truyền thống, nó có thể cảm nhận được những thay đổi nhiệt độ nhỏ. Chẳng hạn, trong một số giám sát môi trường phòng thí nghiệm có độ chính xác cao hoặc giám sát nhiệt độ quy trình sản xuất công nghiệp có độ chính xác cao, biến động nhiệt độ cực kỳ yếu có thể được ghi lại một cách chính xác. Điều này là do nguyên lý hoạt động của nó thường dựa trên mối quan hệ tinh tế giữa tín hiệu ánh sáng và nhiệt độ., chẳng hạn như cường độ ánh sáng tán xạ trong tán xạ Raman, cái đó liên quan đến nhiệt độ. Ngay cả những thay đổi nhỏ về nhiệt độ cũng có thể gây ra những thay đổi đáng kể trong tín hiệu ánh sáng tán xạ Raman, có thể được hệ thống phát hiện nhận ra và thu được sự thay đổi chính xác về nhiệt độ. Ví dụ ứng dụng: Giám sát nhiệt độ trong quá trình phản ứng của một số hóa chất độc hại trong quá trình sản xuất hóa chất. Khi xảy ra phản ứng hóa học, Những thay đổi nhiệt độ cực nhỏ do hiệu ứng nhiệt của phản ứng gây ra có thể được phát hiện bằng các cảm biến nhiệt độ sợi quang phân tán để kiểm soát chính xác quá trình phản ứng và tránh nguy hiểm do thay đổi nhiệt độ không kiểm soát được.

2、 Khả năng chống nhiễu điện từ mạnh mẽ

Bản thân sợi quang hiệu suất độc đáo bao gồm vật liệu thạch anh, cách điện hoàn toàn, nên cảm biến nhiệt độ sợi quang phân tán hoàn toàn không bị ảnh hưởng bởi nhiễu môi trường điện từ bên ngoài trong quá trình đo. Trong môi trường điện từ mạnh, chẳng hạn như gần các thiết bị điện lớn hoặc bên trong các trạm biến áp cao thế, cảm biến có thể hoạt động bình thường. Điều này có những lợi thế đặc biệt trong các tình huống như giám sát nhiệt độ của thiết bị điện trong hệ thống điện và giám sát nhiệt độ của động cơ lớn. Không giống như cảm biến nhiệt độ điện truyền thống, có thể bị biến dạng hoặc trục trặc khi đo do nhiễu điện từ mạnh, nó đảm bảo độ ổn định và độ chính xác của phép đo. So với cặp nhiệt điện truyền thống hoặc cảm biến nhiệt độ điện trở, khi sử dụng gần nguồn nhiễu điện từ mạnh (chẳng hạn như thiết bị trường điện từ xoay chiều lớn), tín hiệu đo của chúng sẽ bị ảnh hưởng bởi nhiễu điện từ, dẫn đến kết quả đo không chính xác. Tuy nhiên, cảm biến nhiệt độ sợi quang phân tán hoàn toàn không gặp phải vấn đề như vậy, và có thể hoạt động ổn định ngay cả trong môi trường khắc nghiệt như sét và từ trường.

3、 Có khả năng phát hiện đa điểm ở khoảng cách xa

Hình thức phát hiện và các đặc điểm khác có thể đạt được khả năng phát hiện phân bố trường nhiệt độ dọc theo một không gian liên tục vài chục km dọc theo sợi quang, và nhiệt độ của nhiều điểm trên sợi quang này có thể được theo dõi đồng thời. Nó không chỉ có thể phát hiện khoảng cách xa, nhưng nó cũng có thể thiết lập nhiều điểm giám sát trên một sợi cáp quang. Đặc điểm này đặc biệt nổi bật ở những nơi có đường ống dẫn dầu và khí đốt, hầm mỏ, và các khoảng cách xa khác yêu cầu theo dõi nhiệt độ ở nhiều địa điểm khác nhau. Nó có thể đồng thời theo dõi sự thay đổi nhiệt độ tại các vị trí khác nhau trên đoạn đường ống dài hơn. So với cảm biến nhiệt độ đo điểm đơn truyền thống, chẳng hạn như nhiệt kế chất lỏng thủy tinh truyền thống, chỉ có thể đo nhiệt độ của một điểm tại một thời điểm, Cảm biến nhiệt độ sợi quang phân tán giúp tích hợp nhiều điểm đo ở khoảng cách xa, tiết kiệm nhân lực và vật lực, và giảm sự tích tụ các lỗi do sắp xếp nhiều điểm. Chẳng hạn, trong giám sát nhiệt độ của đường ống dẫn dầu đường dài giữa các khu vực, Giảm độ phức tạp của một số lượng lớn thiết bị trung chuyển và triển khai điểm lặp đi lặp lại có thể đạt được sự giám sát nhiệt độ đa điểm liên tục liền mạch trên các đường ống kéo dài hàng chục hoặc thậm chí hàng trăm km.

4、 Đặc điểm cảm biến nối mạng quan trọng

Bố trí và phương pháp làm việc đặc biệt sắp xếp các sợi cảm biến hoặc mạch cảm biến sợi quang dọc theo sự phân bố của trường ứng dụng (chẳng hạn như nhiệt độ, áp lực, dòng, v.v.), có thể đo lường và giám sát sự phân bố không gian và thông tin thời gian trên trường mạch. Có thể hiểu là thực hiện giám sát toàn diện sự phân bố nhiệt độ trong một khu vực hoặc không gian, tương tự như xây dựng hệ thống giám sát mạng. Chẳng hạn, đặt các mạch cảm biến sợi quang trên các cấu trúc tòa nhà lớn hoặc trong một phạm vi địa điểm nhất định để đạt được khả năng kiểm soát và thu thập dữ liệu toàn diện về sự thay đổi nhiệt độ trong toàn bộ khu vực. Được sử dụng rộng rãi trong các tình huống giám sát hỏa hoạn trong hệ thống cứu sinh đô thị, nó có thể đạt được khả năng phát hiện nhiệt độ phân tán trong các cụm kho lớn, tòa nhà văn phòng cao tầng, hoặc khu phức hợp thương mại quy mô lớn. Nó có thể kịp thời xác định vị trí cụ thể của sự bất thường về nhiệt độ (khu vực có nguy cơ cháy), phát hiện sự gia tăng nhiệt độ bất thường ở những khu vực cực nhỏ trong giai đoạn đầu của nguy cơ hỏa hoạn, và định vị chính xác trong một phạm vi không gian nhất định.

5、 Các đặc điểm khác

liên tục, phân phối, và đo thời gian thực có thể thực hiện giám sát nhiệt độ thời gian thực liên tục và phân tán tại nhiều điểm khác nhau trong một phạm vi không gian nhất định hoặc dọc theo đường dẫn cáp quang. Chẳng hạn, trong một đường hầm, Các sợi quang được đặt dọc theo tường hầm có thể cung cấp phản hồi theo thời gian thực về tình hình nhiệt độ của từng đoạn. Đây không phải là phép đo rời rạc và không liên tục của một vài giá trị nhiệt độ, nhưng giám sát nhiệt độ liên tục và không bị gián đoạn trong toàn bộ chiều dài của sợi quang và tại mỗi điểm. An toàn nội tại và giám sát từ xa An toàn nội tại là do sợi quang không liên quan đến các mạch điện, và không có khả năng nguy hiểm do tia lửa điện gây ra. Khi theo dõi nhiệt độ môi trường tại các khu vực đặc biệt dễ cháy nổ nguy hiểm như bể chứa dầu, kho chứa thuốc nổ, nó hoàn toàn có thể tránh được nguy cơ cháy nổ do đoản mạch trong các cảm biến điện. Đồng thời, nó có khả năng giám sát từ xa, miễn là dữ liệu được truyền đến trung tâm giám sát từ xa thông qua đường truyền tín hiệu (bản thân sợi quang hoặc thiết bị truyền dẫn đi kèm), nó có thể dễ dàng thu được dữ liệu nhiệt độ thời gian thực từ xa. Về hiệu quả chi phí cao, mặc dù việc xây dựng ban đầu có thể phải chịu chi phí tương đối cao cho việc lắp đặt đường cáp quang, về lâu dài, nhờ khả năng đạt được khoảng cách xa, Quy mô, và giám sát mật độ cao, chi phí trung bình cho mỗi điểm giám sát tương đối thấp. Chẳng hạn, trong các nhà máy công nghiệp lớn, nếu cảm biến nhiệt độ truyền thống được sử dụng để xây dựng mạng lưới giám sát, chi phí của mỗi cảm biến độc lập và hệ thống dây điện tại mỗi điểm cao hơn nhiều so với chi phí tổng thể lâu dài của việc sử dụng cảm biến nhiệt độ sợi quang phân tán. Dễ dàng cài đặt và tuổi thọ dài. Khi cài đặt, chỉ cần đặt cáp quang theo tuyến đã thiết kế, không có kết nối mạch phức tạp hoặc các vấn đề lắp đặt thiết bị nặng. Hơn nữa, do tính chất vật liệu của sợi quang, chẳng hạn như độ ổn định hóa học tốt và độ bền cơ học, chúng có thể hoạt động lâu dài trong môi trường tự nhiên hoặc công nghiệp khắc nghiệt, dẫn đến tuổi thọ dài hơn. Trong một số dự án quan trắc môi trường ở vùng sâu, vùng xa, một lần cài đặt, họ có thể làm việc ổn định và đáng tin cậy trong một thời gian dài.

4、Ứng dụng cảm biến nhiệt độ sợi quang

 

1、Ứng dụng thực tế của cảm biến nhiệt độ sợi quang huỳnh quang

 

1. Ứng dụng của Cảm biến nhiệt độ sợi quang huỳnh quang trong thiết bị đóng cắt Liên hệ

Cảm biến nhiệt độ sợi quang huỳnh quang đóng vai trò quan trọng trong việc giám sát các tiếp điểm của thiết bị đóng cắt.

Thiết bị đóng cắt là thiết bị quan trọng trong hệ thống điện, và trạng thái vận hành ảnh hưởng trực tiếp đến an toàn, ổn định của lưới điện. Nếu nhiệt độ tại các tiếp điểm bên trong thiết bị đóng cắt quá cao, nó có thể gây ra các vấn đề nghiêm trọng như lão hóa vật liệu cách nhiệt và tiếp xúc kém, điều có thể dẫn đến tai nạn. Cảm biến nhiệt độ sợi quang huỳnh quang có thể giám sát hiệu quả nhiệt độ của các điểm tiếp xúc của thiết bị đóng cắt.

Trước hết, về nguyên tắc, Cảm biến nhiệt độ sợi quang huỳnh quang là cảm biến nhiệt độ dựa trên công nghệ sợi quang và nguyên lý huỳnh quang. Nó tận dụng sự phụ thuộc của đặc tính huỳnh quang của các vật liệu cụ thể vào nhiệt độ và đạt được phép đo nhiệt độ bằng cách đo những thay đổi trong tuổi thọ huỳnh quang. Phương pháp đo này có độ chính xác cao.

