淺析光纖溫度傳感器在工業(yè)中的應(yīng)用

劉芷妤 李姿* 沈陽(yáng)工學(xué)院 信息與控制學(xué)院

1 前言

溫度是常見的重要物理量，在許多特殊環(huán)境下對(duì)溫度的測(cè)量，傳統(tǒng)的溫度傳感器很難進(jìn)行準(zhǔn)確有效檢測(cè)，近年來普遍利用光纖溫度傳感器對(duì)解決測(cè)量難題提供了有效的解決途徑。光纖溫度傳感器使用壽命命長(zhǎng)，重復(fù)性能好，性價(jià)比高，目前已經(jīng)應(yīng)用于部分工業(yè)生產(chǎn)中。

2 光纖溫度傳感器檢測(cè)原理

光纖溫度傳感器利用部分物質(zhì)吸收的光譜隨溫度變化而變化的原理，分析光纖傳輸?shù)墓庾V了解實(shí)時(shí)溫度。光纖溫度傳感器采用一種和光纖折射率相匹配的高分子溫敏材料涂覆在兩根熔接在一起的光纖外，使光纖能由一根光纖輸入該反射面并由另一根光纖輸出。

3 光纖溫度傳感器在工業(yè)中的應(yīng)用

3.1 光纖溫度傳感器在加熱生產(chǎn)中的應(yīng)用

在加熱生產(chǎn)中的光纖溫度傳感器測(cè)溫系統(tǒng)包括端部參雜的晶體光纖探頭、Y型石英光纖傳導(dǎo)束、超高亮發(fā)光二極管及驅(qū)動(dòng)電路、光電探頭器、熒光信號(hào)處理系統(tǒng)和輻射信號(hào)處理系統(tǒng)。如圖1所示：

圖1 光纖溫度傳感器原理框圖

在高溫區(qū)，光纖溫度傳感器基于光纖被加熱而引起熱輻射的原理工作。熱輻射效應(yīng)光強(qiáng)調(diào)制型光纖溫度傳感器屬于被動(dòng)式光強(qiáng)調(diào)制光纖溫度傳感器，它不需要外加光源，直接由黑體腔收集熱輻射，然后通過傳輸光纖送到光電二極管探測(cè)器內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

在低溫區(qū)（400℃以下），輻射信號(hào)較弱，系統(tǒng)開啟發(fā)光二極管（LED），這時(shí)熒光測(cè)試系統(tǒng)工作，發(fā)光二極管發(fā)射調(diào)制的激勵(lì)光，經(jīng)聚光鏡耦合到Y(jié)型光纖的分支端，經(jīng)由Y型光生的信號(hào)由光纖導(dǎo)出，并通過光纖耦合器從Y型光纖的另一分支端射出，由光電探測(cè)器接收。光電探測(cè)器輸出的光信號(hào)經(jīng)放大后由熒光信號(hào)處理系統(tǒng)處理，計(jì)算出熒光壽命從而得到所測(cè)溫度值。信號(hào)處理原理框圖如圖2所示：

圖2 信號(hào)處理原理框圖

3.2 光纖溫度傳感器在電力工業(yè)方面的應(yīng)用

電力工業(yè)的環(huán)境常處于復(fù)雜狀態(tài)，紅外測(cè)溫儀等溫度傳感器在高壓開關(guān)處，母線排連接處處于高電壓、高溫度及強(qiáng)電磁干擾環(huán)境下的部位容易受到影響，故采用光纖溫度傳感器，可抗電磁干擾，耐腐蝕，耐高溫且電絕緣。

光纖溫度傳感器也可用于電力系統(tǒng)電纜表面的溫度及電纜鋪設(shè)密集的溫度監(jiān)測(cè)監(jiān)控，高壓配電設(shè)備內(nèi)易發(fā)熱部位的監(jiān)測(cè)，變電站、發(fā)電廠、電動(dòng)機(jī)的溫度分布測(cè)量、熱動(dòng)保護(hù)以及故障診斷等。

3.3 光纖溫度傳感器在建筑中的應(yīng)用

光纖溫度傳感器具有體積小、可彎曲等優(yōu)點(diǎn)，因此可應(yīng)用于狹小空間，甚至安裝在材料內(nèi)部，故在建筑工業(yè)中廣范應(yīng)用。

溫度應(yīng)力是一種廣泛存在與建筑結(jié)構(gòu)中的內(nèi)力，所以溫度是建筑工業(yè)中非常重要的安全指標(biāo)之一，所以對(duì)建筑的溫度進(jìn)行測(cè)量很有必要。

3.4 光纖溫度傳感器的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

（1）在電磁/射頻環(huán)境，抗干擾能力強(qiáng)。

（2）精準(zhǔn)度高、靈敏度高、使用壽命長(zhǎng)、穩(wěn)定可靠。

（3）可應(yīng)用于雷擊，野外等惡劣環(huán)境中。

（4）可應(yīng)用于能源供應(yīng)不方便的地方。

4 結(jié)束語(yǔ)

光纖溫度傳感器是用帶測(cè)量對(duì)光纖內(nèi)傳輸?shù)墓獠▍⒘窟M(jìn)行調(diào)制得到的調(diào)制信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)光纖傳輸至光纖探測(cè)器進(jìn)行解調(diào)，從而獲得待測(cè)值的一種裝置，在結(jié)合它以上敘述的優(yōu)點(diǎn)和實(shí)際應(yīng)用可使用性后，相信在未來工業(yè)發(fā)展中還會(huì)有更多的應(yīng)用，同時(shí)也可考慮將其改進(jìn)后應(yīng)用于其他領(lǐng)域。

[1]方祖捷、秦關(guān)根、翟榮輝、蔡海文.光纖傳感器基礎(chǔ).科學(xué)出版社，2014.01

[2]王冠軍.新型微結(jié)構(gòu)光纖傳感器技術(shù).國(guó)防工業(yè)出版社，2015.04