光纤测温原理和国内都有什么方法

Question

如题所述

Answer 1

你好澈澈44G1，光纤温度传感器工作原理为: 在低温区（400℃以下）, 辐射信号较弱, 系统开启发光二极管(LED)使荧光测温系统工作。 发光二极管发射调制的激励光, 经聚光镜耦合到Y型光纤的分支端, 由Y型光纤并通过光纤耦合器耦合到光纤温度传感头。 光纤传感头端部受激励光激发而发射荧光, 荧光信号由光纤导出, 并通过光纤耦合器从Y型光纤的另一分支端射出, 由光电探测器接收。 光电探测器输出的光信号经放大后由荧光信号处理系统处理, 计算荧光寿命并由此得到所测温度值。 而在高温区（400℃以上）, 辐射信号足够强, 辐射测温系统工作, 发光二极管关闭。 辐射信号通过蓝宝石光纤并通过Y型光纤输出, 由探测器转换成电信号, 系统通过检测辐射信号强度计算得到所测温度。
光纤传感头端部由Cr3+离子掺杂, 实现光激励时的荧光发射。 掺杂部分光纤长度为8～10 mm。 端部光纤的外表面同时镀覆黑体腔, 用于辐射测温。 (这时,光纤黑体腔长度与直径之比大于10,可以满足黑体腔表观辐射率恒定的要求)。 值得注意的是, 避免或减少荧光发射部分与热辐射部分的相互干扰, 对保证整个系统的性能十分重要。
经过分析, 可以发现这种干扰主要表现为:
1) 荧光信号中辐射背景信号对荧光寿命检测精度的影响,
2) 光纤表面镀覆对荧光强度的影响,
3) 光纤内Cr3+离子掺杂对黑体腔热辐射信号的影响。

Answer 2

2.4.1.电池供电无线测温系统：采用电池供电的方式解决供电问题，所用电池理论计算可用时限约为5-6年，而实际应用中由于环境因素，约2－3年需更换一次，更换时需停止开关柜的运行。产品体积大，难以放置到理想测温位置点处（如动静触头），常安装于母线排上，通过算法模拟触头温度信息，测量误差大，难以直接、实时、真实监测开关柜温度信息。封装结构中存在电池，使得其测温范围有限。
2.4.2.CT取电无线测温系统：采用从高压侧感应取电的方式解决供电问题，受供电电源影响大。产品体积大，采用套筒的方式虽可安装于动静触头，但影响了开关柜产品的散热能力，减少了电气间隙，降低了开关柜的绝缘性能。从本质上是改变了开关柜产品的散热、绝缘和抗压指标，降低了原有设备的电压等级和安全特性。绝缘封装结构使得其难以直接监测触头温度信息，需通过算法模拟获得，测量误差大。
2.4.3.无线无源测温系统：采用晶体材料表面波频率与传感器温度相关的原理，通过将射频信号发射到压电材料的表面，然后将受到温度调制的反射波再转回电信号而获取温度数据。该技术虽不需电源供电，但整体性能受环境影响大，测温精度差，其国外产品价格昂贵，国内产品性能不完善。
上述无线测温方式均存在抗电磁干扰能力差，在密闭金属封闭空间状态下尤显突出。测温速度慢，测温精度差，温度数据传输丢失和错误率高（约为30%）等问题，总体难以满足安全可靠的要求。
三、光纤测温系统：是一种接触式测量手段，光纤因其绝缘性能好、耐高电压、耐强磁场、耐大电流、抗腐蚀、抗电磁干扰、可远距离传输、不受干扰等特性，逐步成为强电磁环境下温度监测的首选，主要表现为以下几种方案：
3.1.分布式测温系统：采用光纤中的非线性拉曼效应，实现沿光纤方向温度信息的探测。其存在空间分辨率的概念，为定位需要将5米光纤盘成一个盘来安装，体积大，安装过程复杂且存在隐患，本质上降低了原有设备的电压等级和安全特性；测量周期长、价格昂贵、施工和调试过程繁琐。
3.2.光纤光栅测温系统：采用紫外光在光纤中写入光栅，利用光栅受温度调制波长发生变化的原理，通过解析波长变化信息获得温度信息。其存在传感器尺寸较大、光栅存在长期高温状态下的退敏问题，可靠性待验证、价格昂贵等问题，且仅能构建温度监测系统，不能实现单面柜体配置，施工和调试过程较繁琐。
3.3.荧光测温系统：利用稀土特种荧光物质的余辉时间与温度相关的原理，通过余辉时间获得温度信息，该项技术已被验证可用于超高压（750KV）变压器绕组温度的监测。传感器尺寸小、长期可靠性高、价格适中、不仅能实现单面柜体配置，亦可构建温度监测系统，施工和调试过程方便快捷。不足的是传感器长度目前基本上都在15M左右，温度解析只能在就地安置温度解调仪，再把解析后温度信号通过转接光纤或电缆传输到中控。光纤传感器损坏后更换的设置调校较为繁琐，因每个通道的光纤传感器和温度解调仪的通道是一对一，各个通道不能互换。需要厂家单独生产一根光纤传感器设置调校好后才能安装使用。不建议荧光光纤传感器在有油的场景使用，油对探头有一定腐蚀，会影响探头使用寿命和测量精度。
3.4.砷化镓光纤测温系统：砷化镓光纤传感器是光探头，带隙随温度变化，可变光学滤波器，砷化镓材料属性不随时间变化，是真正的无源探头。在电气系统中，只有真正的无源，才是最安全的元件。光纤是迄今为止世界上最稳定的信号传输媒介。其稳定性是任何一款无线传输技术都无法比拟的，特别是在电磁环境中。相比无线测温探头可以控制材料成本，光纤探头生产是唯一性的，没有任何偷工减料的可能。传感物质为绝缘性材料，性能稳定，可靠性高。基于光谱分析，不受光源劣化、光纤弯折等强度相关参量变化的影响。全介质，不受EMI干扰，普遍应用于强电场、强磁场坏境中。耐高电压，耐化学腐蚀，低损耗。传感器体积小，感温部分仅有 0.3mm，导体使用 62.5um 光纤，柔软，可靠，安装过程中不易受损。 砷化镓芯片基于微纳加工工艺，一致性高，同编号的传感器之间可互换，无需校准，无漂移，不受技术制约。传感器长度可达到500m以上。 光源寿命>30年，在线监测，稳定性超过30年，是光纤点式测温最佳方案，已经广泛使用于国内外高精尖设备及大型超高压油浸式变压器绕组等温度监测。