Trong cài đặt thực tế, Cảm biến huỳnh quang sợi quang sẽ được lắp đặt tại các vị trí quan trọng như các điểm tiếp xúc bên trong thiết bị đóng cắt. Do khả năng phân giải không gian của sợi quang, có thể đạt được sự giám sát đồng thời nhiều điểm nhiệt độ bên trong thiết bị đóng cắt. Lấy thiết bị đóng cắt trong một hệ thống điện nào đó làm ví dụ, cảm biến này có thể đo trạng thái nhiệt độ của từng tiếp điểm trong thời gian thực. Chẳng hạn, ở một số trạm biến áp lớn, nhiều điểm tiếp xúc của thiết bị đóng cắt được bao phủ hoàn toàn bởi sự giám sát của cảm biến này.

Sau, cảm biến sẽ tính toán nhiệt độ thời gian thực của từng điểm giám sát bằng cách đo sự thay đổi tín hiệu huỳnh quang. Sau đó truyền những dữ liệu nhiệt độ này đến trung tâm giám sát để đạt được khả năng giám sát thời gian thực từ xa. Khi nhiệt độ của một tiếp điểm vượt quá ngưỡng đặt trước, trung tâm giám sát có thể nhận được cảnh báo kịp thời, nhắc nhở nhân viên vận hành và bảo trì tiến hành kiểm tra và bảo trì.

Bản thân cảm biến cũng có nhiều ưu điểm phù hợp với kịch bản ứng dụng này. Cách điện của nó đảm bảo an toàn trong môi trường thiết bị đóng cắt điện áp cao và có thể chịu được điện áp cao trong khi làm việc bình thường; Khả năng chống nhiễu mạnh mẽ, không bị ảnh hưởng bởi trường điện từ bên trong thiết bị đóng cắt, đảm bảo kết quả đo chính xác và đáng tin cậy; Hơn nữa, nó có kích thước nhỏ và trọng lượng nhẹ, giúp dễ dàng cài đặt và tích hợp trong các không gian tương đối nhỏ như các tiếp điểm tủ công tắc. Nó không yêu cầu quá nhiều không gian lắp đặt hoặc các biện pháp gia cố bổ sung, giúp việc giám sát nhiệt độ của tủ công tắc trở nên đơn giản và hiệu quả. Nó nắm bắt toàn diện tình hình nhiệt độ của các điểm tiếp xúc để ngăn ngừa lỗi, và cải thiện sự an toàn và độ tin cậy của hoạt động tủ chuyển mạch.

2. Ứng dụng của Cảm biến nhiệt độ sợi quang huỳnh quang trong máy biến áp Quanh co

Trong máy biến áp, Cuộn dây là một trong những thành phần quan trọng và cực kỳ quan trọng đối với hoạt động bình thường của máy biến áp. Cảm biến huỳnh quang sợi quang có ý nghĩa rất lớn trong việc theo dõi nhiệt độ cuộn dây máy biến áp.

Là thiết bị cốt lõi của hệ thống điện, Nhiệt độ trong quá trình vận hành máy biến áp có ảnh hưởng trực tiếp đến việc truyền tải và phân phối năng lượng điện. Cuộn dây tạo ra nhiệt trong quá trình hoạt động lâu dài, và nhiệt độ cao là một trong những yếu tố chính gây ra sự lão hóa nhanh chóng của vật liệu cách điện máy biến áp. Do đó, Giám sát nhiệt độ cuộn dây đã trở thành một phương tiện cần thiết để đảm bảo hoạt động bình thường của máy biến áp..

Ứng dụng cảm biến nhiệt độ sợi quang huỳnh quang trong cuộn dây máy biến áp tương tự như trong thiết bị đóng cắt, nhưng cũng có những yêu cầu đặc biệt. Cấu trúc bên trong của máy biến áp rất phức tạp, và khi lắp đặt cảm biến, cần sắp xếp chúng hợp lý dựa trên đặc điểm kết cấu bên trong, chẳng hạn như tránh các mạch dầu phức tạp và các cấu trúc khác. Sự phân bố nhiệt độ bên trong không đồng đều, và các đặc tính đo phân tán của cảm biến huỳnh quang sợi quang được sử dụng ở đây. Nó có thể đạt được phép đo đa điểm và phân tán dọc theo chiều dài của sợi, và các cảm biến có thể được bố trí ở nhiều vị trí của cuộn dây để nắm bắt toàn diện sự phân bố nhiệt độ của cuộn dây. Hơn nữa, môi trường hoạt động của máy biến áp khắc nghiệt, và các cảm biến cần phải có khả năng chịu nhiệt độ cao và chịu dầu tốt để có thể hoạt động ổn định trong môi trường ngâm dầu xung quanh cuộn dây trong thời gian dài..

Cụ thể, các cảm biến sẽ được lắp đặt tại vị trí cuộn dây máy biến áp theo các cài đặt để theo dõi sự thay đổi nhiệt độ trong cuộn dây. Sau đó, sử dụng cùng một phương pháp đo sự thay đổi tín hiệu huỳnh quang để thu được dữ liệu nhiệt độ, Dữ liệu nhiệt độ thời gian thực được truyền đi để phân tích hoặc kết hợp với các dữ liệu giám sát khác như phân tích dầu khí, xả cục bộ, v.v. để chẩn đoán toàn diện. Chẳng hạn, khi phát hiện thấy sự tăng nhiệt độ bất thường tại một điểm nhất định của cuộn dây, hệ thống có thể kết hợp các dữ liệu khác như phóng điện cục bộ để xác định xem đó có phải là sự cố nhiệt độ đơn giản hay có các mối nguy hiểm lỗi sâu hơn khác. Khi nhiệt độ vượt quá ngưỡng cài đặt, một cảnh báo sẽ được kích hoạt kịp thời để nhắc nhở nhân viên vận hành và bảo trì thực hiện các biện pháp, chẳng hạn như điều chỉnh tải, tiến hành bảo trì, v.v., để tránh những tai nạn nghiêm trọng như hư hỏng cách điện do cuộn dây quá nóng, Điều này sẽ ảnh hưởng đến tuổi thọ của máy biến áp, đảm bảo hoạt động bình thường của máy biến áp, và kéo dài tuổi thọ phục vụ của nó.

3. Ứng dụng của Cảm biến nhiệt độ sợi quang huỳnh quang trong can thiệp y tế của con người

Trong lĩnh vực y tế, Cảm biến nhiệt độ sợi quang huỳnh quang đã cho thấy những ưu điểm vượt trội trong việc đo nhiệt độ cơ thể con người thông qua các phương pháp can thiệp.

Nhiệt độ cơ thể con người là một thông số sinh lý quan trọng trong lĩnh vực y sinh, và đo nhiệt độ chính xác có thể cung cấp cho bác sĩ những thông tin quan trọng về tình trạng sinh lý, hỗ trợ quá trình chẩn đoán và điều trị. Đặc biệt trong một số tình huống y tế đặc biệt, chẳng hạn như liệu pháp nhiệt, cảm biến truyền thống không thể đáp ứng nhu cầu đo lường.

Về mặt liệu pháp nhiệt, chẳng hạn như liệu pháp nhiệt vi sóng hoặc tần số vô tuyến, Cần phải theo dõi không phá hủy theo thời gian thực nhiệt độ của mô ung thư ở người vì tế bào ung thư có lưu lượng máu ít hơn, tản nhiệt chậm hơn, và nhạy cảm với nhiệt hơn tế bào bình thường. Khi mô người được làm nóng đến 42-45 oC trong quá trình trị liệu bằng nhiệt, tế bào ung thư có thể bị tiêu diệt trong khi mô bình thường không bị tổn thương đáng kể. Tuy nhiên, tế bào bình thường cũng có thể bị tổn thương nghiêm trọng 45 °C. Điều này đòi hỏi đo nhiệt độ có độ chính xác cao trong quá trình trị liệu bằng nhiệt, và phương pháp đo nên tránh nhiễu điện từ. Cảm biến y tế truyền thống như cảm biến nhiệt độ cặp nhiệt điện, cảm biến nhiệt độ nhiệt điện trở, cảm biến nhiệt độ bức xạ nhiệt hồng ngoại, v.v. không đáp ứng được yêu cầu sử dụng. Các phần tử cảm biến của chúng chủ yếu là chất dẫn điện, có thể gây ra các vấn đề như nhiệt Ohmic hoặc hiệu ứng da, dẫn đến sự gia tăng nhiệt độ của chính họ hoặc lỗi đo lường, ảnh hưởng đến hiệu quả điều trị.

Đầu dò cảm biến nhiệt độ của cảm biến nhiệt độ sợi quang huỳnh quang dựa trên tính chất vật liệu của chất huỳnh quang đất hiếm. Khi bị kích thích bởi bức xạ cực tím, nó có thể phát ra huỳnh quang với các đặc điểm liên quan đến nhiệt độ và ánh sáng rực rỡ của nó. Ưu điểm lớn nhất của nó là nhiệt độ của mục tiêu được đo chỉ phụ thuộc vào hằng số thời gian của vật liệu huỳnh quang, và không bị ảnh hưởng bởi các biến số khác như cường độ nguồn sáng, hiệu suất truyền tải, và mức độ ghép nối. Loại cảm biến này sử dụng ánh sáng để đo nhiệt độ, và đầu dò làm bằng thủy tinh và polymer không dẫn điện và có đặc tính cách điện tốt. Nó không bị ảnh hưởng bởi nhiễu trường điện từ, có độ chính xác đo cao, chu kỳ đo nhiệt độ ngắn, phản ứng nhạy cảm, tính linh hoạt của sợi tốt, và khối lượng đầu dò cảm biến nhiệt độ nhỏ (tối thiểu lên tới 0,5mm), thích hợp cho bề mặt tiếp xúc hoặc đo nhiệt độ in vivo. Lớp ngoài của cảm biến có thể được tùy chỉnh bằng vỏ bọc bằng sợi silicon để khử trùng dễ dàng, chịu nhiệt độ cao, chống ăn mòn, đặc tính chống cháy nổ và chống cháy, và hoạt động dễ dàng và linh hoạt. Nó cũng có thể được kết nối trực tiếp với thiết bị y tế hoặc máy tính để theo dõi đa điểm và hiển thị nhiệt độ tập trung. Chẳng hạn, trong thiết bị trị liệu nhiệt tích hợp, một cảm biến nhiệt độ sợi huỳnh quang có thể được kết nối với nó. Khi thực hiện liệu pháp nhiệt khối u trên bệnh nhân ung thư, nhiệt độ của vị trí ung thư có thể được theo dõi chính xác mà không ảnh hưởng đến các mô bình thường, đảm bảo sự an toàn và hiệu quả của liệu pháp nhiệt.

