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光纤温度传感器应用领域

发布时间:2020-01-13

【导读】光纤温度传感器自问世以来, 主要应用于电力系统、建筑、化工、航空航天、医疗以至海洋开发等领域,并已取得了大量可靠的应用实绩。前面小编也分享了其在地球物理学和桥梁工程两个领域的应用,下面的内容中,小编再带你看看光纤温度传感器在其他领域中的应用。
 
光纤温度传感器应用领域
光纤温度传感器自问世以来, 主要应用于电力系统、建筑、化工、航空航天、医疗以至海洋开发等领域,并已取得了大量可靠的应用实绩。前面小编也分享了其在地球物理学和桥梁工程两个领域的应用,下面的内容中,小编再带你看看光纤温度传感器在其他领域中的应用。
 
1、光纤温度传感器在电力系统有着重要的应用,电力电缆的表面温度及电缆密集区域的温度监测监控; 高压配电装置内易发热部位的监测; 发电厂、变电站的环境温度检测及火灾报警系统; 各种大、中型发电机、变压器、电动机的温度分布测量、热动保护以及故障诊断; 火力发电厂的加热系统、蒸汽管道、输油管道的温度和故障点检测; 地热电站和户内封闭式变电站的设备温度监测等等。
 
2、光纤温度传感特别是光纤光栅温度传感器很容易埋入材料中对其内部的温度进行高分辨率和大范围地测量, 因而被广泛的应用于建筑、桥梁上。美国、英国、日本、加拿大和德国等一些发达国家早就开展了桥梁安全监测的研究, 并在主要大桥上都安装了桥梁安全监测预警系统, 用来监测桥梁的应变、温度加速度、位移等关键安全指标。1999 年夏, 美国新墨西哥 Las Cruces 10 号州际高速公路的一座钢结构桥梁上安装了 120 个光纤光栅温度传感器,创造了单座桥梁上使用该类传感器最多的记录。
 
3、航空航天业是一个使用传感器密集的地方,一架飞行器为了监测压力、温度、振动、燃料液位、起落架状态、机翼和方向舵的位置等, 所需要使用的传感器超过 100 个, 因此传感器的尺寸和重量变得非常重要。光纤传感器从尺寸小和重量轻的优点来讲, 几乎没有其他传感器可以与之相比。
 
4、传感器的小尺寸在医学应用中是非常有意义的, 光纤光栅传感器是现今能够做到最小的传感器。光纤光栅传感器能够通过最小限度的侵害方式对人体组织功能进行内部测量, 提供有关温度、压力和声波场的精确局部信息。光纤光栅传感器对人体组织的技术相当丰富。对于光纤温度传感器的研究占到将近所有光纤传感器研究的 20%。
 
光纤温度传感器的研究, 除对现有器件进行外场验证、完善和提高外, 目前有以下几个发展动向: 大力发展测量温度分布的测量技术, 即由对单个点的温度测量到对光纤沿线上温度分布, 以及大面积表面温度分布的测量; 开发包括测量温度在内的多功能的传感器; 研制大型传感器阵列, 实现全光学遥测。
 
光纤温度传感器应用领域
 
FOT-L光纤温度传感器在生物医疗领域中的应用
医学临床及动物实验要求对温度进行精确快速的测量,尤其在肿瘤热疗中,温度传感器在对组织温度进行多点实时测量的同时还要消除传统温度计受电磁辐射干扰的问题。相比于传统温度传感器,光纤温度传感器以其良好的电绝缘性可以很好的应用于生物医疗领域。
 
本文针对现有医用温度传感器的不足,根据光纤布拉格光栅(FBG)和长周期光纤光栅(LPFG)的理论,找到由工采网从加拿大进口的光纤温度传感器 - FOT-L-BA,这是一款非常适合在极端环境下测量温度的光纤温度传感器,这种极端环境包括低温、核环境、微波和高强度的RF等。都是完全不受EMI和RFI影响,同时,它们的尺寸小、针对危险环境内置安全装置、耐高温、耐腐蚀并且具备较高的精度。最后并对其传感特性进行了研究,具体工作如下:
 
1、医用FBG温度传感器的研制及其特性研究 利用相位掩模板法在普通石英光纤和包层模抑制(CMS)光纤上刻制FBG,并进行了温度和弯曲特性的相关实验研究。实验发现,两种光纤刻制的FBG具有相似的温度灵敏度,分别为11.5pm/℃和10.6pm/℃,且具有良好的线性度,相关系数大于0.99。CMS光纤制备的FBG对弯曲曲率的敏感度较普通光纤制备的FBG低,更适用于人体温度的测量。
 
2、医用FBG温度传感器的温敏式封装及其特性研究 根据温敏式封装的原理,选用热膨胀系数大、温变性质稳定的材料对FBG温度传感器进行了封装,在对FBG起到保护作用的同时,使其具有较高的温度灵敏度,较好的重复性、线性度和稳定性。 首先用环氧树脂将FBG封装在聚四氟乙烯管中,虽然温度增敏效果明显,约为裸FBG的12倍,但其线性度不如裸FBG。为了不破坏裸FBG良好的线性度,使FBG在毛细套管中处于自由状态,在毛细套管两端点胶用来固定光纤光栅。分别使用毛细玻璃管,毛细钢管,聚四氟乙烯管作为基底材料,其温度灵敏度系数分别为8.7pm/℃,38pm/℃,23.4pm/℃,并且中心波长的漂移量与温度变化呈现良好的线性关系。为了避免粘胶剂对光纤光栅的影响,提出一种双管无胶封装方式,封装后的温度传感器具有更好的线性度,温度灵敏度系数为18.9pm/℃。实验结果表明,封装后的FBG温度传感器的灵敏度不仅与热膨胀系数有关,与封装材料的导热性也有密切的联系。
 
3、LPFG温度传感器的研制及其传感特性的研究 用高频CO_2激光脉冲在普通石英光纤中写入LPFG。实验研究了LPFG的温度及弯曲特性。其温度灵敏度约为75pm/℃,约为裸FBG的7.5倍,并且呈现良好的线性度。其透射峰幅值对温度不敏感,但对弯曲曲率敏感。为了使其更适合于工程中的应用,提出了一种灌装酒精的封装方式。封装后出现两个明显的谐振峰。1508nm处的谐振峰随温度的升高发生蓝移,温度灵敏度为56.9pm/℃。1472nm处的谐振峰随温度的升高发生红移,温度灵敏度为531.2pm/℃,是裸LPFG的7倍,裸FBG的53倍。有效提高了长周期光纤光栅温度传感特性、避免外界其他因素的干扰。
 
4、封装后的光纤光栅温度传感器在微波及超声波环境中测试 将封装好的光纤光栅温度传感器分别放入微波环境及超声波环境中,并进行温度特性测试。实验表明,封装后的光纤光栅温度传感器不受微波及超声波的干扰,仍然保持原有的温度灵敏度,并且具有良好的线性度及稳定性。 本项目研制的光纤光栅温度传感器分辨率达到0.02℃,并且具有抗微波、超声波、电磁干扰的优点,可以广泛应用于磁流体热疗、核磁共振等有电磁场、微波、超声波干扰的生物医疗领域。

 
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