熒光材料的測溫原理

幾乎所有材料都會在適當(dāng)?shù)臈l件下發(fā)出熒光。當(dāng)材料暴露于電磁輻射時，熒光可以非常簡單地定義為光的發(fā)射。在初始激發(fā)之后，該發(fā)射可以持續(xù)一段時間。那段時間一種材料將發(fā)射的是在原子水平上發(fā)生的許多相互作用的產(chǎn)物和被吸收的能量的量。激發(fā)和發(fā)射強(qiáng)度都表現(xiàn)出指數(shù)隨時間的變化。這種雙時間依賴性行為是一種獨(dú)特的性質(zhì)，可用于指示熒光材料分子處于何種狀態(tài)。

科學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了各種類型的熒光材料，這些熒光材料可摻雜特定元素，使其行為高度依賴于某些物理特性，這些物理特性對于傳感應(yīng)用具有實(shí)際意義。例如，發(fā)現(xiàn)可以使用某些晶體基質(zhì)的熒光特性來測量溫度，壓力，濕度，氧氣和二氧化碳。所有這些物理性質(zhì)可以通過精確確定獨(dú)特?zé)晒獠牧系闹笖?shù)時間常數(shù)來測量。開發(fā)了一系列具有成本效益的光纖溫度傳感器，可以利用這些原理。相對于競爭傳感技術(shù)的一個顯著優(yōu)勢是光纖傳感器本質(zhì)上不受電磁噪聲和干擾的影響。沒有金屬導(dǎo)體作為天線傳輸電流和電壓。這使得熒光光纖傳感器非常適合高壓電力傳輸，微波和等離子環(huán)境中的應(yīng)用。此外，光纖測溫技術(shù)允許在低于150°C的應(yīng)用中使用廉價的大芯聚合物塑料光纖。塑料 光纖非常堅(jiān)固耐用， 并已廣泛用于汽車，工業(yè)和電信行業(yè)。

光纖溫度傳感器解決方案

光纖溫度傳感器是由連接到溫度變送器(也稱為信號調(diào)節(jié)器)電子設(shè)備的一個或多個光纖探針組成的解決方案 。開發(fā)了多通道光纖溫度傳感器，適用于電力傳輸和分配等應(yīng)用。不同于以前的光纖溫度變送器是體積龐大且價格昂貴的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的光纖信號調(diào)節(jié)器，外形相似，安裝方式類似于熱電偶或RTD(電阻溫度檢測器)變送器。它們采用DIN導(dǎo)軌安裝，包括標(biāo)準(zhǔn)4-20mA模擬輸出以及工業(yè)RS-485串行總線MODBUS與菊花鏈設(shè)備通信。熒光光纖測溫傳感器的光纖探頭也具有與標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和RTD相似的外觀和感覺。光纖溫度傳感器的成本接近商用RTD和發(fā)射器組合。

光纖傳感器的精度和穩(wěn)定性超過了傳統(tǒng)的熱電偶，可以在校準(zhǔn)應(yīng)用中接近PRT(鉑電阻溫度計(jì))。提供長期穩(wěn)定性為±1°C的解決方案，以及絕對精度為±0.1°C的產(chǎn)品。

變壓器繞組熱點(diǎn)溫度監(jiān)測

光纖溫度傳感器完全不受EMI / RFI和高壓環(huán)境的影響，是變壓器繞組熱點(diǎn)溫度監(jiān)測的理想選擇。為電力和配電設(shè)備開發(fā)了精確，實(shí)時，智能的電網(wǎng)溫度監(jiān)測解決方案。

光纖溫度傳感器已經(jīng)安裝在高壓干式變壓器測溫中是很好的解決方法，現(xiàn)在被認(rèn)為是變壓器監(jiān)測的首選方法。光纖傳感器為傳輸和分配(T&D)公司帶來的好處在經(jīng)濟(jì)上具有重要意義。通過監(jiān)測每個變壓器繞組熱點(diǎn)的溫度，公用事業(yè)公司能夠以峰值容量運(yùn)行干式變壓器，而不會延伸到可能大大縮短變壓器壽命的過載條件。這種傳輸吞吐量和使用壽命的效率每年可節(jié)省很多經(jīng)費(fèi)，并使直接繞組溫度傳感能力成為必需品。

