王洪生

摘? ?要：光纖溫度傳感器是將光纖作為主要傳輸介質(zhì)，通過光纖對溫度傳感器產(chǎn)生的信號信息進(jìn)行高效率傳輸，以此來提升系統(tǒng)的工作效率。光纖傳感器在行業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用時(shí)，可有效推動技術(shù)的革新效率，并為行業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展提供基準(zhǔn)化數(shù)據(jù)參數(shù)。本文對光纖溫度傳感裝置的工藝機(jī)理進(jìn)行論述，并從工程結(jié)構(gòu)探測領(lǐng)域、航天領(lǐng)域、船舶領(lǐng)域、電力領(lǐng)域、化工領(lǐng)域等對光纖傳感裝置的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：光纖溫度傳感裝置? 工藝機(jī)理? 實(shí)際應(yīng)用

中圖分類號：TP212? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）11（c）-0092-02

近年來，在科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新下，科研人員依據(jù)光纖的絕緣性、抗干擾性、穩(wěn)定性等優(yōu)勢，將其與傳感器裝置相結(jié)合，以此來提升傳感器的精度與靈敏度。光纖溫度傳感裝置在信息化技術(shù)、智能化技術(shù)的應(yīng)用下，可依據(jù)外界光線照射強(qiáng)度對溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)在PLC技術(shù)、自動控制技術(shù)的融合下，可有效拓展光纖溫度傳感器的實(shí)際應(yīng)用范圍，以推動我國各項(xiàng)行業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展。

1? 光纖溫度傳感裝置的工藝機(jī)理

光纖溫度傳感器可分為半導(dǎo)式、分布式、干涉式、折射式等類型。半導(dǎo)式光纖溫度傳感器內(nèi)的反應(yīng)元件是將半導(dǎo)體材料作為主要溫控平臺，當(dāng)傳感器接受到的光源強(qiáng)度達(dá)到臨界狀態(tài)時(shí)，在溫度逐漸升高下，內(nèi)部反應(yīng)元件的透過率將呈現(xiàn)上升趨勢（如圖1所示），此時(shí)溫度創(chuàng)感器內(nèi)的光照強(qiáng)度減弱，則通過光信號的變化趨勢可對溫度的值量范圍進(jìn)行精確認(rèn)。

半導(dǎo)式傳感器在溫度測控系統(tǒng)中，分束器將陽光照射的光線分為兩種傳輸形式，其中一種經(jīng)過半導(dǎo)體材料，令一條光束則作為參照物，光線經(jīng)過探測器、濾波放大器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，然后再?jīng)過系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)字信號轉(zhuǎn)化器進(jìn)行數(shù)值確認(rèn)，此時(shí)，兩道光束的數(shù)值在系統(tǒng)內(nèi)平臺進(jìn)行比對，并由除法器傳入CPU，以此來提升數(shù)據(jù)值測量的精準(zhǔn)度。

分布式傳感器是以拉曼散射為主，當(dāng)光纖傳感器接收到光束時(shí)，光線中一部分光能將自動轉(zhuǎn)化為振動能量，此時(shí)光源的相對波長較長，當(dāng)振動能量的一部分轉(zhuǎn)換為光能時(shí)，此時(shí)光源相對波長較短，拉曼散射則是將兩種光源波相結(jié)合，通過光源波長的散射效應(yīng)來對溫度與光線進(jìn)行精準(zhǔn)測量。分布式傳感器將散射光經(jīng)由光濾波轉(zhuǎn)變?yōu)殚L波與短波，然后再經(jīng)過信號放大器將數(shù)字信號進(jìn)行放大，此時(shí)溫控系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行精準(zhǔn)識別，并將各光照波形產(chǎn)生的信號在光纖上進(jìn)行連續(xù)測量，進(jìn)而令傳感器內(nèi)部的數(shù)據(jù)值呈現(xiàn)出動態(tài)分布，以保證溫度值讀取的精準(zhǔn)性。

