光纖溫度傳感裝置的工藝機理分析與實際應用研究

王洪生

摘? ?要：光纖溫度傳感器是將光纖作為主要傳輸介質，通過光纖對溫度傳感器產生的信號信息進行高效率傳輸，以此來提升系統(tǒng)的工作效率。光纖傳感器在行業(yè)領域中應用時，可有效推動技術的革新效率，并為行業(yè)領域的發(fā)展提供基準化數據參數。本文對光纖溫度傳感裝置的工藝機理進行論述，并從工程結構探測領域、航天領域、船舶領域、電力領域、化工領域等對光纖傳感裝置的實際應用進行研究。

關鍵詞：光纖溫度傳感裝置? 工藝機理? 實際應用

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

近年來，在科學技術的不斷創(chuàng)新下，科研人員依據光纖的絕緣性、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、智能化技術的應用下，可依據外界光線照射強度對溫度進行實時監(jiān)控，同時在PLC技術、自動控制技術的融合下，可有效拓展光纖溫度傳感器的實際應用范圍，以推動我國各項行業(yè)領域的發(fā)展。

1? 光纖溫度傳感裝置的工藝機理

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

半導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，其中一種經過半導體材料，令一條光束則作為參照物，光線經過探測器、濾波放大器轉變?yōu)殡娦盘枺缓笤俳涍^系統(tǒng)內部數字信號轉化器進行數值確認，此時，兩道光束的數值在系統(tǒng)內平臺進行比對，并由除法器傳入CPU，以此來提升數據值測量的精準度。

分布式傳感器是以拉曼散射為主，當光纖傳感器接收到光束時，光線中一部分光能將自動轉化為振動能量，此時光源的相對波長較長，當振動能量的一部分轉換為光能時，此時光源相對波長較短，拉曼散射則是將兩種光源波相結合，通過光源波長的散射效應來對溫度與光線進行精準測量。分布式傳感器將散射光經由光濾波轉變?yōu)殚L波與短波，然后再經過信號放大器將數字信號進行放大，此時溫控系統(tǒng)內的數據采集系統(tǒng)可對數據信息進行精準識別，并將各光照波形產生的信號在光纖上進行連續(xù)測量，進而令傳感器內部的數據值呈現(xiàn)出動態(tài)分布，以保證溫度值讀取的精準性。

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，當光線照射到傳感器的兩條光纖上時，由于兩條光纖屬于交互式纏繞，依據馬赫增德爾效應，兩條光纖之間將產生干涉光，其主要表現(xiàn)形式是光纖的明暗相間。當其中一條光纖出現(xiàn)溫度的相對變化時，則將與另一條光纖產生相位差，此時干涉光產生的條紋將產生光纖線路內的移動，當相位的動態(tài)移動間隔為π時，則表明條紋移動一個相對距離，此時與光纖中相位形成對接，進而可依據兩條光纖中干涉光產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，當光纖接收到光照時，光纖取代區(qū)域的折射率將發(fā)生變化，此時光纖輸出光強將與折射率呈現(xiàn)出線性函數關系（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，由調制電路對發(fā)光二極管的光波頻率進行調節(jié)，此時產生的光線將經由兩路光纖進行傳遞，通過PIN、I/V、電子開關來對發(fā)光二極管產生的光信號進行處理，然后經過放大器對電波信號進行放大并最終傳輸到CPU中，以此來得出溫度值。

2? 光纖溫度傳感裝置實際應用

2.1 工程結構探測領域

光纖溫度傳感器在工程結構探測領域中應用時，可依據建筑物產生的光線散射來對道路、橋梁、地質結構等進行監(jiān)控。同時，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用下，依據內部極強的數字信號處理系統(tǒng)，可有效提升監(jiān)測效率與檢測精度，系統(tǒng)內部的穩(wěn)定性可實現(xiàn)動態(tài)化測量，并可建構立體化監(jiān)控體系，通過內部信息的高效率傳輸，可令交通部門及時制定相應的預防措施，以此來減少交通事故產生的幾率。

2.2 航天領域

航天領域作為經濟結構中的重要組成部分，其安全系統(tǒng)較為復雜，為確保飛行器的安全飛行模式，可依據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，當傳感器內部的溫控元件發(fā)生動態(tài)變化時，可及時通過光纖將信號信息傳輸到CPU中，以此來實現(xiàn)中央操控系統(tǒng)對信息的實時傳輸。光纖溫度傳感裝置在飛機設備中應用時，主要是通過機翼、穩(wěn)定軸等部位的安裝，來對機體的實際位移情況進行分析，同時還可對飛機設備內的電機系統(tǒng)、電路操控系統(tǒng)等進行溫度監(jiān)測。

2.3 船舶領域

光纖溫度傳感器在船舶領域中應用時，主要是在輪船的關鍵位置進行應變測量，以做出正確的損傷評估，并依據傳感器內部的二次電路傳輸原理來將信號信息進行比對，以此來檢測出船舶設備存在的隱性問題。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，船體內部的應力將發(fā)生變化，嚴重降低船舶的安全質量，通過光纖溫度傳感裝置的應用，可為船舶建構立體化檢測范圍，其內部光纖的信號傳輸模式可實現(xiàn)數據信息的精準測量，以此為船舶的安全性能提供基礎保障。

2.4 電力領域

光纖溫度傳感裝置在電力領域中應用時，可有效擴大電網的工作范圍與工作效率，并為電網提供安全的運行環(huán)境。在當前高負荷用電情況下，傳統(tǒng)的電力網絡運行模式、檢測模式儼然無法適用于現(xiàn)階段運營模式，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、線路導體傳輸量測控、導體荷載量測控等，同時在內部數據信息的高效率傳輸下，可為線路運營提供較為安全的傳輸環(huán)境。

2.5 化工領域

石油化工領域在運營過程中，最為嚴重的工程事故為輸油管道的泄露，其不僅對石油企業(yè)造成大量的經濟損失，還對工作人員造成嚴重的生命威脅。在光纖溫度傳感裝置的應用下，將石油傳輸管道的傳輸節(jié)點處布置相應的光纖溫度傳感器，當發(fā)生油體泄露時，此時光纖溫度傳感裝置則將進行時間維度、空間維度下的檢測，并及時將泄露產生的數據信息反饋到主操控系統(tǒng)內，此種信息傳輸不受距離的限制。與此同時，光纖溫度傳感裝置可對石油傳輸管道的彎曲情況、荷載承受力等進行分析，為石油化工體系的運行提供質量保障。

3? 結語

綜上所述，本文從半導式、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理進行論述，并對光纖溫度傳感裝置的實際應用進行研究。在信息反饋技術、數字技術的不斷更新下，光纖溫度傳感裝置依托于智能化平臺可實現(xiàn)設備的對接操控，在內部數字信號的反饋傳輸下，將光線信號轉變?yōu)殡娦盘?，并有內部系統(tǒng)的CPU將數據信息進行整合，可有效提升系統(tǒng)的工作效率與精準度。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用于更多的行業(yè)領域。

參考文獻

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