性價比高的光纖溫度傳感技術(shù)使智能電網(wǎng)變壓器溫度監(jiān)測更加引人注目。光纖溫度探頭采用高介電強(qiáng)度材料設(shè)計(jì)，如聚四氟乙烯和聚酰亞胺涂層石英光纖，因此它們可以承受長期浸泡在變壓器油和制造過程中的煤油解吸。使用特殊的光學(xué)溫度變送器的光纖傳感器信號傳輸?shù)街苯影惭b在變壓器繞組熱點(diǎn)位置的探頭。光纖溫度變送器安裝在外部控制柜中，溫度輸出被輸入實(shí)時監(jiān)控軟件。安裝了光學(xué)溫度傳感器后，操作員可以實(shí)時監(jiān)控負(fù)載情況，

開關(guān)柜溫度監(jiān)測

經(jīng)濟(jì)高效的光纖溫度傳感器可在關(guān)鍵接觸點(diǎn)連續(xù)實(shí)時監(jiān)控開關(guān)設(shè)備溫度，從而快速檢測過載和故障情況。溫度變送器提供模擬輸出和RS-485 Modbus通信，可與現(xiàn)有PLC(可編程邏輯控制器)和主機(jī)監(jiān)控軟件輕松集成。光學(xué)溫度傳感器提供多年的精確傳感，確保安全高效的開關(guān)設(shè)備操作。

世界各地的電力開關(guān)柜廠家正在使用光纖傳感器，用于關(guān)鍵介質(zhì)和高壓開關(guān)設(shè)備的智能電網(wǎng)溫度監(jiān)控。這些傳感器提供實(shí)時溫度數(shù)據(jù)，使操作員能夠最大限度地提高負(fù)載效率并平衡可能導(dǎo)致災(zāi)難性故障的熱應(yīng)力。隨著時間的推移，開關(guān)設(shè)備觸點(diǎn)，母線和關(guān)鍵連接點(diǎn)會產(chǎn)生緩慢腐蝕的熱點(diǎn)，從而導(dǎo)致電阻增加。如果不加以控制，即使微小的電阻增加也會迅速失控，因?yàn)楦叩碾娮钑a(chǎn)生更熱的導(dǎo)體，從而產(chǎn)生更高的電阻。因此，輸配電(T&D)公司通常會指定連續(xù)開關(guān)設(shè)備溫度監(jiān)控的要求，以優(yōu)化維護(hù)計(jì)劃并延長設(shè)備使用壽命。

然而，其中一個挑戰(zhàn)是為高壓傳感應(yīng)用尋找具有成本效益的技術(shù)。已經(jīng)使用了各種RF(射頻)無線和IR(紅外)溫度計(jì)傳感器，但每種都有其不足之處。RF發(fā)射器/接收器傳感器遭受高壓環(huán)境中存在的固有噪聲和干擾，并且可能在開關(guān)操作期間丟失信號或顯示溫度尖峰，這可能導(dǎo)致錯誤警報(bào)。此外，由于這些傳感器使用電子元件，因此其溫度范圍通常限制在120°C以下，以便長期使用。遠(yuǎn)程紅外溫度傳感器類似，因?yàn)樗鼈冃枰帘坞娋€和特殊安裝點(diǎn)，并且與被感測物體表面精確空間對齊。已知紅外溫度計(jì)報(bào)告由于灰塵積聚和由微小表面腐蝕引起的發(fā)射率變化引起的溫度變化，尤其是在諸如銅匯流條的光亮金屬表面上。報(bào)告的溫度可能會被周圍物體發(fā)出的反射紅外能量所扭曲，而環(huán)境溫度的突然變化也會引起測量誤差。

光纖溫度傳感器不會遇到與無線和紅外溫度計(jì)相關(guān)的任何技術(shù)挑戰(zhàn)。光纖傳感器可以直接路由到關(guān)鍵的開關(guān)設(shè)備監(jiān)控點(diǎn)。光學(xué)溫度傳感器剛性連接到熱點(diǎn)位置，完全不受高壓開關(guān)引起的電磁干擾和噪聲突發(fā)的影響。光纖傳感器堅(jiān)固耐用，可以制造成各種長度，并且像傳統(tǒng)的熱電偶一樣工作。最重要的是，每個光學(xué)溫度傳感器變送器都可以監(jiān)控三相，提供模擬輸出和數(shù)字RS-485 Modbus RTU通信。光纖溫度探頭非常適合智能電網(wǎng)開關(guān)設(shè)備溫度監(jiān)測。

