熒光光纖測(cè)溫原理
在電磁環(huán)境中使用熒光光纖測(cè)溫主要基于以下原理：
熒光物質(zhì)的溫度依賴性：熒光光纖溫度傳感器的工作核心是熒光物質(zhì)。當(dāng)熒光物質(zhì)被特定波長(zhǎng)（受激譜）的光源激發(fā)時(shí)，它會(huì)吸收光能并重新發(fā)射出熒光。而熒光的光譜特性（如波長(zhǎng)、強(qiáng)度和壽命）隨溫度變化而變化。在不同的環(huán)境溫度下，這些特性的改變呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性。例如，熒光余暉衰減的時(shí)間常數(shù)（熒光壽命或熒光余暉時(shí)間，單位為ns）在不同溫度下是不同的，探測(cè)器通過(guò)測(cè)量熒光余暉壽命的長(zhǎng)短，就可以準(zhǔn)確測(cè)得探頭所處的環(huán)境溫度。
光纖的傳光作用：光纖在這個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)中起到傳輸光信號(hào)的重要作用。光纖具有許多獨(dú)特的性質(zhì)，它能夠?qū)晒馕镔|(zhì)發(fā)出的光信號(hào)傳輸?shù)教綔y(cè)器端。而且光纖本身對(duì)光信號(hào)的傳輸損耗低，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸，這使得傳感器的光電器件能夠脫離測(cè)溫現(xiàn)場(chǎng)，避開(kāi)惡劣的電磁環(huán)境。同時(shí)，光纖質(zhì)量小、截面小、可彎曲傳輸，這些特性使得它可以測(cè)量不可見(jiàn)的工作空間的溫度，也便于在特殊工況下的安裝使用。光纖測(cè)溫技術(shù)可分為傳光型和傳感型兩類，熒光光纖測(cè)溫屬于傳感型，它以光纖本身為傳感元件，將光的相位、波長(zhǎng)、強(qiáng)度等作為測(cè)量信號(hào)。
熒光光纖測(cè)溫在電磁環(huán)境中的優(yōu)勢(shì)
抗電磁干擾性強(qiáng)：在電磁環(huán)境中，如存在電磁場(chǎng)輻射、浪涌、電脈沖等情況，傳統(tǒng)的電子溫度傳感器往往會(huì)受到干擾。而熒光光纖溫度傳感器基于光信號(hào)進(jìn)行溫度測(cè)量，光信號(hào)不受電磁干擾的影響。這是因?yàn)楣饫w是由電絕緣材料制成的，能夠在強(qiáng)電磁場(chǎng)環(huán)境下正常工作，確保了測(cè)量的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。例如在高壓開(kāi)關(guān)柜、刀閘開(kāi)關(guān)、變壓器等設(shè)備內(nèi)部，電磁場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜，熒光光纖測(cè)溫可以準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)溫度，有效避免電磁干擾帶來(lái)的測(cè)量誤差。
電絕緣性好：光纖材料為電絕緣體，這一特性使得熒光光纖傳感器在高壓環(huán)境下能夠安全工作。即使在測(cè)量高電壓設(shè)備（如變壓器繞組、電纜接頭等）的溫度時(shí)，也不會(huì)因?yàn)閷?dǎo)電而引發(fā)安全事故。傳感器的探頭可以直接以接觸的方式安裝在被測(cè)點(diǎn)上，零距離地監(jiān)測(cè)溫度異常情況，有效防止電氣火災(zāi)等事故的發(fā)生。例如，一些熒光光纖溫度傳感器在30cm爬電距離內(nèi)可耐受超過(guò)140kV工頻電壓，完全滿足開(kāi)關(guān)柜等設(shè)備的絕緣耐壓要求。
其他優(yōu)勢(shì)：
體積小、重量輕：光纖傳感器的體積小、重量輕，易于安裝和集成。在電磁環(huán)境中的設(shè)備內(nèi)部空間往往有限，其小巧的體積便于在狹小空間內(nèi)進(jìn)行安裝布置，不會(huì)對(duì)設(shè)備原有結(jié)構(gòu)和運(yùn)行造成較大影響。
遠(yuǎn)程傳輸：光纖具有低損耗的特性，可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離的信號(hào)傳輸，適用于遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。在一些大型的電磁設(shè)備分布較廣的場(chǎng)景下，如變電站內(nèi)不同區(qū)域的設(shè)備，能夠?qū)囟刃盘?hào)傳輸?shù)竭h(yuǎn)處的監(jiān)控中心進(jìn)行集中監(jiān)測(cè)和分析。
