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荧光光纤测温系统主机应用场景和优点

荧光光纤测温仪原理

荧光光纤测温仪器是一种基于荧光材料的光致发光现象的温度测量设备,相对于传统热电偶式测量方法,具有抗电磁干扰、抗腐蚀、耐高温高压等优势,能够在更加恶劣的外界环境下实现温度的实时检测,具有广阔的应用前景。华光天锐基于荧光光纤测温技术研发的荧光光纤测温系统,相对于其他温度测量方式对比,荧光光纤测温技术所具有独特优势,深入讲解了荧光光纤测温仪的工作原理,分析了影响温度测量的关键因素,为荧光光纤测温仪的设计建立了理论基础。然后对荧光光纤测温仪进行了整体的设计,包括了光路、电路、App、结构以及算法等内容。为验证整体方案的可行性,设计了温度测量的对比实验,由实际的数据对整体方案进行分析研究。光纤测温系统进行了总结和展望,提出了后续的光纤测温改进方向和思路。

荧光光纤测温仪的技术:

(1)光机结构的关键技术:

采用单光纤同时实现光源信号和荧光信号的传递,减小荧光光纤测温仪的体积和荧光损失;

采用滤光片实现激励光和荧光的筛选;

采用先进的技术实现荧光光纤探头的密封。

(2)解调电路的关键技术:

采用动态调整信号输入实现光源的周期性开关和输出功率调整,间接实现采样信号的振幅调整;

采用修正信号实现采样信号的放大和偏置的修正;

精简电路元器件,将控制、处理、通讯等功能集成芯片,利于荧光光纤测温仪的小型化;

采用拟合算法,实现荧光寿命的计算和温度换算;

对荧光寿命结果进行滤波算法处理,减少误差,提高输出结果精度。

荧光光纤测温仪的设计:

 

一、光路的荧光探头部分采用先进的技术代替传统探头保护方案,增加探头的灵活性和密封效果;

二、解调仪部分器件的电特性随温度而产生一定变化,电路中添加了动态调节信号用于调整信号波形的稳定,平衡波形精度和误差;

三、数据处理部分提出组合滤波方法进行数据处理,有效减少误差,提高输出结果精度;

四、App部分设计多种工作模式和参数读取配置功能,提高本系统的适应性。

为什么要用荧光光纤测温:

温度是日常生产生活中重要的参考量,而且随着科技技术的不断进步,人类社会的不断发展,人们对于日常工业生产和日常生活中的温度要求越来越高。如工业生产领域内的钢铁生产,从原材料处理、炼铁到模铸、轧钢等,对于温度方面都有严格的把控。再如日常生活中生鲜的保鲜运输,温度的监测与控制对于食物的安全与口味有重要的影响。因此,温度准确测量的重要性不言而喻。同时,面对越来越专业的技术要求分类和技术条件的不断细化,相应的测量设备和测量技术分类也越来越多,为各种专用环境及特殊要求设计的温度测量装置的需求也在不断涌现。在特殊情况及极端环境条件,以及快速动态响应、远程测量、多点测量等不同要求下,传统的温度测量和信号传输已经越来越难以满足不同的苛刻条件,实现的难度也越来越大。

荧光光纤测温作用:

目前,传统温度测量设备在许多特殊的测量环境中使用存在一些实际的困难,如温度被测点的环境相当恶劣,如腐蚀、高压、狭窄空间等,或是被测点所在区域存在强电磁干扰,如电机、高压变压器的温度监测等。针对以上困境,新型温度传感器大多需要具有抗强电磁干扰、绝缘性能好、响应快、体积小等优势。随着各种新材料和新工艺的应用,以及新的测量方法的发掘,出现了多种新型的温度测量设备。基于光纤通信技术的温度测量设备便是其中之一。

在光纤荧光测量技术诞生之前,就已经存在多种温度测量技术。最早在 1714 年,便诞生了第一支水银温度计。水银温度计属于膨胀式测量技术,其利用热胀冷缩原理,温度不同对应水银体积所占空间不一样。水银温度计的刻度很形象的能够显示出温度的数值。基于此原理,除液体外,后续还诞生了气体、金属等不同材质的测量技术。随着技术的不断进步,电学的大力发展带来了新的测量思想和技术,热电偶技术基于不同温度下电子元器件不同的电属性制作而来,是目前应用最广、种类最多的一种温度测量技术。除此之外,光通信技术也为温度的测量指出了新的方向,利用不同温度下物体热辐射不同的特性制作的红外温度测量装置能够在远距离和大范围内实现温度的测量,以及利用荧光材料、光栅等中间器件实现温度的间接测量的方法。

