普罗迪推出的荧光光纤温度传感器技术

荧光光纤测温方案
荧光光纤测温方案是一种利用荧光物质受激辐射能量按指数方式衰减的原理进行温度测量的技术。

其核心是通过测量荧光物质受激发后的衰减时间来得出测量点的温度。

该方案具有以下特点：
1. 高精度测量：由于荧光物质的余辉时间与温度相关，通过测量余辉时间可以获得精确的温度信息。

2. 实时监测：荧光光纤测温系统可以实时监测高压开关柜触头、进出线、母排等位置的温度，确保设备安全运行。

3. 安装方便：该系统体积小，安装方便，无需经常维护。

4. 可靠性高：荧光光纤测温系统具有高可靠性，防爆防燃，适用于各种恶劣环境。

5. 温度信号输出：温度信号以数字信号形式输出，可以在后台进行个性化应用，如报警、预警通知、远程监控等。

该方案的应用场景包括但不限于：高压开关柜、变压器、环网柜等设备的温度监测。

其工作原理是利用荧光物质受紫外线照射并激发后在可见光谱中发射线状光谱，即荧光及其余辉。

只要测得时间常数的值，就可以求出温度。

总之，荧光光纤测温方案具有高精度、实时监测、安装方便、可靠性高、温度信号输出等特点，适用于各种需要温度监测的场景。

FOTS-100A型荧光式光纤测温仪使用说明书 VER 2.1FOTS-100A 型荧光式光纤测温仪是基于荧光式光纤测温原理集成的测温系统。

该产品在高电压、强电磁干扰等特殊环境下的工业测温方面有着独特的技术优势。

本产品核心部件采用目前国际上最新一代荧光式光纤测温模块与探头，具有本质安全、抗强电磁干扰、电绝缘性好、防雷击、高精度、性能稳定以及寿命长、耐腐蚀、体积小等优点。

其信号处理部分采用国际先进的数字化解调技术，具有实时在线信号采集、处理和传输功能。

被测体的温度信息从传感、解调到传输全部利用光信号完成，充分实现了无电检测和本质安全，可广泛应用于发电、变送电、航空航天、工业微波、医疗、食品加工、石油化工、塑料橡胶工业、微波化学等多种工业环境和研究领域。

本产品在寿命期内无须校准标定，特别适合于高电压、强电磁(EMI/RFI/EMP)等特殊工业环境中对温度的实时监测。

同时，此款荧光式光纤测温仪设计形式灵活、可靠性高，可完成拓扑结构复杂的多点温度监测，具有较高的环境适应性。

一、 功能特点1)本产品（FOTS-100A型）为单通道测温，在此基础上，本公司也可根据用户的需求增加测量通道，以实现多点温度测量，通道数为1-16个可选。

如客户有特殊需求，我们也可以为其量身订做；2)实时液晶显示测点温度（定制）；3) 利用SD 卡存储实时温度测量数据，随时可以查看历史数据（定制）；4) 使用方便，组网灵活，输出接口有RS232、USB（定制）、RS485（定制）等；5) 可输出开关量控制信号（定制）；6) 可采用内置锂电池和充电电路，更加方便携带（定制）；7) 可以根据用户的需求，自行设置报警点、温度校正值等；8) 利用标准配置的计算机软件，可实现微机控制下的实时温度监控和参数设置。

二、 性能指标 测量范围-40～220℃ 测量精度±0.3℃、±0.5℃、±1℃可选 测量分辨率 0.1℃ 测量频率 ≤2.5Hz（单通道） 传感器探头长度 1～10m(标准配置为3m) 供电方式 DC9-15V、充电锂电池（可选） 数字接口 RS-232、USB、RS-485可选 操作温度 -20～60℃ 储存温度 -40～85℃ 尺寸 180*100*42mm 三、 面板操作 1) 将电源适配器连接到仪表，打开开关，此时仪表进入工作状态，其液晶屏上实时显示探头的当前温度。

荧光光纤温度传感器是一种创新的温度测量设备，利用光纤技术的远距离传输特性，避开了恶劣的测温环境。

这种传感器基于稀土荧光物质的材料特性实现，当这些物质受到紫外线照射并激发后，它们在可见光谱中发射线状光谱，即荧光及其余辉。

荧光余辉的衰变时间常数是温度的单值函数，通常温度越高，时间常数越小。

只要测得时间常数的值，就可以求出温度。

为了提高测量的准确性和稳定性，研究人员设计了一种双通道的小型实用的荧光测温系统。

这个系统分为光路设计、电路设计和程序设计三个部分。

通过采用两路通道差分相减的创新思想，完全消除了直流分量且基本不含有随机噪声，从而得到了单一光滑的荧光衰减信号。

此外，报道中提到的最新研制的荧光光纤温度传感器及其测量系统，其结构简单合理，制造成本低，测量范围大，可实现温度-50~+200℃温度范围的测量，测量精度高，可实现精度±0.1℃。

