光纤测温

传感技术

光纤传感技术是伴随着光导纤维和光纤通信技术发展的一种新的传感技术。是20世纪70年代中期以来国际上发展最快的高科技应用技术。光纤传感技术市面上主要分为两种，一种是以光纤直接作为传感器，另一种是以光栅为基础的传感器。光纤传感器（FOS FIBER OPTICAL SENSOR）与以电为基础的传感器有本质区别。光纤传感器用光作为敏感信息的载体，用光纤作为传递敏感信息的媒质。以其独有的特质而得以广泛应用。

主要功能

光纤测温技术是近年才发展起来的新技术，并已逐渐显露出某些优异特性。可是，正像其他新技术一样，光纤测温技术并不是万能的，它不是用来代替传统方法，而是对传统测温方法的补充与提高。充分发挥它的特长，就能创造出新的测温方案与技术应用的场合，如下所述：

强电磁场下的温度测量。高频与微波加热方法受到人们重视，正在向如下领域逐渐扩展：金属的高频熔炼、焊接与淬火、橡胶的硫化、木材与织物的烘干以及制药、化工，甚至家庭烹调等。光纤测温技术在这些领域中有着绝对优势，因为它既无导电部分引起的附加升温，又不受电磁场的干扰。

高压电器的温度测量。最典型的应用是高压变压器绕阻热点的温度测量。英国电能研究中心从20世纪70年代中期就开始潜心研究这一课题，起初是为了故障诊断与预报，后来又用于计算机电能管理的应用，转入了安全过载运行，使系统处于最佳功率分配状态。另一类应用的场合是各种高压装置，如发电机、高压开关、过载保护装置，甚至架空电力线和地下电缆等。

易燃易爆物的生产过程与设备的温度测量。光纤传感器在本质上是防火防爆器件，它不需要采用隔爆措施，十分安全可靠。与电学传感器相比，既能降低成本又能提高灵敏度。例如，大型化工厂的反应罐工作在高温高压状态，反应罐表面温度特性的实时监测可确保其正确工作，将光纤沿反应罐表面铺设成感温网格，这样任何热点都能被监控，可有效地预防事故发生。

高温介质的温度测量。在冶金工业中，当温度高于1300℃或1700℃时，或者温度虽不高但使用条件恶劣时，尚存在许多测温难题。充分发挥光纤测温技术的优势，其中有些难题可望得到解决。例如，钢液、铁液及相关设备的连续测温问题，高炉炉体的温度分布等，有关这类研究国内外都正在进行之中。

桥梁安全检测。国内在大桥安全检测项目中，采用了光纤光栅传感器，检测大桥在各种情况下的应力应变和温度变化情况。在大桥选定的端面上布设了8个光纤光栅应变传感器和4个光纤光栅温度传感器，其中8个光纤光栅应变传感器串接为1路，4个温度传感器串接为1路，然后由光纤传输到桥管所，实现大桥的集中管理。从测试结果来看，光纤光栅传感器所取得的测试数据与预期结果一致。

钢液浇铸检测。连铸机在浇铸时，为防止钢液被氧化、提高质量，希望钢液在与空气完全隔绝的状态下，从大包流到中间包。但实际上，在大包浇铸完时，是由操作员目视判断渣是否流出，因而在大包浇铸结束前5~10分钟之间，密闭状态已破坏。为了防止铸坯质量劣化及错误判断漏渣，研制出光纤漏渣检测装置。

基本特点

1、不受电磁干扰，耐腐蚀

2、无源实时监测、电绝缘、防爆性好

3、体积小，重量轻，可绕曲

4、灵敏度高，使用寿命长

5、传输距离远，维护方便

应用领域

通常根据光纤传感器的特点有以下几种理由：

1、电磁/射频环境，传统的测温方法受到严重干扰无法正常工作;

2、对精度、灵敏度，或者寿命、稳定/可靠性等有特别高的要求;

3、安装环境狭小，对传感器尺寸有特殊要求;