干涉式傳感器是以雙光束的干涉型測量模式完成溫度測控的，當(dāng)光線照射到傳感器的兩條光纖上時(shí)，由于兩條光纖屬于交互式纏繞，依據(jù)馬赫增德爾效應(yīng)，兩條光纖之間將產(chǎn)生干涉光，其主要表現(xiàn)形式是光纖的明暗相間。當(dāng)其中一條光纖出現(xiàn)溫度的相對變化時(shí)，則將與另一條光纖產(chǎn)生相位差，此時(shí)干涉光產(chǎn)生的條紋將產(chǎn)生光纖線路內(nèi)的移動，當(dāng)相位的動態(tài)移動間隔為π時(shí)，則表明條紋移動一個(gè)相對距離，此時(shí)與光纖中相位形成對接，進(jìn)而可依據(jù)兩條光纖中干涉光產(chǎn)生的相位差來判定溫度值。

折射式傳感器是將光纖線路中的一部分用溫敏材料來取代，當(dāng)光纖接收到光照時(shí)，光纖取代區(qū)域的折射率將發(fā)生變化，此時(shí)光纖輸出光強(qiáng)將與折射率呈現(xiàn)出線性函數(shù)關(guān)系（折射式傳感器的溫控系統(tǒng)原理如圖2所示）。

在此系統(tǒng)中，由調(diào)制電路對發(fā)光二極管的光波頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，此時(shí)產(chǎn)生的光線將經(jīng)由兩路光纖進(jìn)行傳遞，通過PIN、I/V、電子開關(guān)來對發(fā)光二極管產(chǎn)生的光信號進(jìn)行處理，然后經(jīng)過放大器對電波信號進(jìn)行放大并最終傳輸?shù)紺PU中，以此來得出溫度值。

2? 光纖溫度傳感裝置實(shí)際應(yīng)用

2.1 工程結(jié)構(gòu)探測領(lǐng)域

光纖溫度傳感器在工程結(jié)構(gòu)探測領(lǐng)域中應(yīng)用時(shí)，可依據(jù)建筑物產(chǎn)生的光線散射來對道路、橋梁、地質(zhì)結(jié)構(gòu)等進(jìn)行監(jiān)控。同時(shí)，光纖溫度傳感器也可作為交通系統(tǒng)測量的重要工具，在光纖溫度傳感器的應(yīng)用下，依據(jù)內(nèi)部極強(qiáng)的數(shù)字信號處理系統(tǒng)，可有效提升監(jiān)測效率與檢測精度，系統(tǒng)內(nèi)部的穩(wěn)定性可實(shí)現(xiàn)動態(tài)化測量，并可建構(gòu)立體化監(jiān)控體系，通過內(nèi)部信息的高效率傳輸，可令交通部門及時(shí)制定相應(yīng)的預(yù)防措施，以此來減少交通事故產(chǎn)生的幾率。

2.2 航天領(lǐng)域

航天領(lǐng)域作為經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)中的重要組成部分，其安全系統(tǒng)較為復(fù)雜，為確保飛行器的安全飛行模式，可依據(jù)光纖溫度傳感裝置將飛行系統(tǒng)與外界環(huán)境建立對接平臺。通過光纖溫度傳感裝置體積小、精度高、重量輕等優(yōu)勢，可為飛行器提供精準(zhǔn)的操控平臺。例如，將光纖溫度傳感裝置與飛行器的智能操控系統(tǒng)相連接，當(dāng)傳感器內(nèi)部的溫控元件發(fā)生動態(tài)變化時(shí)，可及時(shí)通過光纖將信號信息傳輸?shù)紺PU中，以此來實(shí)現(xiàn)中央操控系統(tǒng)對信息的實(shí)時(shí)傳輸。光纖溫度傳感裝置在飛機(jī)設(shè)備中應(yīng)用時(shí)，主要是通過機(jī)翼、穩(wěn)定軸等部位的安裝，來對機(jī)體的實(shí)際位移情況進(jìn)行分析，同時(shí)還可對飛機(jī)設(shè)備內(nèi)的電機(jī)系統(tǒng)、電路操控系統(tǒng)等進(jìn)行溫度監(jiān)測。