Ngoài ra, trong một số trường hợp cần theo dõi chính xác nhiệt độ cơ thể con người, chẳng hạn như thủ tục phẫu thuật hoặc trung tâm phục hồi chức năng, Cảm biến nhiệt độ sợi quang huỳnh quang cũng có thể theo dõi sự thay đổi nhiệt độ của bệnh nhân với độ chính xác cao và phản ứng nhanh, từ đó giúp bác sĩ kiểm soát nhiệt độ môi trường phẫu thuật để đảm bảo ca phẫu thuật diễn ra suôn sẻ, hoặc hỗ trợ bác sĩ đánh giá tình trạng hồi phục của bệnh nhân tại các trung tâm phục hồi chức năng.

4. Ứng dụng của Cảm biến nhiệt độ sợi quang huỳnh quang trong nhiễu điện từ

Cảm biến nhiệt độ sợi quang huỳnh quang thể hiện hiệu suất tuyệt vời trong môi trường nhiễu điện từ.

Có nhiễu điện từ mạnh ở nhiều khu công nghiệp, y, hoặc kịch bản nghiên cứu khoa học, và các phương pháp đo nhiệt độ truyền thống dễ bị ảnh hưởng bởi những nhiễu này, dẫn đến kết quả đo không chính xác. Nhiễu điện từ có ở khắp mọi nơi, chẳng hạn như sự hiện diện của từ trường và điện trường mạnh xung quanh thiết bị trong một số hệ thống truyền tải và biến đổi điện, môi trường từ trường cao trong vùng nam châm siêu dẫn của chụp ảnh cộng hưởng từ y tế (MRI), và môi trường thí nghiệm khoa học đòi hỏi phải sử dụng thiết bị điện từ.

Dựa trên nguyên lý cảm biến huỳnh quang sợi quang, nó sử dụng sự phụ thuộc nhiệt độ của các đặc tính huỳnh quang của vật liệu cụ thể để đo nhiệt độ, dựa vào phép đo sự thay đổi trong tuổi thọ huỳnh quang để đạt được phép đo nhiệt độ. Trong các hoạt động cụ thể, việc truyền tín hiệu quang trong cảm biến là liên kết cốt lõi. Và sợi quang có khả năng cách điện tốt, đó là một đặc tính vốn có của vật liệu của họ. Là chất cách điện, Sợi quang có thể hoạt động trong môi trường điện áp cao và nhiễu điện từ mạnh, đảm bảo sự an toàn và độ tin cậy của phép đo. Tín hiệu quang trong cảm biến nhiệt độ sợi quang huỳnh quang không bị ảnh hưởng bởi nhiễu điện từ, cho phép đo nhiệt độ chính xác ngay cả trong các tình huống nhiễu điện từ mạnh.

Chẳng hạn, trong giám sát thiết bị đóng cắt và máy biến áp trong lĩnh vực điện lực, so với cảm biến nhiệt độ truyền thống, chẳng hạn như trong thiết bị đóng cắt ở môi trường điện áp cao, Cảm biến nhiệt độ truyền thống có thể có kết quả đo không chính xác hoặc đo không ổn định do nhiễu điện từ. Tuy nhiên, Cảm biến nhiệt độ sợi huỳnh quang có thể theo dõi ổn định và chính xác nhiệt độ của các tiếp điểm thiết bị đóng cắt, cuộn dây máy biến áp, và các bộ phận khác, tránh những khó khăn trong việc bảo trì thiết bị hoặc các tai nạn tiềm ẩn do đánh giá sai nhiệt độ do nhiễu điện từ. Trong lĩnh vực y tế, Ví dụ, trong chụp ảnh cộng hưởng từ (MRI) Công nghệ, nam châm siêu dẫn cần được làm lạnh đến nhiệt độ cực thấp và có từ trường mạnh ở gần đó. Yêu cầu giám sát nhiệt độ của hệ thống làm mát tương đối cao. Nếu sử dụng cảm biến nhiệt độ điện tử truyền thống, chắc chắn chúng sẽ bị ảnh hưởng bởi sự can thiệp hoặc hư hỏng từ trường, trong khi cảm biến sợi quang có thể hoạt động bình thường trong môi trường như vậy để đảm bảo nam châm ở nhiệt độ chính xác.

5. Ứng dụng của Cảm biến nhiệt độ sợi quang huỳnh quang trong môi trường bất lợi

huỳnh quang Cảm biến nhiệt độ sợi quang có thể thích ứng tốt với môi trường khắc nghiệt.

Việc đo nhiệt độ trong các môi trường khắc nghiệt khác nhau đã thúc đẩy ứng dụng cảm biến nhiệt độ sợi quang huỳnh quang. Trước hết, từ một số kịch bản công nghiệp, như năng lượng hạt nhân, hóa dầu, luyện kim, v.v., những nơi này thường nằm ở nơi có nhiệt độ cao, áp suất cao, và môi trường có tính ăn mòn cao. Trong môi trường nhiệt độ cao, nhiều vật liệu cảm biến nhiệt độ truyền thống có thể bị thay đổi về hiệu suất hoặc thậm chí bị hư hỏng, Ví dụ, một số cảm biến làm bằng vật liệu kim loại có thể bị biến dạng ở nhiệt độ cao, dẫn đến kết quả đo không chính xác. Tuy nhiên, khả năng chịu nhiệt độ cao của chính cảm biến nhiệt độ sợi quang huỳnh quang và độ ổn định cấu trúc dựa trên sợi quang có thể thích ứng với môi trường nhiệt độ cao như vậy và đo nhiệt độ chính xác. Trong môi trường điện áp cao, cách điện của nó đảm bảo an toàn trong khi đo chính xác mà không bị ảnh hưởng bởi điện áp cao, chẳng hạn như đo nhiệt độ của thiết bị chuyển mạch bên trong và các bộ phận khác của thiết bị đóng cắt (thiết bị điện cao thế) trong hệ thống điện.

Hơn nữa, trong môi trường ăn mòn cao, Bản thân sợi quang được làm bằng vật liệu đặc biệt có khả năng chống chịu nhất định với nhiều chất ăn mòn. Lấy ngành hóa dầu làm ví dụ, có nhiều khí hoặc chất hóa học ăn mòn trong không khí xung quanh hoặc môi trường vật liệu làm việc, và loại cảm biến này có thể hoạt động bình thường trong thời gian dài ở môi trường này.

Ngoài ra, trong một số môi trường ngoài trời phức tạp, chẳng hạn như thiết bị điện ngoài trời hoặc trạm cơ sở truyền thông. Do kích thước nhỏ và trọng lượng nhẹ của cảm biến nhiệt độ sợi huỳnh quang, chúng dễ lắp đặt và không yêu cầu sửa đổi đáng kể bất kể cấu trúc thiết bị phức tạp mà chúng được lắp đặt trên đó. Hơn nữa, nó có đặc điểm của phép đo phân tán, có thể theo dõi nhiệt độ của nhiều điểm hoặc thiết bị đo tốt hơn trong một khu vực rộng lớn, chẳng hạn như nắm bắt toàn diện tình hình nhiệt độ của nhiều máy biến áp và các thiết bị khác ở khu vực ngoài trời của một trạm biến áp lớn. Trong một số không gian nhỏ hoặc môi trường có hình dạng đặc biệt, các đặc tính linh hoạt và có thể uốn cong của sợi quang có thể cho phép các cảm biến thích ứng với các cách bố trí môi trường này, cho phép đo nhiệt độ của một số thiết bị có hình dạng đặc biệt hoặc các khoang nhỏ, chẳng hạn như đo nhiệt độ bên trong đường ống, v.v. Nó có khả năng theo dõi nhiệt độ trong môi trường nhỏ và khắc nghiệt.

2、Ứng dụng thực tế của Cảm biến nhiệt độ lưới sợi Bragg

 

Cảm biến nhiệt độ cách tử Fiber Bragg có ứng dụng rộng rãi trong đo nhiệt độ sợi quang đa điểm.

1、 Đo nhiệt độ đa vị trí trong hệ thống điện

Kết nối giữa thiết bị đóng cắt và cáp
Cảm biến nhiệt độ cách tử Fiber Bragg rất phù hợp để theo dõi nhiệt độ và báo cháy tại các thiết bị đóng cắt điện cao thế và các mối nối cáp cao thế trong các nhà máy điện, Trạm biến áp, và những nơi khác do khả năng cách nhiệt tuyệt vời của chúng, điện trở điện áp cao, chống leo, chống ăn mòn, chống sét mạnh, và khả năng chống nhiễu điện từ mạnh. Do liên lạc kém và các lý do khác, các mối nối cáp và các bộ phận khác ở những nơi này dễ bị quá nhiệt cục bộ, và cảm biến nhiệt độ thông thường có thể không hoạt động chính xác do nhiễu điện từ hoặc môi trường khắc nghiệt. Cảm biến nhiệt độ cách tử Fiber Bragg có thể theo dõi chính xác nhiệt độ của nhiều điểm kết nối như vậy, phát hiện kịp thời nguy cơ quá nhiệt, và tránh mất điện hoặc hỏa hoạn do quá nóng.
Trong môi trường có số lượng lớn lắp đặt cáp như đường hầm cáp, cảm biến kỹ thuật số truyền thống chỉ có thể theo dõi nhiệt độ của các bộ phận quan trọng như khớp nối cáp, trong khi hệ thống giám sát nhiệt độ sợi quang phân tán và hệ thống đo nhiệt độ cách tử sợi quang có thể đạt được khả năng giám sát nhiệt độ trên toàn bộ chiều dài cáp. Cảm biến nhiệt độ cách tử sợi Bragg có thể được gắn vào bề mặt cáp hoặc mối nối cáp tại nhiều điểm để theo dõi nhiệt độ thời gian thực của cáp, phát hiện các điểm nóng có thể có và các điểm hành vi bất thường (chẳng hạn như các điểm nóng lên nhanh chóng và mãn tính), và ngăn ngừa lỗi cáp một cách hiệu quả. Bằng cách kết hợp dòng điện thời gian thực, các trạng thái hoạt động khác nhau có thể được mô phỏng, và nhiệt độ lõi cáp có thể được tính toán để tính toán khả năng mang dòng động và xác định thông tin về nhiệt độ và vị trí của các điểm thắt cổ chai giới hạn khả năng mang dòng của cáp, cung cấp cơ sở khoa học cho việc điều độ điện.
Nhiều thành phần chính của thiết bị phát điện
Nếu sử dụng cảm biến nhiệt độ cách tử sợi quang để giám sát đa điểm trong các tổ máy phát điện khác nhau trong nhà máy nhiệt điện hoặc nhà máy thủy điện, chẳng hạn như khu vực hơi ướt bên trong tuabin hơi và rôto camera chuyển pha đồng bộ, sự phân bố của trường nhiệt độ và độ ẩm bên trong tuabin hơi có thể được xác định một cách linh hoạt. Các cảm biến có thể được lắp đặt và bố trí với nhiều đầu dò tùy theo đặc điểm cấu trúc của thiết bị và các khu vực quan trọng về nhiệt cần được giám sát, thu thập chính xác thông tin nhiệt độ tại các địa điểm khác nhau. Sau đó, bằng cách phân tích toàn diện dữ liệu nhiệt độ được thu thập từ nhiều địa điểm, nó có thể giúp tối ưu hóa các thông số vận hành của thiết bị phát điện, nâng cao hiệu suất phát điện, và ngăn chặn các lỗi xảy ra.
Giám sát tích hợp nhiều thiết bị trong trạm biến áp
Trạm biến áp chứa nhiều thiết bị khác nhau, chẳng hạn như máy biến áp, thiết bị chuyển mạch, v.v. Cảm biến nhiệt độ cách tử Fiber Bragg có thể được sử dụng để đo nhiệt độ đa điểm của nhiều thiết bị chính và các bộ phận kết nối thiết bị trong trạm biến áp. Chẳng hạn, trong các khu vực sưởi ấm quan trọng như cuộn dây và lõi sắt của máy biến áp lớn (chẳng hạn như cài đặt 2 cảm biến mỗi pha cho cuộn dây điện áp cao A, B, và C, 2 cảm biến mỗi pha cho lõi sắt, 1 cảm biến mỗi pha cho thanh cái ba pha, và 2 cảm biến mỗi pha cho nhiệt độ dầu trên và dưới), việc giám sát nhiệt độ của nhiều điểm tiếp xúc thiết bị đóng cắt trong trạm biến áp cũng được thực hiện. Bằng cách thu thập dữ liệu nhiệt độ từ nhiều điểm, có thể xây dựng bản đồ điều kiện nhiệt độ của toàn bộ trạm biến áp, cho phép quản lý nhiệt độ toàn diện và giám sát trạng thái của thiết bị trạm biến áp.