1 概述传统的温度测量技术在各个领域的应用已很成熟，如热电偶、热敏电阻、光学高温计、半导体以及其它领域的温度传感器。

它们的敏感特性主要是以电子信号作为传感媒介，即利用温度对电子信号的调制作用。

而在特殊工况和环境下，如在易爆、易燃、高电压、强电磁场、具有腐蚀性气体、液体，以及要求快速响应、非接触等环境下，光纤温度测量技术具有独到的优越性。

由于光纤本身的电磁绝缘性以及固有的宽频带等优点，使得光纤温度传感器突破了电子温度传感器的限制。

同时由于其工作原理是利用温度对光信号的调制作用，传感或传输方式多采用石英光纤，传输的幅值信号损耗低，可远距离传输，使传感器的光电器件脱离测温现场，避开了恶劣的环境。

在辐射测温中，光纤代替了常规测温仪的空间传输光路，使尘雾、水汽等干扰因素对测量结果影响很小。

光纤质量小、截面小、可弯曲传输，因此可测量不可见的工作空间的温度，便于特殊工况下的安装使用。

光纤由于温度测量的机理与结构形式多种多样，基本上可分为两大类：一类是传光型，它利用某种传感元件把光的强度、波长等与温度有关的信息作为测量信号，由光纤将信号传递到探测器；另一类是传感型，它以光纤本身为传感元件，将光的相位、波长、强度等为测量信号。

光纤温度传感器机理及特点如表1所示。

光纤传光型温度传感器通常使用电子式敏感器件，光纤仅为信号的传输通道；传感型光纤温度传感器利用其本身具有的物理参数随温度变化的特性检测温度，光纤本身为敏感元件，其温度灵敏度较高，但由于光纤对温度以外的干扰如振动、应力等的敏感性，使其工作的稳定性和精度受到影响。

其中荧光衰减型、热辐射型光纤温度传感器已达到应用水平。

其中，荧光光纤测温技术可以实现不同工作情况，尤其是电磁干扰下的温度测量。

荧光是辐射的去活化过程。

荧光材料原子受到某一波长的辐射而激发时，辐射去活化，发出辐射。

荧光是发射光，它涉及吸取和再发射2个过程，每个过程都是瞬间的，但在2个过程之间存在一时间间隔，它依赖于荧光去活化过程。

基于红宝石的荧光光纤温度传感器摘要：本文中提出了荧光光纤温度测量系统，分析了荧光物质的吸收和发射特性，并开发基于红宝石的光纤温度测量探头。

该系统特别适合温度测量范围为20°C至600°C。

实验中，由于其高度的分辨率和精度，这种温度测量方法被证明是有效和有用的。

该系统解决了在特殊的环境和电磁干扰环境中的温度测量问题。

关键词：荧光光纤温度传感器；红宝石材料；PLD-PMSRA Fluorescence optic-fiber Temperature Sensor Based on Ruby Abstract: The fluorescence fiber temperature measurement system is proposed in his paper, The characteristic of fluorescence material absorption and emission is analysised, and the optic- fiber temperature measurement probe based on ruby is developed. This system is particularly adapt to the temperature measurement in the rang of 20ćto 600ć. During the cause of experimentation, this temperature measurement method is proved to be effective and useful for its highly resolution andprecision. This system has resolved the temperature measurement problem in special environment and electromagnetic interference environmental.Keywords-fluorescence：optic-fiber thermometer; ruby material; PLD-PMSRⅠ.引言除了是一个理想的珍贵宝玉石，红宝石作为激光晶体在世界上第一个激光的成功运作中的使用是众所周知的。

根据贵公司所提供的资料和要求，该荧光式光纤温度传感器采用的发光管为约400nm的蓝紫光，接收管的接收光为约700nm的红光，根据西安固态产品硬件的初步破解来看，其具体方案如图1所示。

图1 荧光式光纤温度传感器结构图
1、发光二极管驱动电路：
该部分电路是通过单片机PIC18F1330的PWM控制轨到轨运算放大器MCP6293E，进而驱动场效应管SI2301实现的。