2.3 船舶領(lǐng)域

光纖溫度傳感器在船舶領(lǐng)域中應(yīng)用時(shí)，主要是在輪船的關(guān)鍵位置進(jìn)行應(yīng)變測量，以做出正確的損傷評估，并依據(jù)傳感器內(nèi)部的二次電路傳輸原理來將信號信息進(jìn)行比對，以此來檢測出船舶設(shè)備存在的隱性問題。船舶在行駛過中，如發(fā)生長期荷載的情況且保養(yǎng)力度不足，船體內(nèi)部的應(yīng)力將發(fā)生變化，嚴(yán)重降低船舶的安全質(zhì)量，通過光纖溫度傳感裝置的應(yīng)用，可為船舶建構(gòu)立體化檢測范圍，其內(nèi)部光纖的信號傳輸模式可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的精準(zhǔn)測量，以此為船舶的安全性能提供基礎(chǔ)保障。

2.4 電力領(lǐng)域

光纖溫度傳感裝置在電力領(lǐng)域中應(yīng)用時(shí)，可有效擴(kuò)大電網(wǎng)的工作范圍與工作效率，并為電網(wǎng)提供安全的運(yùn)行環(huán)境。在當(dāng)前高負(fù)荷用電情況下，傳統(tǒng)的電力網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行模式、檢測模式儼然無法適用于現(xiàn)階段運(yùn)營模式，而通過光纖溫度傳感裝置則可為電力監(jiān)測系統(tǒng)提供較為全面化的檢測環(huán)境。例如，線纜溫度測控、線路導(dǎo)體傳輸量測控、導(dǎo)體荷載量測控等，同時(shí)在內(nèi)部數(shù)據(jù)信息的高效率傳輸下，可為線路運(yùn)營提供較為安全的傳輸環(huán)境。

2.5 化工領(lǐng)域

石油化工領(lǐng)域在運(yùn)營過程中，最為嚴(yán)重的工程事故為輸油管道的泄露，其不僅對石油企業(yè)造成大量的經(jīng)濟(jì)損失，還對工作人員造成嚴(yán)重的生命威脅。在光纖溫度傳感裝置的應(yīng)用下，將石油傳輸管道的傳輸節(jié)點(diǎn)處布置相應(yīng)的光纖溫度傳感器，當(dāng)發(fā)生油體泄露時(shí)，此時(shí)光纖溫度傳感裝置則將進(jìn)行時(shí)間維度、空間維度下的檢測，并及時(shí)將泄露產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息反饋到主操控系統(tǒng)內(nèi)，此種信息傳輸不受距離的限制。與此同時(shí)，光纖溫度傳感裝置可對石油傳輸管道的彎曲情況、荷載承受力等進(jìn)行分析，為石油化工體系的運(yùn)行提供質(zhì)量保障。

3? 結(jié)語

綜上所述，本文從半導(dǎo)式、分布式、干涉式、折射式等類型，對光纖溫度傳感裝置的工藝機(jī)理進(jìn)行論述，并對光纖溫度傳感裝置的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行研究。在信息反饋技術(shù)、數(shù)字技術(shù)的不斷更新下，光纖溫度傳感裝置依托于智能化平臺可實(shí)現(xiàn)設(shè)備的對接操控，在內(nèi)部數(shù)字信號的反饋傳輸下，將光線信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，并有?nèi)部系統(tǒng)的CPU將數(shù)據(jù)信息進(jìn)行整合，可有效提升系統(tǒng)的工作效率與精準(zhǔn)度。期待在未來發(fā)展過程中，科研人員可加大此方向的研發(fā)力度，令光纖溫度傳感裝置應(yīng)用于更多的行業(yè)領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)

[1] 賀彥博，夏立元，榮雁，等.基于分布式光纖溫度傳感技術(shù)的油氣儲罐火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)踐[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2019，39（14）：64-66.

[2] 侯元萌，葛海波，李彩虹，等.基于MF與雙芯的光纖磁場傳感系統(tǒng)溫度補(bǔ)償研究[J].光通信技術(shù)，2019（10）：1-7.

[3] 徐志鈕，趙麗娟，陳飛飛，等.基于布里淵動態(tài)光柵的保偏光纖中溫度和應(yīng)變的傳感機(jī)制研究[J].光子學(xué)報(bào)，2019，48（8）：60-68.