2、 Đo nhiệt độ đa điểm trong lĩnh vực kiến ​​trúc

Giám sát nhiệt độ của cấu trúc tổng thể của các tòa nhà lớn
Đối với các tòa nhà lớn như tòa nhà chọc trời, Cầu, v.v., Cảm biến nhiệt độ cách tử sợi Bragg có thể được chôn bên trong vật liệu xây dựng để đo nhiệt độ bên trong với độ phân giải cao. Cảm biến có thể được nhúng tại các vị trí kết cấu quan trọng của tòa nhà, chẳng hạn như các điểm kết nối cột dầm, độ cao khác nhau của trụ cầu, và các vị trí khác nhau bên trong dầm, để theo dõi nhiệt độ bên trong liên tục trong một thời gian dài. Do các yếu tố như mùa khác nhau hoặc chênh lệch nhiệt độ giữa ngày và đêm, có sự khác biệt về nhiệt độ bên trong và bên ngoài tòa nhà, cũng như sự thay đổi nhiệt độ ở các bộ phận cấu trúc theo các hướng khác nhau. Phép đo đa điểm này giúp phân tích tác động của sự thay đổi nhiệt độ đến biến dạng kết cấu tổng thể và phân bố ứng suất của các tòa nhà, từ đó cung cấp sự đảm bảo cho an toàn xây dựng.
Về mặt cầu, nhiều nước ngoài (chẳng hạn như Hoa Kỳ, Vương quốc Anh, Nhật Bản, v.v.) đã tiến hành nghiên cứu sâu rộng về giám sát an toàn cầu và lắp đặt hệ thống giám sát an toàn cầu và cảnh báo sớm trên một số cây cầu lớn. Cảm biến nhiệt độ cách tử Fiber Bragg là một trong những cảm biến giám sát quan trọng, có thể giám sát các chỉ số an toàn quan trọng như tăng tốc nhiệt độ, dòng, chuyển vị của cầu bằng cách lắp đặt nhiều cảm biến tại các vị trí khác nhau trên cầu. Chẳng hạn, trên cầu treo nhịp lớn hoặc cầu vượt biển, Cảm biến nhiệt độ cách tử sợi quang có thể được lắp đặt tại nhiều điểm như cáp chính, cấu trúc tháp, và bề mặt để hiểu tác động của sự thay đổi nhiệt độ lên toàn bộ kết cấu cầu. Sự thay đổi nhiệt độ có thể gây ra sự giãn nở nhiệt và co lại, từ đó ảnh hưởng đến ứng suất cấu trúc và các yếu tố khác. Đo đa điểm có thể nắm bắt chính xác hơn quy luật thay đổi nhiệt độ của cây cầu và cung cấp hỗ trợ dữ liệu cho việc bảo trì và vận hành an toàn.
Giám sát đa điểm hệ thống mạng lưới đường ống dẫn nhiệt
Đối với đường ống dẫn nhiệt của hệ thống sưởi ấm tập trung đô thị, Cảm biến nhiệt độ cách tử sợi quang có thể thực hiện giám sát nhiệt độ đa điểm tại các phần khác nhau của đường ống, chẳng hạn như giao diện đường ống, uốn cong đường ống, và các vị trí có đường kính ống khác nhau. Do sự tản nhiệt và phân bố nhiệt không đều ở các vị trí khác nhau trong quá trình vận chuyển nước nóng hoặc hơi nước bằng đường ống dẫn nhiệt, nhiệt độ của đất và các phương tiện khác xung quanh đường ống cũng có thể ảnh hưởng đến chính đường ống. Bằng cách theo dõi nhiệt độ tại nhiều điểm, điểm tản nhiệt bất thường, thay đổi nhiệt độ do rò rỉ, và sự biến động nhiệt độ dọc theo đường ống do ảnh hưởng của môi trường bên ngoài có thể được phát hiện kịp thời, và có thể thực hiện các biện pháp để đảm bảo an toàn và chức năng sưởi ấm bình thường của đường ống dẫn nhiệt.

3、 Ứng dụng trong lĩnh vực hàng không vũ trụ

Giám sát nhiệt độ nhiều bộ phận của thân máy bay
Trong ngành hàng không vũ trụ, Sự an toàn khai thác của máy bay là rất quan trọng và bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố khác nhau, trong đó nhiệt độ là yếu tố then chốt. Fiber Bragg grating temperature sensors can be used to monitor the temperature of multiple key parts of an aircraft, such as different areas of the engine surface (near the combustion chamber, turbine, v.v.), different positions of the internal structure of the wing (including wing beams, ribs, v.v.), key transmission and bearing parts of the landing gear, and the temperature of multiple parts such as the electronic equipment compartment inside the aircraft. Because during the flight of an aircraft, different parts are affected by external factors such as airflow, solar radiation, v.v., and the temperature field distribution is also affected by the heat generated by the operation of various equipment on the aircraft itself. Multiple fiber Bragg grating temperature sensors working together can comprehensively collect temperature data of various important parts of the aircraft to provide a basis for flight safety assessment.

4、 Implementation forms and benefits of multi-point measurement in the field of biomedicine

Example of multi location application in medical facilities
In the hospital setting, especially in some large medical facilities such as MRI equipment, CT scanning equipment rooms, v.v., there are relatively high requirements for environmental temperature control. Fiber Bragg grating temperature sensors can be distributed at different locations in the equipment room, such as near the heat dissipation ports around the equipment, in the corners of the room walls, near doors and windows, v.v., to achieve accurate measurement of the temperature field distribution inside the room. This helps ensure the temperature stability of the equipment during operation, thereby ensuring that the imaging accuracy and other performance of the equipment are not affected by temperature changes, and the normal service life of the equipment is also guaranteed.
Inside the operating room, it is necessary to have good area control over the entire ambient temperature inside the operating room. Fiber Bragg grating temperature sensors can be installed at multiple points around the operating table, near air conditioning vents, and at the corners of the operating room. This enables accurate zoning measurement of the operating room temperature, and by adjusting air conditioning and other equipment, different functional areas in the operating room can achieve appropriate temperature requirements to ensure smooth surgery and stable physiological status of patients.
Scene of multi-point temperature measurement inside the human body
During the process of cancer hyperthermia, fiber Bragg grating temperature sensors can achieve real-time measurement of tissue temperature at multiple points. Compared to traditional thermometers that are susceptible to electromagnetic radiation interference, fiber optic temperature sensors have advantages. Sensors can be accurately inserted into tumor tissue and its surrounding areas at different positions, while also measuring the temperature of normal tissue and tumor tissue edges, forming multiple temperature measurement points to effectively grasp the tissue heating situation during thermal therapy. Because if the heating temperature of tumor tissue is not sufficient, the therapeutic effect cannot be achieved. Nếu nhiệt độ quá cao, it will damage normal tissue. Multi point monitoring can accurately control the temperature distribution during the thermal therapy process. Đồng thời, the small size of fiber Bragg grating sensors causes minimal damage to human tissues. Their small size, built-in network security production devices, chịu nhiệt độ cao, chống ăn mòn, and high accuracy make it safer and more accurate to provide precise data information about body temperature, local tissue temperature, áp lực, and acoustic fields when measuring multi-point temperatures inside the human body.

Practical Application of Fiber Bragg Grating Temperature Sensor in Temperature Measurement of Generator Stator in Hydropower Station

1、 The limitations of traditional stator temperature measurement methods for hydroelectric power station generators
Ở các trạm thủy điện, temperature monitoring of the generator stator is a key link to ensure the normal operation of the generator. The traditional method of measuring the temperature of the generator stator mainly has the following problems.

The unreliability of using platinum resistance for temperature measurement
For hydroelectric generators, due to long-term exposure to strong magnetic fields and high currents, traditional platinum resistors are often affected by magnetic field interference in such environments, do đó ảnh hưởng đến độ chính xác của phép đo nhiệt độ. Taking a 120MW generator in a certain hydropower station as an example, the use of conventional platinum resistors for temperature measurement of its stator is unreliable. In such a strong electromagnetic environment, the temperature measured by platinum resistors may have significant deviations and cannot accurately reflect the actual temperature changes of the generator stator.
Poor adaptability to harsh environments
The operating environment of hydropower stations is usually harsh, with problems such as high humidity and excessive dust. Ordinary temperature sensors are prone to corrosion, hư hại, and other issues in such environments, which can affect their service life and measurement accuracy. Chẳng hạn, in humid environments, some electronic component type temperature sensors may experience short circuits or decreased insulation performance due to humidity, resulting in malfunction.

2、 Advantages of Fiber Bragg Grating Temperature Sensor Applied to Stator of Hydroelectric Power Plant Generator
Khả năng chống nhiễu điện từ mạnh mẽ
Fiber Bragg grating temperature sensors work based on optical principles and have natural immunity to electromagnetic interference. Under the strong magnetic field environment of the generator, the stator temperature can be measured stably and accurately. Due to its independence from the principle of electromagnetic induction, it is not affected by the surrounding electromagnetic field. Even in areas with high magnetic field strength, such as near the stator winding, accurate temperature data can still be obtained, ensuring the reliability of generator stator temperature monitoring.
Corrosion resistance and adaptability to harsh environments
Fiber Bragg gratings themselves have good corrosion resistance, and their materials have strong resistance to harsh environmental factors such as high humidity and dust. This allows it to operate stably near or inside the stator of a hydroelectric power plant generator for a long time, without the need for frequent replacement and maintenance. Chẳng hạn, when there is water vapor or dust deposited on the sensor around the generator, the fiber optic grating temperature sensor can still sense temperature changes normally and accurately measure them.
Đo lường chính xác cao
Fiber Bragg grating temperature sensors have high temperature resolution and can accurately measure the temperature changes of the generator stator. This helps to detect small changes in stator temperature in a timely manner, which is of great significance for preventing generator failures. Chẳng hạn, sensors can be installed in different parts of the stator, such as the stator core, cuộn dây stato, and other key positions, to accurately monitor the temperature fluctuations in each part and reduce the risk of faults caused by abnormal temperature.

