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強電磁場下的溫度測量。高頻與微波加熱方法受到人們重視,正在向如下領域逐漸擴展:金屬的高頻熔煉、焊接與淬火、橡膠的硫化、木材與織物的烘干以及制藥、化工,甚至家庭烹調(diào)等。光纖測溫技術在這些領域中有著絕對優(yōu)勢,因為它既無導電部分引起的附加升溫,又不受電磁場的干擾。

高壓電器的溫度測量。最典型的應用是高壓變壓器繞阻熱點的溫度測量。英國電能研究中心從20世紀70年代中期就開始潛心研究這一課題,起初是為了故障診斷與預報,后來又用于計算機電能管理的應用,轉(zhuǎn)入了安全過載運行,使系統(tǒng)處于最佳功率分配狀態(tài)。另一類應用的場合是各種高壓裝置,如發(fā)電機、高壓開關、過載保護裝置,甚至架空電力線和地下電纜等。

易燃易爆物的生產(chǎn)過程與設備的溫度測量。光纖傳感器在本質(zhì)上是防火防爆器件,它不需要采用隔爆措施,十分安全可靠。與電學傳感器相比,既能降低成本又能提高靈敏度。例如,大型化工廠的反應罐工作在高溫高壓狀態(tài),反應罐表面溫度特性的實時監(jiān)測可確保其正確工作,將光纖沿反應罐表面鋪設成感溫網(wǎng)格,這樣任何熱點都能被監(jiān)控,可有效地預防事故發(fā)生。

高溫介質(zhì)的溫度測量。在冶金工業(yè)中,當溫度高于1300℃或1700℃時,或者溫度雖不高但使用條件惡劣時,尚存在許多測溫難題。充分發(fā)揮光纖測溫技術的優(yōu)勢,其中有些難題可望得到解決。例如,鋼液、鐵液及相關設備的連續(xù)測溫問題,高爐爐體的溫度分布等,有關這類研究國內(nèi)外都正在進行之中。

橋梁安全檢測。國內(nèi)在大橋安全檢測項目中,采用了光纖光柵傳感器,檢測大橋在各種情況下的應力應變和溫度變化情況。在大橋選定的端面上布設了8個光纖光柵應變傳感器和4個光纖光柵溫度傳感器,其中8個光纖光柵應變傳感器串接為1路,4個溫度傳感器串接為1路,然后由光纖傳輸?shù)綐蚬芩?實現(xiàn)大橋的集中管理。從測試結果來看,光纖光柵傳感器所取得的測試數(shù)據(jù)與預期結果一致。

鋼液澆鑄檢測。連鑄機在澆鑄時,為防止鋼液被氧化、提高質(zhì)量,希望鋼液在與空氣完全隔絕的狀態(tài)下,從大包流到中間包。但實際上,在大包澆鑄完時,是由操作員目視判斷渣是否流出,因而在大包澆鑄結束前5~10分鐘之間,密閉狀態(tài)已破壞。為了防止鑄坯質(zhì)量劣化及錯誤判斷漏渣,研制出光纖漏渣檢測裝置。

2、無源實時監(jiān)測、電絕緣、防爆性好

3、體積小,重量輕,可繞曲

4、靈敏度高,使用壽命長

5、傳輸距離遠,維護方便

1、電磁/射頻環(huán)境,傳統(tǒng)的測溫方法受到嚴重干擾無法正常工作;

2、對精度、靈敏度,或者壽命、穩(wěn)定/可靠性等有特別高的要求;

3、安裝環(huán)境狹小,對傳感器尺寸有特殊要求;

4、易燃易爆、腐蝕環(huán)境,對安全性/耐腐蝕性有特殊要求。

5、雷擊,野外等惡劣環(huán)境中。

6、測試現(xiàn)場能源供應不方便的地方。

1、相位調(diào)制型光纖溫度傳感器,如馬赫-澤德爾mz干涉儀,fp法布里珀羅干涉儀,光纖光柵溫度傳感器另外還有幅度調(diào)制型,如微彎損耗調(diào)制偏振調(diào)制型等:雙元液晶測溫

2、熱輻射光纖溫度傳感器,利用光纖內(nèi)產(chǎn)生的熱輻射來傳感溫度,它是以光纖纖芯中的熱點本身所產(chǎn)生的黑體輻射現(xiàn)象為基礎的。如藍寶石光纖溫度傳感器

3、傳光型光纖溫度傳感器,利用光纖作為傳輸測量信號的傳感器。敏感元件不是光纖。如半導體光吸收傳感器,熒光光纖溫度傳感器,熱色效應光纖溫度傳感器,

光纖非線性測溫:拉曼效應 ROTDR 布里淵效應BOTDR

目前具備商業(yè)化應用的有:rotdr測溫,光纖光柵測溫,fp光纖測溫,熒光光纖測溫,黑體輻射光纖測溫以及各種傳光型光纖測溫。

光纖傳感系統(tǒng)通常是由探頭、傳輸光纖和信號解調(diào)器三個部分組成的,選擇光纖傳感產(chǎn)品時,您要考慮以下。

確定了適用性以后,您就可以開始進行光纖傳感器產(chǎn)品的選擇了

1、根據(jù)您需要測量點數(shù)的多少,來確定采用"分布式"或者"單點式"傳感器,這涉及到單點成本、總成本問題,以及安裝布局的問題:

通常測量點少于20個時,采用"單點式",如熒光式傳感器;fp,以及半導體吸收方式的

當測量點多于30個時,通常采用"分布式",如光纖光柵式傳感器等。

當測量空間屬于線形測量區(qū)域的,測點多距離長時采用分布式拉曼測溫,測點少可考慮fbg方式。

2、測量溫度范圍:

通常傳感器測溫范圍分4段:-40℃-+80℃;普通環(huán)境測量范圍,各種傳感器均可采用

-40℃-+250℃;電氣等高溫工業(yè)環(huán)境測量,各種傳感器均可采用

-40C-+400℃;高溫環(huán)境,此類環(huán)境的傳感器必須特殊處理,普通光纖傳感器一般不滿足此類測試要求。傳輸光纖必須采用如聚酰亞胺類的耐高溫材料。

+20C-+60℃(醫(yī)學)。

3、對精度和分辨率的要求:

通常測溫精度分五等:±0.05℃;高精度的一般有fp,熒光,半導體吸收,增敏后的fbg

±0.1℃;fbg的測試精度

±0.3℃;fbg的測試精度

±0.5℃;高精度的拉曼測溫

±1℃。拉曼測溫

4、探頭的工作類型,常見的工作類型有:浸入埋入型、接觸型和醫(yī)用型,線形分布式測量。

浸入型傳感器可以用于測量固體、液體和氣體的溫度。如工業(yè)用液體槽的測溫。浸入型傳感器經(jīng)過特殊處理,光纖的強度和韌性都很強, 可以抵御液體槽中的化學腐蝕,另此類傳感器可植入被測物體內(nèi)部。接觸型傳感器專門測量物體表面的溫度,如干式變壓器、高壓開關柜 、高壓母線等高壓設備的溫度監(jiān)控。醫(yī)用型傳感器是特別為生命科學測量設計,探頭小而細,配合專用的解調(diào)器可以達到很快的響應速度 和非常高的精度。線形測量中整個光纖即作為傳輸介質(zhì)亦作為感應部分,詳情參見博文中的分布式溫度測量。

5、對探頭尺寸及光纖長度的選擇:

用戶需要根據(jù)測量對象及環(huán)境的的要求,來選擇探頭尺寸(直徑)及光纖長度。

探頭直徑通常有:<0.5mm;0.5-1mm;2.3mm;3.2mm等,標準光纖長度為2M,用戶可以根據(jù)需要來定制探頭光纖長度和光纖延長線長度。同時還可以根據(jù)應用環(huán)境,選擇光纖及光纖連接器的類型:光纖的外層材質(zhì)一般有特氟龍、聚酰亞胺、PVC等;光纖連接器的類型有:普通、水密、氣密,連接類型有:FC、SC、ST、SMA;STMA;HFBR等。

6、對數(shù)據(jù)采樣頻率的要求:

光纖傳感器測溫系統(tǒng)的采樣頻率通常分:<=10Hz;20Hz;1kHz

7、對傳輸探測光纜的選擇

探測傳輸光纜采用的是單模或者多模光纖。多模光纖選擇50/125μm或62.5/125μm的兩種光纖。單模光纖為普通的smf-128.探測光纜本身 就是傳感器,通過它可以測得沿光纜所有點的溫度分布情況。探測光纜要求必須具有很好的熱傳導特性,同時可以在惡劣環(huán)境中長期生存 和工作。傳輸光纜的要求就是必須適應傳輸線路內(nèi)的環(huán)境,另外光纜需考慮的問題就是測試需要的光纜芯數(shù)。

探測光纜主要包括:探測火災用,埋入型,測井等等,火災探測必須采用阻燃材料的外護套,埋入型要考慮光纖的外保護。高溫型光纖涂 覆需采用耐溫材料,測井要考慮外護層的抗氫性能。

8、對信號輸出接口的選擇:

信號輸出分為模擬輸出和數(shù)字輸出。模擬輸出有:0-5V/10V電壓輸出和4-20mA電流輸出兩種,數(shù)字輸出有:RS-232;RS-485;USB;以太網(wǎng)等。

9、對安裝形式的選擇:

信號解調(diào)器通常有:手持便攜式和固定式、帶否顯示器等形式,固定式產(chǎn)品有工業(yè)標準DIN滑軌安裝、PCB板、普通臺式及標準工業(yè)機柜式等。便攜式解調(diào)器器可以隨處記錄測量數(shù)據(jù),并將數(shù)據(jù)記錄在內(nèi)部存儲介質(zhì)上,在方便時再將數(shù)據(jù)回傳到計算設備上。

探頭安裝方式通常有:埋入,植入、膠帶捆綁、卡子固定、螺紋固定、膠粘等形式。

10、對價位的選擇

目前雖然各類光纖傳感器還屬于高新技術產(chǎn)品,但是價位已經(jīng)有了很大降低普遍較高,用戶通常需要在產(chǎn)品性能/功能與價格之間進行抉擇。選擇最佳性價比的產(chǎn)品。