發(fā)電機(jī)繞組溫度監(jiān)測

現(xiàn)在，在線光纖溫度監(jiān)測對于低壓和高壓發(fā)生器設(shè)備來說是常見的。光纖傳感器為實(shí)時溫度監(jiān)控提供了經(jīng)濟(jì)高效的解決方案，使設(shè)備能夠以最佳性能運(yùn)行并延長使用壽命。

光纖溫度傳感器現(xiàn)在通常安裝在大型電動機(jī)和發(fā)電機(jī)設(shè)備中，以提供關(guān)鍵定子繞組和軸承熱點(diǎn)的實(shí)時監(jiān)控和熱保護(hù)。旋轉(zhuǎn)機(jī)器繞組的安全工作溫度受到絕緣材料在最終劣化之前可以承受的熱量的限制。該溫度和劣化率隨不同類別的絕緣材料而變化。給定溫度下的絕緣劣化大致與溫度高于臨界閾值的時間長度成比例。直到最近，RTD(電阻溫度檢測器)通常嵌入繞組中以提供連續(xù)監(jiān)測，盡管由EMI / RFI干擾引起的不準(zhǔn)確。現(xiàn)在，經(jīng)濟(jì)高效的光纖溫度傳感器可安裝在高壓和交變電磁場給傳統(tǒng)RTD繞組傳感器帶來問題的地方。光纖傳感器可以插在電機(jī)和發(fā)電機(jī)的繞組之間，可以進(jìn)行連續(xù)的溫度測量，以保護(hù)絕緣并延長維護(hù)計(jì)劃。通過安裝光學(xué)溫度傳感器，操作員可以實(shí)時監(jiān)控負(fù)載情況，最大限度地提高能源和經(jīng)濟(jì)效率。更好的能源效率對企業(yè)有利，對環(huán)境有益。

MRI溫度監(jiān)測

各種生命科學(xué)和患者監(jiān)測應(yīng)用需要高精度的光纖溫度傳感。提供用于MRI(磁共振成像)，NMR(核磁共振成像)和RF(射頻)環(huán)境的單通道和多通道光纖溫度探頭，包括具有快速響應(yīng)和卓越精度的低成本一次性溫度探頭。

各種生命科學(xué)應(yīng)用依賴于光纖溫度傳感器，在不利于標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)和RTD(電阻溫度檢測器)的環(huán)境中進(jìn)行高精度傳感。光纖傳感器的一個用途是在MRI，NMRI和MRT環(huán)境中進(jìn)行患者監(jiān)測，其中極高磁場與脈沖RF(射頻)能量相結(jié)合，禁止使用金屬傳感器。OSENSA的光纖傳感器由非金屬材料制成，非常適合監(jiān)測患者體溫，確保組織的特定吸收率不超過破壞性水平。光纖溫度傳感器也可用于監(jiān)測超導(dǎo)電磁鐵的低溫冷卻。

提供各種尺寸和材料的高精度光纖溫度傳感器，非常適合MRI和CT(X射線計(jì)算機(jī)斷層掃描)研究。光纖探頭由X射線透明材料和非磁性連接器構(gòu)成，可在MRI和CT掃描室中完全兼容。此外，還提供快速響應(yīng)，超小直徑光纖探頭，專為滿足許多苛刻應(yīng)用的要求而設(shè)計(jì)。

半導(dǎo)體卡盤溫度和過程控制

高精度光纖溫度傳感器專為滿足半導(dǎo)體過程控制應(yīng)用的苛刻要求而設(shè)計(jì)。為電介質(zhì)和導(dǎo)體蝕刻應(yīng)用提供快速響應(yīng)的定制OEM解決方案，用于接觸式和非接觸式光學(xué)溫度傳感。光纖傳感器嵌入多個區(qū)域的靜電卡盤中，以提供最大的控制和熱均勻性。