3、 Specific installation and layout of fiber optic grating temperature sensor for temperature measurement of generator stator in hydropower station

Determine the installation position based on the stator structure
On the lower pressure finger structure of the generator stator, a reasonable installation method should be designed according to the structural characteristics of the pressure finger. Chẳng hạn, the fiber Bragg grating temperature sensor can be installed in a position that can directly contact the stator winding or where the temperature best reflects the overall temperature condition of the stator. Sensors can be embedded in the slots of the stator winding or installed in close contact with the stator core to ensure that the sensors can obtain accurate temperature information to the maximum extent possible. Trong khi đó, considering that the stator is a circular structure, sensors should be evenly distributed in the circumferential direction to comprehensively monitor temperature changes at different angles of the stator.
The rationality and safety of wiring methods
For the wiring of optical fibers, due to the complex working environment of generators, it is necessary to ensure the safety and stable transmission of optical fiber lines. Fiber optic cables can be laid along the surface or pre-set channels inside the stator to avoid being scratched by the generator rotor or affected by other moving parts. Đồng thời, it is necessary to provide good protection for optical fibers, such as using armored fibers, to resist external mechanical damage and environmental interference. Collect and analyze temperature data from all sensors by aggregating the optical fibers extracted from each sensor onto monitoring equipment such as fiber Bragg grating demodulator.

4、 Application achievements and impacts of actual cases
Improve the safety and stability of generator operation
Taking a hydropower station as an example, sau khi chuyển đổi hệ thống đo nhiệt độ stator máy phát sang sử dụng cảm biến nhiệt độ cách tử sợi quang, nhiệt độ stator có thể được theo dõi trong thời gian thực và chính xác. Khi tải của máy phát thay đổi hoặc điều kiện vận hành có biến động, xu hướng thay đổi nhiệt độ stato có thể được phát hiện kịp thời để ngăn ngừa xảy ra các lỗi như quá nhiệt. Cải thiện đáng kể sự an toàn và ổn định của hoạt động máy phát điện, giảm số lần ngừng bảo trì do sự bất thường về nhiệt độ, và nâng cao hiệu suất phát điện cũng như lợi ích kinh tế của các nhà máy thủy điện.
Cung cấp mô hình tham khảo cho các trạm thủy điện khác
Trường hợp thành công này có thể cung cấp kinh nghiệm tham khảo thực tế cho các trạm thủy điện tương tự khác. When other hydropower stations upgrade or construct generator stator temperature monitoring systems, they can learn from this method of using fiber optic grating temperature sensors to improve the technical and management level of generator stator temperature monitoring in the entire hydropower industry.

Practical Application of Fiber Bragg Grating Temperature Sensor in Transformer Temperature Measurement

1、 The Importance of Transformer Temperature Measurement and the Defects of Traditional Measurement Methods
（1） The relationship between transformer operation and temperature
The Effect of Temperature on Transformer Components
Đối với máy biến áp, temperature is a key parameter during their operation, as the components of the transformer exhibit different performance at different temperatures. Chẳng hạn, the lifespan of insulation materials in oil immersed transformers mainly depends on temperature, and excessively high temperatures can cause the insulation materials to age. Hơn nữa, trong quá trình vận hành máy biến áp, the temperature distribution of windings is uneven, and overheating faults account for about 63% of the total number of faults. Do đó, accurately measuring the temperature of each part of the transformer is crucial for ensuring its reliable operation.

（2） Shortcomings of Traditional Transformer Temperature Measurement Technology
Inaccurate measurement of winding temperature
When traditional thermal simulation method is used to measure winding temperature, the temperature rise process of the running winding is not exactly the same as the simulation situation, resulting in significant errors. Like traditional winding thermometers, they obtain the superimposed temperature by simulating the top oil temperature of the transformer and the average temperature rise of the winding to the oil. This is only a simulation calculation and cannot accurately measure the hot spot temperature of the transformer winding.
Slow response of oil level thermometer
Traditional oil level thermometers use thermocouples to measure the temperature of transformer oil surface, which has a slow temperature response speed and is difficult to quickly reflect the sudden changes in transformer oil surface temperature. Do đó, they cannot provide accurate temperature basis for operators or automated protection systems in a timely manner, which affects the accurate judgment of transformer operation status.

2、 Advantages of Fiber Bragg Grating Temperature Sensor in Transformer Temperature Measurement

Direct and precise measurement
Fiber Bragg grating temperature sensors have the characteristics of high insulation and are not affected by electromagnetic environment, and can directly measure the changes in the hottest point temperature of transformers. Especially in the hot spots of the internal windings and key heating areas such as the iron core of transformers, temperature changes can be monitored up close and with high precision, and rapid temperature increases can be detected almost without delay. Chẳng hạn, placing fiber Bragg grating temperature sensors adjacent to the winding can directly obtain local temperature change data of the winding, which is extremely important for analyzing the thermal state of the transformer.
Good compatibility and security
In terms of safety, domestic manufacturers have conducted compatibility evaluation and resistance to breakdown and creepage performance evaluation experiments between fiber Bragg grating temperature sensors and transformer oil. The results show that the fiber Bragg grating temperature sensor can meet the safety requirements in practical applications. Its withstand voltage value in transformer oil meets the standards and can coexist with transformer oil for a long time without affecting the performance of the sensor or damaging the performance of transformer oil due to chemical reactions and other factors. After a 168 hour placement test in oil temperature of 105 ° C and a 2-year long-term placement test in transformer oil, the sensor and its related materials showed no cracking and the oil test results were qualified.
Auxiliary decision-making for determining the operating conditions of transformers
By measuring the temperature of transformers through fiber Bragg gratings, operators can use temperature data as a basis to determine the safe load limit and operating conditions of transformers. Chẳng hạn, when a transformer is under short-term overload, the temperature time curve corresponding to the transformer load recorded by the fiber Bragg grating temperature measurement system can be used to promptly start cooling equipment such as cooling fans or oil pumps, and provide reference materials for evaluating the remaining service life of the transformer.

3、 Specific installation methods of fiber Bragg grating temperature sensors in different parts of transformers

Winding location
Cài đặt 2 fiber optic grating temperature sensors on each phase of the high-voltage winding A, B, and C of the transformer, and place 2 fiber optic grating temperature sensors adjacent to the low-voltage winding. Trong quá trình cài đặt, a groove can be cut on the cushion block with a diameter that can accommodate the fiber optic sensor. Sau đó, the sensor can be fixed using transformer industrial adhesive and secured with kraft paper. Sau, the upper and lower surfaces of the slotted cushion block can be bonded using the uncut groove cushion block. Cuối cùng, a wedge can be inserted into the coil to support the space for placing the cushion block. This installation method can evaluate the hot spot temperature of the winding on one hand, và mặt khác, compare whether the temperature measured by two sensors in close proximity to the winding has good consistency.

Iron core and busbar, v.v
Cài đặt 2 sensors on the iron core, and install 1 sensor on each phase of the three-phase busbar. For the installation of sensors in these areas, it is also necessary to consider the fit and fixing method with the components to ensure that the sensors can accurately measure their temperature. Chẳng hạn, the sensor can be fixed on the surface of the iron core or busbar by customizing suitable fixtures or brackets, and insulation protection measures should be taken to prevent short circuits or leakage between the sensor and transformer components. Ngoài ra, installing two sensors on the top and bottom oil temperatures of the transformer can comprehensively monitor the temperature changes of the transformer oil.

4、 Effectiveness verification and operational benefit analysis in practical applications
Accuracy verification of measurement data
In practical application cases, such as the fiber Bragg grating temperature measurement system installed in a 110kV substation in Shenzhen. Experimental results have shown that the fiber Bragg grating temperature measurement system has good fitting performance with traditional temperature measurement instruments, and can fully reflect the operating conditions of transformers during operation. By comparing with the actual operation of transformers and the measurement data of traditional temperature measuring instruments, Cảm biến nhiệt độ cách tử sợi Bragg có thể đo chính xác nhiệt độ của các bộ phận khác nhau của máy biến áp, cung cấp đảm bảo dữ liệu nhiệt độ hiệu quả cho hoạt động an toàn và đáng tin cậy của máy biến áp.

Tăng tuổi thọ thiết bị và nâng cao độ tin cậy vận hành
Do việc giám sát nhiệt độ máy biến áp chính xác và kịp thời bằng cảm biến nhiệt độ cách tử sợi Bragg, nó có thể tránh được một cách hiệu quả các lỗi như lão hóa nhanh của vật liệu cách điện và đoản mạch cuộn dây do máy biến áp quá nóng.. Điều này có thể kéo dài tuổi thọ của máy biến áp và giảm chi phí bảo trì và thay thế máy biến áp. Đồng thời, Giám sát nhiệt độ chính xác cũng cho phép máy biến áp duy trì phạm vi nhiệt độ xác định trong quá trình vận hành, improving the reliability of the entire transformer operation, reducing the probability of unexpected power outages and other accidents, and ensuring the stable operation of the power system.

Practical Application of Fiber Bragg Grating Temperature Sensor in Temperature Measurement of Experimental Equipment

1、 Special requirements for temperature measurement in experimental equipment
High precision measurement requirements
In scientific research and industrial experiments, many experimental equipment require extremely high temperature measurement accuracy. Chẳng hạn, in the field of materials science, small temperature changes during performance testing of certain special materials (such as superconducting materials, nanomaterials, v.v.) may have a significant impact on experimental results. The superconducting transition temperature of superconducting materials is usually in a very low temperature range, and precise temperature measurements at the millikelvin level are required to accurately observe the transition of superconducting properties and their transition temperature range. Fiber Bragg grating temperature sensors have high temperature resolution and can meet the needs of high-precision measurements. Fiber Bragg grating temperature sensors based on phase sensitive detection technology can even achieve ultra-high sensitivity measurements at the sub millikelvin level, thereby accurately grasping the characteristic changes of materials at different temperatures.
Low electromagnetic interference requirements
Near some electronic related experimental equipment, such as electron microscopes, mass spectrometers, v.v., there are precision electronic components and complex electromagnetic environments inside. If normal temperature measurement tools are sensitive to electromagnetic interference, it will affect their measurement accuracy or cause interference to the equipment itself. Fiber Bragg grating temperature sensors are naturally immune to electromagnetic interference due to the use of optical signals for temperature sensing. They can accurately measure temperature around these experimental equipment that require strict electromagnetic environments without interfering with the operation of the equipment.
Convenience of simultaneous measurement at multiple points
Some large experimental equipment, such as large wind tunnel experimental equipment, car collision test equipment, v.v., have uneven temperature field distribution inside. Cần theo dõi đồng thời nhiệt độ ở nhiều vị trí khác nhau để hiểu một cách toàn diện sự phân bố nhiệt độ bên trong thiết bị và ảnh hưởng của nó đến kết quả thí nghiệm. Cảm biến nhiệt độ cách tử Bragg có thể được chế tạo trên một sợi quang duy nhất với nhiều cảm biến cách tử có bước sóng khác nhau, mỗi cảm biến tương ứng với một mã. Thông qua công nghệ ghép kênh phân chia bước sóng, lên đến 20 Cảm biến cách tử Bragg sợi có thể được kết nối nối tiếp trên một sợi quang, giúp thuận tiện cho việc đo nhiệt độ đa điểm ở các bộ phận khác nhau của thiết bị thí nghiệm và giảm thiểu độ phức tạp của hệ thống dây đo.