2、光电接收及放大电路：
反射光通过接收管接收后，通过CMOS型输入运放LMV797进行信号放大，然后通过单片机PIC18F1330的AD引脚采集到单片机中。

3、与底板的通信采用单片机PIC18F1330自带的RS232引脚RX、TX进行通讯。

荧光光纤测温原理荧光光纤测温是一种通过测量荧光光纤的荧光强度来确定温度的技术。

荧光光纤测温原理基于荧光物质的温度敏感性以及光纤传感技术的优势，可以实现对复杂环境中温度的实时监测和测量。

荧光光纤测温的基本原理是利用温度对荧光物质发射光谱的影响。

荧光物质是一种具有特定荧光发射特性的物质，当受到激发光源的激发时，会发射出特定波长的荧光。

荧光物质的荧光发射波长会随着温度的变化而发生改变，这种改变与荧光物质分子结构的变化有关。

荧光光纤测温系统由光纤传感器、激发光源、光谱仪和数据处理系统组成。

光纤传感器是引入有荧光物质的光纤，在传感器的一段光纤中，荧光物质与光纤芯层相互作用，使得光的能量转化成荧光。

在测温过程中，激发光源会发送激发光信号至光纤传感器的一端，激发荧光物质产生荧光。

产生的荧光信号经过光纤传输至另一端，并通过光谱仪进行分析和测量。

光谱仪会将荧光信号转换为电信号，并通过数据处理系统进行处理和解析。

荧光光纤测温的关键是通过荧光发射波长与温度之间的关系来确定温度。

这种关系可以通过两种方式来实现：一种是利用特定的荧光物质在一定波长范围内的发射峰值与温度之间的线性关系，另一种是利用荧光物质的发射谱峰值在温度变化下的漂移曲线。

在第一种方式中，荧光物质的发射峰值波长与温度之间存在着一定的线性关系。

通过建立荧光发射峰值与温度之间的标定曲线，就可以通过测量荧光发射峰值来确定温度。

在第二种方式中，荧光物质的发射谱峰值在温度变化下会发生漂移。

通过测量荧光发射谱峰值的漂移，可以确定温度的变化。

荧光光纤测温技术具有很多优点。

首先，荧光光纤传感器具有高灵敏度和快速响应的特点，可以实时监测温度的变化。

其次，荧光光纤可以远距离传输信号，在复杂环境中能够灵活应用。

此外，荧光光纤测温系统具有良好的稳定性和可靠性，可以长时间运行而不需频繁校准。

荧光光纤测温技术在工业、能源、环境监测等领域有着广泛的应用。

例如，在电力行业，荧光光纤测温技术可以用于电缆的温度监测和故障预警；在石油化工行业，可以用于管道和储罐的温度监测和维护等。

荧光光纤测温原理荧光光纤测温原理荧光光纤测温原理是利用光纤中所掺入的某种荧光材料在温度的变化下，荧光强度和发射波长会发生变化的特性，通过测量荧光信号的变化来推算出温度的一种方法。

荧光光纤测温技术的基本原理是光纤传感器的感温部位通过和被测介质的接触，能够感应到介质温度的变化，调整荧光材料的电子状态，使其发出不同波长的荧光信号，进而实现温度变化的测量。

荧光光纤测温原理的关键在于荧光材料的特性和荧光信号的测量。

荧光材料的特性决定了在不同温度下它可以发出不同波长的荧光信号，从而实现对温度的测量。

而荧光信号的测量则需要对荧光信号进行放大、滤波、转换和分析等处理，从而得到精准的温度数值。

荧光材料在应用中主要有荧光红、荧光绿、荧光黄等颜色，一般是将这些荧光材料掺入光纤中，以构成可感温的光纤传感器。

荧光光纤测温技术具有响应速度快、测量范围广、分辨率高、耐高温、耐腐蚀等优点。

荧光光纤测温技术可以应用于多种行业领域，例如电力、石油化工、制药、航空航天等。

在电力行业，荧光光纤测温技术被广泛应用于电力设施的温度监测，例如变压器、电缆等设备的温度监测；在石油化工产业，荧光光纤测温技术可用于检测化工反应器、石油储罐、输油管道等设备的温度变化；在制药领域，荧光光纤测温技术则可以用于医用设备的温度监测；在航空航天领域，荧光光纤测温技术可应用于航天器的温度控制和热管理等方面。

荧光光纤测温是一种具有广泛应用前景和优越性能的温度检测技术，它具有高精度、高灵敏度、高可靠性等优点，可以为现代工业生产提供有效的检测手段，为温度控制和温度管理提供有力支持。

除了荧光光纤测温技术，目前市场上还有其他多种温度检测技术，如热电偶、红外线温度计等。

相比于这些传统技术，荧光光纤测温技术具有更为优异的特点。

荧光光纤测温技术对温度波动的响应速度非常快，可以实现毫秒级的数据采集。

这个特点使得荧光光纤测温技术不仅可以应用于对稳态温度的监测，也可以用于对瞬态温度变化的快速检测和控制，尤其在高速瞬变过程的监测和控制方面表现出了很大的优势。