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            常州智有機電科技有限公司智有機電

            楊兵
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            專注光纖傳感與電力設備自動化保護

            光纖溫度傳感器的發展方向及應用領域

            發布時間:2020-11-12
            光纖溫度傳感器自問世以來, 主要應用于電力系統、建筑、化工、航空航天、醫療以至海洋開發等領域,并已取得了大量可靠的應用實績。
             
               溫度是度量物體冷熱程度的物理量,許多物理現象和化學過程都是在一定溫度下進行,人們的日常生活也和溫度密切相關。隨著科學技術的迅猛發展,對溫度的測量也提出了更多更高的要求。以電信號為工作基礎的傳統的溫度傳感器,如熱電偶、熱敏電阻、熱釋電探測器等溫度傳感器的發展已經非常成熟,但在有強電磁干擾或易燃易爆的場合下,基于電信號測量的傳統溫度傳感器便受到很大的限制。
             
               光纖溫度傳感器與測量技術是儀器儀表領域重要的發展方向之一。由于光纖具有體積小、重量輕、可撓、電絕緣性好、柔性彎曲、耐腐蝕、測量范圍大、靈敏度高等特點,對傳統的傳感器特別是溫度傳感器能起到擴展提高的作用,完成前者很難完成甚至不能完成的任務。光纖傳感技術用于溫度測量,除了具有以上特點外,與傳統的溫度測量儀器相比,還具有響應快、頻帶寬、防爆、防燃、抗電磁干擾等特點。
             
              光纖溫度傳感器是上世紀70年代發展起來的一門新型的測溫技術,也是光纖傳感器家族中的一個大類產品。它基于光信號傳送信息,具有絕緣、抗電磁干擾、耐高電壓等優勢特征。在國外,光纖溫度傳感器發展很快,形成了多種型號的產品,并已應用到多個領域,取得了很好的效果。國內在這方面的研究也如火如荼,多個大學、研究所與公司展開合作,研發了多種光纖測溫系統投入到了現場應用。
             
            光纖溫度傳感器與傳統的溫度傳感器相比具有很多優點:
             
            1、光波不產生電磁干擾,也不怕電磁干擾;
             
            2、易被各種光探測器件接收,可方便地進行光電或電光轉換;
             
            3、易與高度發展的現代電子裝置和計算機相匹配;
             
            4、光纖工作頻率寬,動態范圍大,是一種低損耗傳輸線;
             
            5、光纖本身不帶電,體積小質量輕,易彎曲,抗輻射性能好,特別適合于易燃、易爆、空間受嚴格限制及強電磁干擾等惡劣環境下使用。
             
              光纖溫度傳感器按其工作原理可分為功能型和傳輸型兩種。功能型光纖溫度傳感器是利用光纖的各種特性f相位、偏振、強度等)隨溫度變換的特點,進行溫度測定。這類傳感器盡管具有”傳”、”感”合一的特點,但也增加了增敏和去敏的困難。傳輸型光纖溫度傳感器的光纖只是起到光信號傳輸的作用,以避開測溫區域復雜的環境,對待測對象的調制功能是靠其他物理性質的敏感元件來實現的。這類傳感器由于存在光纖與傳感頭的光耦合問題,增加了系統的復雜性,且對機械振動之類的干擾較敏感。
             
             1、光纖溫度傳感器在電力系統有著重要的應用,電力電纜的表面溫度及電纜密集區域的溫度監測監控; 高壓配電裝置內易發熱部位的監測; 發電廠、變電站的環境溫度檢測及火災報警系統; 各種大、中型發電機、變壓器、電動機的溫度分布測量、熱動保護以及故障診斷; 火力發電廠的加熱系統、蒸汽管道、輸油管道的溫度和故障點檢測; 地熱電站和戶內封閉式變電站的設備溫度監測等等。
             
            2、光纖溫度傳感特別是光纖光柵溫度傳感器很容易埋入材料中對其內部的溫度進行高分辨率和大范圍地測量, 因而被廣泛的應用于建筑、橋梁上。美國、英國、日本、加拿大和德國等一些發達國家早就開展了橋梁安全監測的研究, 并在主要大橋上都安裝了橋梁安全監測預警系統, 用來監測橋梁的應變、溫度加速度、位移等關鍵安全指標。1999 年夏, 美國新墨西哥 Las Cruces 10 號州際高速公路的一座鋼結構橋梁上安裝了 120 個光纖光柵溫度傳感器,創造了單座橋梁上使用該類傳感器多的記錄。
             
            3、航空航天業是一個使用傳感器密集的地方,一架飛行器為了監測壓力、溫度、振動、燃料液位、起落架狀態、機翼和方向舵的位置等, 所需要使用的傳感器超過 100 個, 因此傳感器的尺寸和重量變得非常重要。光纖傳感器從尺寸小和重量輕的優點來講, 幾乎沒有其他傳感器可以與之相比。
             
            4、傳感器的小尺寸在醫學應用中是非常有意義的, 光纖光柵傳感器是現今能夠做到較小的傳感器。光纖光柵傳感器能夠通過較小限度的侵害方式對人體組織功能進行內部測量, 提供有關溫度、壓力和聲波場的準確局部信息。光纖光柵傳感器對人體組織的技術相當豐富。對于光纖溫度傳感器的研究占到將近所有光纖傳感器研究的 20%。
             
            光纖溫度傳感器的研究, 除對現有器件進行外場驗證、完善和提高外, 目前有以下幾個發展動向: 大力發展測量溫度分布的測量技術, 即由對單個點的溫度測量到對光纖沿線上溫度分布, 以及大面積表面溫度分布的測量; 開發包括測量溫度在內的多功能的傳感器; 研制大型傳感器陣列, 實現全光學遙測。
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