2、 Ưu điểm của cảm biến nhiệt độ cách tử Fiber Bragg cho các đặc tính của thiết bị thí nghiệm
Thích nghi với môi trường đặc biệt
Trong một số môi trường thí nghiệm đặc biệt, such as corrosive gas environments in chemical laboratories or ultra-high temperature and high pressure environments in high-temperature and high-pressure reaction vessels, fiber Bragg grating temperature sensors have strong adaptability. Its corrosion resistance, khả năng chịu áp lực cao, and ability to operate normally in relatively harsh environments make it suitable for use in these special experimental equipment. Chẳng hạn, in corrosive gas environments, there is no need to worry about the sensor being corroded and affecting measurement accuracy. It can also accurately measure temperature in high-temperature and high-pressure reactors, unlike traditional metal temperature sensors that may deform, be damaged, or have inaccurate readings due to high temperature and pressure.
Small size and flexibility
Cảm biến nhiệt độ cách tử sợi Bragg có thể tích nhỏ và tính linh hoạt cao, cho phép lắp đặt chúng trên một số thiết bị thí nghiệm có không gian hạn chế hoặc trong không gian hẹp bên trong thiết bị thí nghiệm. Chẳng hạn, bên trong thiết bị Lab-on-a-Chip, do không gian cực kỳ nhỏ, cảm biến nhiệt độ thông thường có thể không cài đặt được. Tuy nhiên, Cảm biến nhiệt độ cách tử sợi Bragg có thể dễ dàng lắp đặt bên trong thiết bị với kích thước nhỏ, đạt được sự giám sát nhiệt độ của môi trường vi mô bên trong thiết bị, từ đó cung cấp hỗ trợ dữ liệu nhiệt độ cho việc nghiên cứu các phản ứng hóa học hoặc sinh học bên trong chip.

3、 Ví dụ ứng dụng trong các loại thiết bị thí nghiệm khác nhau
Thiết bị thí nghiệm sinh học
Trong vườn ươm sinh học, precise control and monitoring of the internal temperature environment are required to facilitate the growth and reproduction of microorganisms or cells. Fiber Bragg grating temperature sensors can be installed at different levels or corners inside the incubator to accurately measure the temperature in different areas. In some biomedical imaging devices, such as those involved in studying temperature changes in biological tissues (such as temperature detection of biological tissues during laser hyperthermia), fiber Bragg grating temperature sensors can approach biological tissues in a non-invasive or minimally invasive manner and measure their temperature changes, providing accurate local temperature data to meet the needs of biomedical research. Độ chính xác của nó có ý nghĩa lớn trong việc nghiên cứu các phản ứng sinh lý của mô, v.v.
Thiết bị thí nghiệm vật lý
Giám sát môi trường nhiệt độ cực thấp là rất quan trọng trong các phòng thí nghiệm vật lý nhiệt độ thấp. Cảm biến nhiệt độ cách tử sợi Bragg có thể được sử dụng để đo nhiệt độ xung quanh và bên trong các thiết bị nhiệt độ thấp như thiết bị làm mát bằng heli lỏng, hệ thống làm mát nam châm siêu dẫn, v.v. Trong thiết bị thí nghiệm vật lý năng lượng cao, chẳng hạn như máy gia tốc hạt lớn, có rất nhiều thiết bị điện tử và linh kiện siêu dẫn bên trong, và theo dõi nhiệt độ trong quá trình hoạt động là rất quan trọng. Cảm biến nhiệt độ cách tử sợi Bragg có thể đo chính xác nhiệt độ của các bộ phận khác nhau trong môi trường điện từ mạnh phức tạp bên trong máy gia tốc, đảm bảo hoạt động bình thường của thiết bị.
Thiết bị thí nghiệm hóa học
For reaction vessels in chemical synthesis experiments, especially in high-temperature and high-pressure reaction processes, fiber Bragg grating temperature sensors can be installed inside or on the walls of the reaction vessel to monitor the reaction temperature in real time. In gas chromatography or liquid chromatography, fiber Bragg grating temperature sensors can be used for precise control and monitoring of the column temperature inside the instrument, as the column temperature directly affects the separation efficiency and analysis results of the sample. Through high-precision temperature measurement, the accuracy and reliability of chemical analysis can be improved.

 

3、Practical Application of Distributed Fiber Optic Temperature Sensor

Ứng dụng của Distributed Fiber Optic Temperature Sensor in Long Distance Pipeline Temperature Measurement

1、 The demand and challenges of long-distance pipeline temperature measurement
Long distance pipelines play a crucial role in many industries, such as oil transmission pipelines and natural gas transmission pipelines. Accurately understanding the temperature conditions of these long-distance pipelines is a key factor in ensuring their safe and efficient operation. Due to the possibility of pipelines crossing various complex geographical environments such as mountains, deserts, sông, v.v., traditional temperature measurement methods face many challenges. Traditional point sensors are difficult to achieve comprehensive and continuous monitoring of long-distance pipelines, and are costly and difficult to maintain in long-distance layouts; Hơn nữa, long-distance pipelines may face different geological and climatic influences, which can easily lead to abnormal local temperature changes. Chẳng hạn, the thermal conductivity characteristics of the geological layers through which the pipeline passes may be different, or there may be temperature differences in some parts of the pipeline under sunlight and shadow. Traditional sensors cannot quickly and accurately reflect these changes.

2、 The principle of distributed fiber optic temperature sensor
The working principle of distributed fiber optic temperature sensors is based on the scattering effects of various fibers, mainly including Raman scattering, Tán xạ Brillouin, v.v. Under the principle of Raman scattering, when a laser pulse is sent into an optical fiber, the laser interacts with molecules in the fiber to produce Raman scattering light, including Stokes light and Anti Stokes light. Stokes light is temperature insensitive, while the intensity of anti Stokes light is temperature dependent and has different wavelengths. By measuring the ratio of Anti Stokes to Stokes intensity, accurate temperature information can be obtained. When based on the principle of Brillouin scattering, temperature information can also be obtained by detecting parameters such as the frequency shift of Brillouin scattering light. Ngoài ra, these sensors can also measure the echo time of scattered signals based on optical time domain reflectometry (OTDR) Công nghệ, thereby determining the specific positions of different scattering points on the optical fiber and obtaining the temperature distribution along the entire fiber path. Chẳng hạn, using this technology can enable distributed fiber optic sensors to measure temperature changes at numerous locations along a long pipeline, obtaining a detailed pipeline temperature “hồ sơ”.

3、 Practical application cases and advantages
Detecting pipeline leaks
Chẳng hạn, in the case of oil pipeline engineering, a long-distance oil pipeline stretches for hundreds of kilometers, and once a leak occurs, it is often accompanied by abnormal temperature changes. Distributed fiber optic temperature sensors can accurately locate the possible leakage location in real time (the positioning accuracy can reach meter level or even better according to the actual system), because the oil leakage at the leakage point will change the surrounding temperature distribution. The sensor sensitively captures temperature changes, allowing workers to quickly take measures to avoid large-scale oil leakage causing environmental pollution and economic losses.
The advantage lies in the fact that compared to traditional leak detection methods such as pressure balance, distributed fiber optic temperature sensors are based on temperature detection and are not affected by complex fluid pressure changes in pipelines. They can effectively monitor slow or small leaks.
Distinguish pipeline operation parameters
In terms of natural gas transmission pipelines, changes in parameters such as flow rate and pressure during pipeline operation are often correlated with temperature. Through distributed continuous measurement of pipeline temperature, the operational status of the pipeline can be indirectly inferred. Chẳng hạn, when the flow rate is normal, the temperature distribution of the pipeline will be in a relatively stable range; If an abnormal increase or decrease in temperature is detected in a certain section of the pipeline, it may indicate that the internal airflow is obstructed or there is external interference (such as third-party construction damaging the pipeline insulation layer), which can help adjust the operation strategy in a timely manner and ensure the safe and efficient transportation of the pipeline.
Its advantages are reflected in the fact that this method of discriminating other operating parameters based on temperature measurement is a non-invasive detection method that does not change the physical properties of the flow inside the pipeline and has minimal interference with normal operation; Và nó có thể thu được dữ liệu toàn diện và thời gian thực (dọc theo toàn bộ đường cảm biến sợi quang), cung cấp sự phản ánh toàn diện và trực quan về trạng thái vận hành đường ống.
Ngăn chặn các rủi ro khác nhau gây hại cho đường ống
Khi đường ống dẫn dầu đi qua vùng có hoạt động địa chấn hoặc vùng bị lở đất, thiên tai như động đất, lở đất có thể gây biến dạng đường ống và gia tăng ứng suất cục bộ, có thể tạo ra nhiệt và được theo dõi bởi các cảm biến nhiệt độ sợi quang phân tán. Ngoài ra, ở những khu vực thường xuyên bị bên thứ ba can thiệp (chẳng hạn như trộm dầu và cố gắng làm hỏng đường ống), thường có dấu hiệu thay đổi nhiệt độ trước khi đường ống bị hư hỏng (chẳng hạn như sự thay đổi cục bộ về nhiệt độ dầu do hoạt động khoan trộm dầu gây ra).
Ưu điểm nằm ở chỗ so với các phương pháp lắp đặt cảm biến riêng lẻ tại các vị trí cụ thể truyền thống để theo dõi tác động của các rủi ro khác nhau trên đường ống, việc giám sát lâu dài và liên tục các cảm biến nhiệt độ sợi quang phân tán có thể phát hiện các vấn đề tiềm ẩn trong giai đoạn đầu của các mối nguy hiểm khác nhau trong đường ống, do đó thích ứng với môi trường rủi ro phức tạp và thay đổi linh hoạt của các đường ống đường dài.

Ứng dụng của Cảm biến nhiệt độ sợi quang phân tán trong đo nhiệt độ khay cáp

1、 Tầm quan trọng của việc đo nhiệt độ máng cáp
Máng cáp là hạ tầng mang và bảo vệ cáp, và được sử dụng rộng rãi trong truyền tải điện và bố trí cơ sở điện. Trong quá trình vận hành, cáp tạo ra nhiệt do khả năng mang dòng điện của chính chúng. If the heat dissipation conditions are poor, the cable layout is too dense, or there are cable joint faults, it is easy to cause excessive temperature. Excessive temperature of cables in cable trays can bring many risks, such as accelerating the aging of cable insulation and reducing the service life of cables; Trong trường hợp nặng, it may cause fires, especially in places where power facilities are concentrated (chẳng hạn như trạm biến áp, large industrial plants, v.v.). Once cables catch fire, it can easily cause power outages, affect production and life, and endanger personnel safety and equipment asset safety.