許多半導(dǎo)體晶圓處理應(yīng)用依靠光纖溫度傳感器在高RF(射頻)和等離子體環(huán)境中進(jìn)行精確的過程控制。在典型的處理應(yīng)用中，將硅晶片放置在靜電卡盤上，該靜電卡盤在等離子體環(huán)境中被快速加熱和冷卻。光纖溫度傳感器嵌入靜電卡盤的底座，為嚴(yán)格的過程控制提供高精度，快速響應(yīng)。每個靜電吸盤被分成多個區(qū)域，需要多個光纖溫度傳感器以最大化晶片表面上的溫度均勻性。采用這種類型布置的半導(dǎo)體應(yīng)用通常是電介質(zhì)和導(dǎo)體蝕刻工藝。

對于增強(qiáng)的等離子體化學(xué)氣相沉積(EPCVD)工藝，使用噴淋頭反應(yīng)器將反應(yīng)氣體分散到處理室中，同時施加強(qiáng)RF能量。在這些應(yīng)用中，采用光纖溫度傳感器來控制噴頭溫度以及監(jiān)測側(cè)壁溫度，以最小化內(nèi)腔表面上的沉積。光纖溫度傳感器專為支持各種尖端半導(dǎo)體工藝而開發(fā)。光纖傳感器采用非接觸式幾何結(jié)構(gòu)，傳感材料嵌入靜電卡盤的底座，但光纖位于遠(yuǎn)處。該方法使響應(yīng)速度最大化并消除了桿傳導(dǎo)損失。它還使電子夾頭更換和翻新更簡單，

微波和感應(yīng)加熱控制

多通道光纖溫度傳感器為工業(yè)微波工藝提供經(jīng)濟(jì)高效且便捷的溫度監(jiān)控，包括微波輔助化學(xué)，微波殺菌和微波燒結(jié)。用于微波環(huán)境的光學(xué)溫度探頭由護(hù)套材料制成，具有最大的化學(xué)和生物相容性，或者由堅(jiān)固的不銹鋼和高溫陶瓷制成。

光纖溫度傳感器本質(zhì)上不受微波輻射和高頻電磁輻射的影響。使用光纖溫度傳感器的微波環(huán)境包括用于食品加工和干燥的工業(yè)微波爐，用于玻璃熔合的微波窯，以及紙張，紡織品或木材干燥。其他應(yīng)用包括陶瓷和牙科器具的微波燒結(jié)，微波殺菌和微波殺蟲處理。

開發(fā)的光纖溫度探頭可以為各種工業(yè)微波爐和微波窯應(yīng)用量身定制。技術(shù)還允許短距離非接觸式光學(xué)溫度測量，并可測量超過很高的溫度。

感應(yīng)加熱器和感應(yīng)爐采用高功率交變電磁場來快速加熱導(dǎo)電物體。一個例子是用于注塑設(shè)備的桶和模內(nèi)感應(yīng)加熱。這些加熱器的工作頻率在5到100kHz之間，可以消耗10到40kW的功率。工業(yè)級光纖溫度傳感器非常適合這些應(yīng)用，因?yàn)樗鼈兙哂袕?qiáng)大的電磁能量，高可靠性和快速響應(yīng)時間。多通道溫度變送器(信號調(diào)節(jié)器)具有4-20mA模擬輸出，可輕松集成到注塑過程控制設(shè)備中。

研究和教育光纖溫度傳感器

需要精確光纖溫度傳感解決方案的研發(fā)活動。軟件和光纖探頭可以針對各種實(shí)驗(yàn)室和測試應(yīng)用進(jìn)行定制和校準(zhǔn)。光纖溫度傳感器通常被選擇用于研究應(yīng)用，因?yàn)樗鼈儗?qiáng)電磁場，核和X射線輻射具有免疫力。光纖傳感器因其靈活性和易用性而成為研究應(yīng)用的理想選擇。只需安裝軟件并插入U(xiǎn)SB電纜即可開始光學(xué)監(jiān)測溫度。應(yīng)用支持工程師將提供友好的幫助，對于要求更高的應(yīng)用，可以提供工程咨詢服務(wù)。

光纖溫度傳感器也非常適合學(xué)生實(shí)驗(yàn)室工作，并為物理，化學(xué)，生物學(xué)，電子學(xué)和儀器儀表的教師提供獨(dú)特的教育活動。先進(jìn)的軟件使溫度記錄和校準(zhǔn)簡單，低成本。