4、易燃易爆、腐蚀环境，对安全性/耐腐蚀性有特殊要求。

5、雷击，野外等恶劣环境中。

6、测试现场能源供应不方便的地方

主要分类

光纤测温传感器的分类

1、相位调制型光纤温度传感器，如马赫-泽德尔mz干涉仪，fp法布里珀罗干涉仪，光纤光栅温度传感器另外还有幅度调制型，如微弯损耗调制偏振调制型等：双元液晶测温

2、热辐射光纤温度传感器，利用光纤内产生的热辐射来传感温度，它是以光纤纤芯中的热点本身所产生的黑体辐射现象为基础的。如蓝宝石光纤温度传感器

3、传光型光纤温度传感器，利用光纤作为传输测量信号的传感器。敏感元件不是光纤。如半导体光吸收传感器，荧光光纤温度传感器，热色效应光纤温度传感器，

光纤非线性测温：拉曼效应 ROTDR 布里渊效应BOTDR

具备商业化应用的有：rotdr测温，光纤光栅测温，fp光纤测温，荧光光纤测温，黑体辐射光纤测温以及各种传光型光纤测温。

选购方法

光纤测温传感器的选择

光纤传感系统通常是由探头、传输光纤和信号解调器三个部分组成的，选择光纤传感产品时，您要考虑以下。

确定了适用性以后，您就可以开始进行光纤传感器产品的选择了

1、根据您需要测量点数的多少，来确定采用“分布式”或者“单点式”传感器，这涉及到单点成本、总成本问题，以及安装布局的问题：

通常测量点少于20个时，采用“单点式”，如荧光式传感器;fp，以及半导体吸收方式的

当测量点多于30个时，通常采用“分布式”，如光纤光栅式传感器等。

当测量空间属于线形测量区域的，测点多距离长时采用分布式拉曼测温，测点少可考虑fbg方式。

2、测量温度范围：

通常传感器测温范围分4段：-40℃-+80℃;普通环境测量范围，各种传感器均可采用

-40℃-+250℃;电气等高温工业环境测量，各种传感器均可采用

-40C-+400℃;高温环境，此类环境的传感器必须特殊处理，普通光纤传感器一般不满足此类测试要求。传输光纤必须采用如聚酰亚胺类的耐高温材料。

+20C-+60℃(医学)。

3、对精度和分辨率的要求：

通常测温精度分五等：±0.05℃;高精度的一般有fp，荧光，半导体吸收，增敏后的fbg

±0.1℃;fbg的测试精度

±0.3℃;fbg的测试精度

±0.5℃;高精度的拉曼测温

±1℃。拉曼测温

4、探头的工作类型，常见的工作类型有：浸入埋入型、接触型和医用型，线形分布式测量。

浸入型传感器可以用于测量固体、液体和气体的温度。如工业用液体槽的测温。浸入型传感器经过特殊处理，光纤的强度和韧性都很强，可以抵御液体槽中的化学腐蚀，另此类传感器可植入被测物体内部。接触型传感器专门测量物体表面的温度，如干式变压器、高压开关柜、高压母线等高压设备的温度监控。医用型传感器是特别为生命科学测量设计，探头小而细，配合专用的解调器可以达到很快的响应速度和非常高的精度。线形测量中整个光纤即作为传输介质亦作为感应部分，详情参见博文中的分布式温度测量。

5、对探头尺寸及光纤长度的选择：

用户需要根据测量对象及环境的的要求，来选择探头尺寸(直径)及光纤长度。

探头直径通常有:＜0.5mm;0.5-1mm;2.3mm;3.2mm等，标准光纤长度为2M，用户可以根据需要来定制探头光纤长度和光纤延长线长度。同时还可以根据应用环境，选择光纤及光纤连接器的类型：光纤的外层材质一般有特氟龙、聚酰亚胺、PVC等;光纤连接器的类型有：普通、水密、气密，连接类型有：FC、SC、ST、SMA;STMA;HFBR等。

6、对数据采样频率的要求：

光纤传感器测温系统的采样频率通常分：＜=10Hz;20Hz;1kHz

7、对传输探测光缆的选择

探测传输光缆采用的是单模或者多模光纤。多模光纤选择50/125μm或62.5/125μm的两种光纤。单模光纤为普通的smf-128.探测光缆本身就是传感器，通过它可以测得沿光缆所有点的温度分布情况。探测光缆要求必须具有很好的热传导特性，同时可以在恶劣环境中长期生存和工作。传输光缆的要求就是必须适应传输线路内的环境，另外光缆需考虑的问题就是测试需要的光缆芯数。

探测光缆主要包括：探测火灾用，埋入型，测井等等，火灾探测必须采用阻燃材料的外护套，埋入型要考虑光纤的外保护。高温型光纤涂覆需采用耐温材料，测井要考虑外护层的抗氢性能。

8、对信号输出接口的选择：

信号输出分为模拟输出和数字输出。模拟输出有：0-5V/10V电压输出和4-20mA电流输出两种，数字输出有：RS-232;RS-485;USB；以太网等。

9、对安装形式的选择：

信号解调器通常有：手持便携式和固定式、带否显示器等形式，固定式产品有工业标准DIN滑轨安装、PCB板、普通台式及标准工业机柜式等。便携式解调器器可以随处记录测量数据，并将数据记录在内部存储介质上，在方便时再将数据回传到计算设备上。

探头安装方式通常有：埋入，植入、胶带捆绑、卡子固定、螺纹固定、胶粘等形式。

10、对价位的选择

虽然各类光纤传感器还属于高新技术产品，但是价位已经有了很大降低，用户通常需要在产品性能/功能与价格之间进行抉择。选择最佳性价比的产品。

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