2、 The Implementation of Distributed Fiber Optic Temperature Sensor Principle in Cable Tray Temperature Measurement
In the temperature measurement scenario of cable trays, distributed fiber optic temperature sensors still mainly use the principle of Raman scattering. When optical fibers are installed near cable trays or laid between cables, the intensity of anti Stokes light in Raman scattering changes due to changes in ambient temperature, allowing for accurate measurement of temperature information. Due to the small and flexible nature of optical fibers, they can be easily laid inside or along the edges of cable trays, and can adapt well to different shapes and curvatures of cable trays, thereby achieving comprehensive and flexible temperature monitoring of cables on cable trays.

3、 Application methods and effects
Real time monitoring and early warning
Chẳng hạn, in cable trays of some large commercial buildings or data centers, distributed fiber optic temperature sensors achieve 24-hour uninterrupted real-time monitoring. When there is an abnormal increase in cable temperature (such as a cable joint starting to heat up due to loose contact), the sensor can promptly capture small temperature changes (độ phân giải nhiệt độ có thể đạt tới 0.5 ℃ or higher accuracy) and immediately send alarm information to the monitoring system. Different levels of temperature alarm thresholds can be set, such as setting a lower alarm temperature for general overload and a higher level alarm for approaching the temperature of cable insulation damage.
Enable operation and maintenance personnel to detect potential hazards in advance and take timely response measures, such as adjusting cable loads, repairing faulty joints, v.v., to avoid continuous temperature rise causing fires or cable damage.
Multi point measurement and precise positioning
Multiple cables are often laid in parallel on cable trays, and distributed fiber optic temperature sensors can be installed along the trays to achieve multi-point measurement. Chẳng hạn, for a cable tray that is tens or even hundreds of meters long, sensors can obtain the temperature of each corresponding cable (or cable segment, cable joint, v.v.) through different positions on the optical fiber, and can locate which cable or cable position is experiencing temperature problems. The positioning accuracy can reach meter level or even higher.
This is crucial for large cable tray systems, especially those facilities that contain complex cable layouts (such as cable tunnel tray systems in large substations), as it can reduce the time and labor costs of troubleshooting, allowing for quick and effective handling of problematic cables.
Adapt to complex environments
Distributed fiber optic temperature sensors can work normally in both indoor cable tray environments with electrical interference and outdoor cable tray environments that may be affected by factors such as wind, cơn mưa, và sự thay đổi nhiệt độ. The electrical insulation, chống nhiễu điện từ, and good corrosion resistance of optical fibers enable sensors to be unaffected by electromagnetic interference generated by electrical equipment near the bridge, and also have good adaptability to harsh weather environments or corrosive substances such as anti-corrosion paint on the bridge itself.
In some chemical industrial plants, cable trays may have corrosive gases or high humidity environments. Distributed fiber optic temperature sensors can ensure long-term stable temperature monitoring and safeguard the safe operation of cables.

Ứng dụng của distributed fiber optic temperature sensor in temperature measurement of bus duct

1、 The structural characteristics of busbar trunking and the necessity of temperature measurement
Bus duct is an efficient device for transporting electrical energy, consisting of copper or aluminum bus columns, mainly used to distribute electrical energy to various components of a distributed system. The internal current of the bus duct is relatively high, and heat will be generated during operation due to various reasons. Chẳng hạn, if there is poor contact at the connection point of the bus duct, according to Joule’s law, an increase in resistance at the connection point will generate more heat under constant current; Hoạt động quá tải trong thời gian dài hoặc điều kiện tản nhiệt kém của ống dẫn thanh cái cũng có thể dẫn đến nhiệt độ cao cục bộ. Khi nhiệt độ của ống dẫn xe buýt quá cao, nó có thể đốt cháy các vật liệu dễ cháy xung quanh, gây cháy và gây nguy hiểm cho sự an toàn của con người và tài sản; Nhiệt độ quá cao cũng có thể khiến nhiệt độ của vỏ và các bộ phận khác của ống dẫn xe buýt tăng lên. Nếu nhân viên tiếp xúc với ống dẫn xe buýt quá nóng mà không biết, tai nạn an toàn như bỏng có thể xảy ra, đặc biệt là ở các khu công nghiệp hoặc các tòa nhà thương mại đông dân cư, nơi rủi ro này cần được xem xét nghiêm túc; Ngoài ra, nhiệt độ quá cao cũng có thể ảnh hưởng đến hiệu suất và tuổi thọ của ống dẫn xe buýt, không có lợi cho hoạt động bình thường của thiết bị. Vì thế, it is necessary to monitor the temperature of the bus duct.

2、 Temperature measurement mechanism of distributed fiber optic temperature sensor
Distributed fiber optic temperature sensor is based on Raman scattering for temperature measurement of bus ducts. After installing optical fibers near the bus duct, when the bus duct generates heat and causes temperature changes around the fiber, the anti Stokes intensity in Raman scattering light changes. Based on the pre calibrated relationship between temperature and intensity, giá trị nhiệt độ có thể được đo chính xác. And with the help of optical time domain reflection technology, the position of each temperature measurement point on the optical fiber can be determined, thereby accurately obtaining the temperature distribution at different positions of the bus duct (such as bus duct joints, các phần khác nhau của ống dẫn xe buýt, v.v.). Trong khi đó, do các sợi quang được đặt liên tục trong các cảm biến nhiệt độ sợi phân tán, có thể đạt được phép đo phân bố liên tục về nhiệt độ ống dẫn xe buýt.

3、 Hiệu quả và giá trị ứng dụng
Giám sát nhiệt độ thời gian thực và đảm bảo an toàn
Trong hệ thống thanh cái của các nhà máy công nghiệp hoặc tòa nhà thương mại, cảm biến nhiệt độ sợi quang phân tán có thể theo dõi nhiệt độ của thanh cái trong thời gian thực. Lấy hệ thống bus bus hệ thống cấp điện của một nhà máy lớn làm ví dụ, nếu một phần ống dẫn thanh cái nhất định gặp phải sự gia tăng dòng điện và nhiệt độ do sự lão hóa của một số bộ phận trong quá trình hoạt động lâu dài, cảm biến có thể phát hiện ngay sự thay đổi nhiệt độ. Khi nhiệt độ đạt đến ngưỡng an toàn được cài đặt sẵn (chẳng hạn như đặt trước ngưỡng báo động cho nhiệt độ chịu nhiệt của vật liệu cách nhiệt thanh cái), hệ thống sẽ nhanh chóng đưa ra tín hiệu báo động.
Điều này cải thiện đáng kể sự an toàn của hoạt động ống dẫn xe buýt, tránh hỏa hoạn hoặc các tai nạn an toàn khác do nhiệt độ cao ở địa phương gây ra, và bảo đảm có hiệu quả sự an toàn tính mạng, tài sản của nhân viên.
Hỗ trợ vận hành và bảo trì thông minh
Tại nhiều cơ sở cung cấp điện, bảo trì ống dẫn xe buýt là một nhiệm vụ quan trọng. Dữ liệu nhiệt độ được cung cấp bởi các cảm biến nhiệt độ sợi quang phân tán giúp vận hành và bảo trì thông minh. Chẳng hạn, bằng cách liên tục thu thập dữ liệu nhiệt độ của ống dẫn ở các khoảng thời gian khác nhau và dưới các tải trọng khác nhau, một mô hình thay đổi nhiệt độ có thể được thiết lập. Bằng cách sử dụng những dữ liệu này, it is possible to predict the location of potential faults in the bus duct (such as long-term locations with large temperature fluctuations or high temperatures that may be potential fault points), and operation and maintenance personnel can arrange targeted preventive maintenance work based on this, rather than waiting until the fault occurs for repair.
Thereby improving the reliability of bus ducts, extending the service life of equipment, reducing power outage losses and maintenance costs caused by sudden failures, and enhancing the stability of the entire power supply system.
Meet special environmental requirements
In some special environments, such as industrial sites with explosion-proof requirements, temperature monitoring of bus ducts requires special sensors. The fiber optic of distributed fiber optic temperature sensors has inherent safety, chống nhiễu điện từ, và chống ăn mòn, making them very suitable for temperature measurement in such environments. Because it can withstand electromagnetic interference and corrosive substances in the environment, while avoiding the risk of explosion caused by electric sparks like traditional electronic sensors.
Distributed fiber optic temperature sensors can also work reliably for temperature monitoring of bus ducts in special environments such as offshore platforms and underground mines, ensuring the safe operation of bus ducts.

Ứng dụng của Distributed Fiber Optic Temperature Sensor in Oil Pipeline Temperature Measurement

1、 Characteristics and temperature measurement significance of oil pipelines
Oil pipelines play a crucial role as a link in the extraction, Giao thông vận tải, and storage of oil. Dầu mỏ có đặc tính nguy hiểm như dễ cháy, nổ. Khi đường ống có vấn đề, chẳng hạn như rò rỉ hoặc vỡ đường ống do nhiệt độ cao, nó có thể gây ra hàng loạt tai nạn an toàn nghiêm trọng, như cháy nổ, không chỉ gây thiệt hại lớn về kinh tế mà còn đe dọa nghiêm trọng đến môi trường và con người.. Ngoài ra, Trạng thái dòng chảy và tính chất lý hóa của dầu trong đường ống thường liên quan mật thiết đến nhiệt độ. Chẳng hạn, thay đổi nhiệt độ có thể ảnh hưởng đến độ nhớt của dầu, từ đó ảnh hưởng đến khả năng vận chuyển của đường ống; Ở các giai đoạn phát triển khác nhau của hồ chứa, từ giếng dầu đến đường ống thu gom và vận chuyển, có nhiều phạm vi nhiệt độ dầu bình thường khác nhau. Mastering these temperature information can help optimize production and transportation plans.

2、 Measurement principle and technical characteristics of distributed fiber optic temperature sensor
Distributed fiber optic temperature sensors still use the principle of Raman scattering or Brillouin scattering in oil pipeline temperature measurement. In terms of Raman scattering, when a light pulse is transmitted in an optical fiber, it interacts with fiber molecules to produce Raman scattering light. The anti Stokes intensity is modulated by temperature, and its ratio to the Stokes intensity can reflect temperature information. For Brillouin scattering, temperature data is obtained based on the correspondence between Brillouin frequency shift and temperature; And accurately locate the positions of various temperature measurement points on the optical fiber through optical time domain reflection technology. Distributed optical fibers have the ability to measure continuously over long distances and can fully cover the long-term layout of oil pipelines, enabling dynamic monitoring of temperature along the pipeline.