各种测温系统的特点

膨胀式测温系统

1.价格低廉2.操作、读数方便3.机构简单易制作

1.准确度低2.易损坏3.不能实现自动化

 

红外热成像测温系统

1.非接触测温2.使用方便3.成本低1.误差大

2.只能测量表面温度3.人工巡检成本

 

无线测温系统

1.安装方便2.成本低

1.可靠性差,携带电池,寿命短,误报率高

2.影响绝缘体性能

3.传感器体积大,影响散热,会给一次设备带来安全隐患

 

光纤光栅测温系统

1.可实现准分布式温度测量,适合长距离大区域测量

2.采用光纤技术,抗电磁干扰

3.绝缘性好

1.传感器探头大,安装困难

2.可靠性低,光栅易退敏、易失效

3.寿命短

4.无法实现单个柜体配套,无法实现就地显示

5.价格昂贵

荧光光纤测温系统优点

1.安全可靠,可实现免标定,一致性、互换性和稳定性好

2.寿命长,免维护

3.探头体积小,可深入发热点内部,实现真实监测

4.抗电磁干扰,绝缘性好

5.可实现就地显示,方便集成到操作系统

6.安装方便

 

荧光测温技术基于荧光材料的光致发光现象把温度信号转换为光信号,并利用光纤在光信号传输上的高效性,可有效的实现温度的实时、远距离测量。光纤荧光测量技术继承了光纤传感技术的优点,相比与其他的温度测量技术,除了具有抗腐蚀、绝缘性好、体积小等特点,还能有效减少电磁干扰。同时,光纤荧光测量技术还具有寿命长、免维护、稳定性和一致性较好的特点。除此之外,本系统还具有实时显示、易集成至其他系统的功能和安装方便的特点。

荧光光纤测温系统应用场景

荧光温度测量技术以其抗电磁干扰、体积小、动态响应性好、抗腐蚀、传输距离远、传输损耗低等特点,除去日常生产生活中常用的温度监测、测量外,其应用领域已经渐渐的扩展至医疗上的微波加热治疗、变压器内部温度检测或变电站温度监控等特有或专有环境及要求的场合,受到广大学者的重视及研究。

变压器在工作时会产生大量的热量,这会影响其各元器件的性能,进而带来变压器负载能力、运行可靠性和寿命等的变化。目前电力系统中大量使用油浸变压器,油浸式变压器。变压器主体外形为油箱外壁,其内部主要是变压器绕组线圈及冷却油。光纤荧光探头细长结构使其可以安装固定在变压器线圈上,最大程度上减少数据监测滞后以及提高监测的精度。

荧光光纤测温系统高压开关柜温度监测

在电力系统高压场合下常用高压开关柜来控制电压通断。开关柜的主要测量温度的点是触头接合部位,但此部位的空间比较窄小。光纤荧光探头的尺寸很小,直径更小。光纤探头细长的外形可以使其轻易弯曲穿插入狭小的空间,然后与静触头接触并固定,对于设备正常的运行不会产生影响,因而也更安全。应除此之外,光纤荧光测温技术还可应用于煤炭、石油等矿产钻探中和工业生产中的原料(如石油、天然气)存储等需要对温度长时间严格监控的场合。

光纤荧光温度测量技术的研究从诞生至今已经持续了很多年,但随着新的器件的不断涌现,应用领域的不断扩展,对传感器的性能要求提高,还有很大的发展空间;另一方面,性能优越的新材料不断涌现,新的特性的敏感材料为大家提供了新的选择,使传感器的设计面临新的理念。作为一个很有发展前途的技术,光纤荧光温度传感技术在一些特殊行业的应用上,如医疗、高压电气设备的监测、冶金加工、航空航天上在线温度检测上可以广泛的应用。因此建立全面系统的光纤荧光温度检测理论,提供简单、实用化技术,对提高我国这方面的科学仪器的水平具有重要的意义。

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