3、 Specific application achievements and unique value
Giám sát nhiệt độ bể chứa dầu
In terms of oil storage tanks, traditional temperature monitoring methods require placing a large number of temperature sensors in the tanks, which not only results in high costs, but also has problems such as high errors and difficult maintenance. When using distributed fiber optic temperature sensors, only one fiber optic cable needs to be buried in the storage tank to monitor the temperature inside the entire tank.
This not only saves sensor costs and layout space, mà còn cải thiện độ chính xác và độ tin cậy của việc giám sát, which is conducive to timely understanding the temperature status of oil in the storage tank, avoiding danger caused by abnormal temperature, such as excessive temperature that may increase oil evaporation and increase safety risks.
Refinery pipeline temperature monitoring
Có một số lượng lớn các thiết bị và đường ống nhiệt độ cao trong các nhà máy lọc dầu, and traditional temperature monitoring methods require the installation of many sensors and are difficult to maintain and replace. Distributed fiber optic temperature sensors are different from traditional methods, as they only require burying one fiber optic cable to monitor the temperature of the entire pipeline network inside the refinery.
Accurately grasping the temperature changes during the petroleum processing in pipelines, such as temperature control in processes such as crude oil heating and refining and various oil separation, là rất quan trọng. Dựa trên dữ liệu được cung cấp bởi các cảm biến nhiệt độ sợi quang phân tán, các thông số quy trình có thể được tối ưu hóa để nâng cao hiệu quả tinh chế đồng thời đảm bảo an toàn.
Giám sát gradient nhiệt độ từ đáy giếng dầu đến đầu giếng
Về giếng dầu, Cảm biến nhiệt độ sợi quang phân tán có thể thu được dữ liệu gradient nhiệt độ chi tiết từ đáy giếng đến đầu giếng sau khi đặt sợi quang dọc theo ống giếng dầu. Điều này rất có giá trị cho kỹ thuật hồ chứa, Ví dụ, bằng cách phân tích đường cong gradient nhiệt độ, thông tin như điều kiện giữa các lớp dầu và mô hình dòng chảy của chất lỏng bên trong các lớp dầu có thể được xác định.
Trong giếng phun nước, it is also possible to understand the interaction between the temperature changes of injected water at different depths and the formation temperature, in order to improve water injection strategies, enhance oil recovery efficiency, and protect oil reservoirs.

Ứng dụng của Distributed Fiber Optic Temperature Sensor in Heating Pipeline Temperature Measurement

1、 Operation characteristics and temperature measurement requirements of heating pipelines
Heating pipelines are an important component of urban heating systems that transport thermal energy such as hot water or steam. During the winter heating period, the heating pipeline continues to operate, and the temperature of the hot water or steam inside the pipeline is high and greatly affected by the external environmental temperature. Chẳng hạn, in the cold winter, heating pipelines need to pass through various areas with low external environmental temperatures such as the ground and underground. If the insulation effect of the pipeline is poor or the pipeline malfunctions (such as pipeline corrosion, Sự rò rỉ, v.v.), it will cause heat loss, resulting in a decrease in heating efficiency and energy waste. Hơn nữa, local overheating or excessive temperature of heating pipelines may damage the insulation layer of the pipelines or the structure of the pipelines themselves (such as temperature stress causing pipeline expansion, biến dạng, and rupture), leading to safety hazards such as leaks. Do đó, accurate monitoring of the temperature of heating pipelines is crucial for ensuring heating quality, tiết kiệm năng lượng, and ensuring safe system operation.

2、 Adaptability of the working principle of distributed fiber optic temperature sensors
Distributed fiber optic temperature sensors work using Raman scattering or Brillouin scattering principles, making them highly suitable for temperature measurement needs in heating pipelines. When the temperature around the heating pipeline changes, the scattering characteristics in the optical fiber also change, and temperature information can be obtained by measuring the ratio of Anti Stokes to Stokes intensity (nguyên lý tán xạ Raman) or detecting the frequency shift of Brillouin scattering light (Brillouin scattering principle). Hơn nữa, bằng cách sử dụng công nghệ phản xạ miền thời gian quang học để xác định vị trí các điểm đo nhiệt độ trên sợi quang, Có thể đạt được sự phát hiện phân bố nhiệt độ của toàn bộ đường ống sưởi ấm. Và sợi quang có thể được đặt thuận tiện bên ngoài hoặc bên trong đường ống sưởi ấm (chẳng hạn như đưa trước các sợi quang vào đường ống trong quá trình sản xuất đường ống, tất nhiên rồi, đặt chúng bên ngoài tương đối thuận tiện cho việc bảo trì và lắp đặt sau này), đạt được giám sát nhiệt độ bao phủ toàn diện của đường ống sưởi ấm.

3、 Hiệu quả thực tế trong đường ống sưởi ấm
Phát hiện và định vị nhanh các dị thường về nhiệt độ
Nếu đường ống sưởi ấm gặp phải sự thay đổi nhiệt độ bất thường tại một vị trí cục bộ do sự co giãn bên trong, tác động cơ học bên ngoài, or damage to the insulation layer (such as local overheating or sudden temperature drops), distributed fiber optic temperature sensors can quickly detect this temperature difference. Chẳng hạn, in a large-scale urban heating network, if a certain section of the underground heating pipeline is accidentally damaged by construction machinery, the temperature around the pipeline will rapidly drop, and the sensor can capture this change in a timely manner.
And accurately locate the location where abnormal temperatures occur (the positioning accuracy can reach meter level accuracy according to the actual system), which allows heating companies to quickly dispatch maintenance personnel for repairs, reduce heat loss, minimize the impact on user heating, and avoid greater safety issues caused by continuous pipeline damage.
Tối ưu hóa vận hành hệ thống sưởi và tiết kiệm năng lượng
Giám sát nhiệt độ liên tục của đường ống sưởi ấm thông qua các cảm biến nhiệt độ sợi quang phân tán có thể thu thập một lượng lớn dữ liệu về nhiệt độ đường ống, bao gồm sự thay đổi nhiệt độ trong các khoảng thời gian và khu vực khác nhau. Chẳng hạn, dựa trên những dữ liệu nhiệt độ này, Có thể vẽ bản đồ nhiệt độ của mạng lưới đường ống sưởi ấm để hiểu tổn thất truyền nhiệt của từng phần của đường ống sưởi ấm.
Các công ty sưởi ấm có thể điều chỉnh sự phân bổ dòng chảy của hệ thống sưởi ở đầu gần và đầu xa dựa trên những dữ liệu này, tối ưu hóa các thông số vận hành của máy bơm sưởi ấm, từ đó đạt được sự phân phối nhiệt hợp lý, nâng cao hiệu quả sưởi ấm, và giảm lãng phí năng lượng. Đồng thời, it is also possible to predict in advance the parts of the pipeline that may need maintenance or replacement based on temperature data, achieving preventive maintenance and extending the service life of the pipeline.

Application of Distributed Fiber Optic Temperature Sensor in Submarine Cable Temperature Measurement

1、 The special environment and temperature measurement requirements of submarine optical cables
Submarine optical cables are used to achieve important functions such as intercontinental communication connections, and they are located in complex and harsh underwater environments. The water pressure on the seabed is enormous, and seawater has a corrosive effect on optical cables. Ngoài ra, factors such as seabed temperature and geological movements constantly affect the condition of optical cables. Temperature is a very important parameter for submarine optical cables, as temperature changes can cause changes in the optical properties of the fiber, such as fluctuations in the refractive index of the fiber with temperature changes, which can interfere with the transmission of optical signals. Ngoài ra, submarine optical cables may experience temperature anomalies due to external environmental thermal erosion (such as submarine volcanic activity, hydrothermal vents, and other ocean current factors) or the generation of heat during their own operation (such as the heat generated by current during signal transmission). Nếu nhiệt độ quá cao, it can affect the service life of the optical cable, và trong trường hợp nặng, it may cause damage to the optical cable and communication interruption. Do đó, accurate monitoring of the temperature of submarine optical cables is crucial for ensuring their normal operation and maintaining communication security.

2、 Principle and deployment characteristics of distributed fiber optic temperature sensors
Similar to other application scenarios, phân phối cảm biến nhiệt độ sợi quang are mainly based on Raman scattering or Brillouin scattering principles for temperature measurement in submarine cables. Under the principle of Raman scattering, temperature information is obtained by measuring the ratio of Stokes light intensity to anti Stokes light intensity; Under the principle of Brillouin scattering, temperature is determined by the relationship between Brillouin frequency shift and temperature. The deployment of optical fibers in submarine cables can utilize the existing optical fibers for temperature monitoring (tức là. sharing a portion of the fiber segment for sensing and communication functions), or a dedicated bundle of optical fibers for temperature detection can be laid. Cleverly, this distributed fiber optic temperature sensor can achieve continuous temperature measurement along the entire length of the submarine cable, and accurately locate any location where temperature anomalies occur using optical time domain reflection technology.

3、 The application value in actual operation and protection
Early warning and maintenance of faults
When the submarine optical cable is about to fail due to external interference (such as scratching the submarine optical cable by fishing trawling operations, or stress applied to the optical cable by submarine crustal activity), small temperature changes are often generated inside or outside the cable structure (such as heat generated by stress, frictional heat generated by internal structural deformation, v.v.). Distributed fiber optic temperature sensors can sensitively capture these initial temperature anomalies. Chẳng hạn, in a transoceanic submarine cable communication project, if a submarine earthquake occurs nearby, although the initial vibration may be small, it may have already caused potential stress or slight structural damage to the submarine cable, resulting in temperature changes.
Sensors can detect these changes in advance and send warning signals to the ground monitoring center in a timely manner. Operations personnel can take protective measures before faults occur, such as adjusting signal transmission protocols to avoid signal transmission being affected, or sending maintenance ships to the sea area where faults may occur for inspection and reinforcement of optical cables.
Monitor areas with thermal anomalies to ensure smooth operation
There are some areas of thermal anomalies on the seabed, such as submarine volcanoes, hydrothermal activity zones, v.v. When submarine cables pass through these areas, if the thermal effect is too strong, it may damage the cables. Distributed fiber optic temperature sensors continuously monitor the temperature changes of optical cables in these areas. Once the temperature approaches or exceeds the critical temperature that the optical cable can withstand (ngưỡng nhiệt độ an toàn khác nhau được đặt theo vật liệu thiết kế và thông số của cáp quang).
Nó sẽ kích hoạt cảnh báo và hướng dẫn nhân viên vận hành và bảo trì thực hiện các biện pháp đặc biệt, chẳng hạn như tăng cường các biện pháp làm mát cáp quang trong khu vực (chẳng hạn như sử dụng các thiết bị tuần hoàn nước biển, v.v.), đảm bảo tuyến cáp quang biển cũng có thể hoạt động bình thường, an toàn ở những vùng có hiện tượng dị thường về nhiệt., qua đó đảm bảo sự ổn định của thông tin liên lạc quốc tế.

Cảm biến nhiệt độ sợi quang, Hệ thống giám sát thông minh, Nhà sản xuất cáp quang phân phối tại Trung Quốc