電磁環(huán)境對(duì)測(cè)溫技術(shù)的特殊要求
抗干擾性要求：電磁環(huán)境中存在著各種電磁場(chǎng)輻射、浪涌和電脈沖等電磁干擾源。這些干擾可能會(huì)影響測(cè)溫技術(shù)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。對(duì)于測(cè)溫技術(shù)來(lái)說(shuō)，需要具備很強(qiáng)的抗干擾能力，能夠在復(fù)雜的電磁干擾下準(zhǔn)確地測(cè)量溫度。例如，在高壓變電站中，各種電氣設(shè)備產(chǎn)生的電磁場(chǎng)非常強(qiáng)，如果測(cè)溫技術(shù)抗干擾能力不足，測(cè)量結(jié)果可能會(huì)出現(xiàn)較大偏差，無(wú)法真實(shí)反映設(shè)備的溫度狀況。
安全性要求：在一些電磁環(huán)境中，如高電壓環(huán)境下，測(cè)溫技術(shù)必須保證安全可靠。這就要求測(cè)溫設(shè)備或傳感器具有良好的絕緣性能，避免因?qū)щ姸l(fā)安全事故。例如，在對(duì)高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部觸頭進(jìn)行溫度測(cè)量時(shí)，如果使用的測(cè)溫傳感器不具備足夠的絕緣性，可能會(huì)導(dǎo)致短路故障，甚至危及操作人員的安全。
穩(wěn)定性要求：電磁環(huán)境可能會(huì)對(duì)測(cè)溫設(shè)備的長(zhǎng)期穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。一些電磁干擾可能會(huì)逐漸影響測(cè)溫設(shè)備的性能，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果隨時(shí)間發(fā)生漂移。因此，要求測(cè)溫技術(shù)在電磁環(huán)境中能夠保持長(zhǎng)期穩(wěn)定的工作狀態(tài)，測(cè)量精度不會(huì)因?yàn)殡姶怒h(huán)境的影響而逐漸降低。例如，對(duì)于長(zhǎng)期運(yùn)行在強(qiáng)電磁環(huán)境中的電力設(shè)備的溫度監(jiān)測(cè)，測(cè)溫技術(shù)需要在多年的運(yùn)行過(guò)程中始終保持可靠的性能。
與其他測(cè)溫技術(shù)相比熒光光纖測(cè)溫在電磁環(huán)境中的表現(xiàn)
與熱電偶測(cè)溫技術(shù)相比：
抗電磁干擾能力：熱電偶測(cè)溫是基于熱電效應(yīng)，通過(guò)測(cè)量?jī)煞N不同金屬材料之間的熱電勢(shì)來(lái)確定溫度。在電磁環(huán)境中，熱電偶容易受到電磁干擾，因?yàn)樗腔陔娮有盘?hào)傳導(dǎo)的。而熒光光纖測(cè)溫利用光信號(hào)傳輸，不受電磁干擾，在電磁環(huán)境復(fù)雜的場(chǎng)所（如大型電機(jī)附近、變電站等），熒光光纖測(cè)溫能更準(zhǔn)確地測(cè)量溫度1。
安全性方面：熱電偶的金屬材料是導(dǎo)電的，在高電壓環(huán)境下存在安全風(fēng)險(xiǎn)，如可能引發(fā)短路或觸電事故。相反，熒光光纖傳感器由光纖制成，是電絕緣的，在高電壓、強(qiáng)電磁環(huán)境下可以安全地進(jìn)行溫度測(cè)量，例如在高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)測(cè)量觸頭溫度時(shí)，熒光光纖測(cè)溫不會(huì)帶來(lái)額外的安全隱患。
與熱敏電阻測(cè)溫技術(shù)相比：
抗干擾性：熱敏電阻是依據(jù)其電阻值隨溫度變化的特性來(lái)測(cè)量溫度的，其電阻信號(hào)容易受到電磁干擾的影響。在電磁干擾較強(qiáng)的環(huán)境中，如工業(yè)微波設(shè)備周圍，熱敏電阻的測(cè)量精度可能會(huì)受到較大影響。而熒光光纖測(cè)溫不受電磁干擾，能夠穩(wěn)定準(zhǔn)確地測(cè)量溫度。
穩(wěn)定性方面：熱敏電阻在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，可能會(huì)因?yàn)樽陨淼睦匣?、電磁環(huán)境影響等因素導(dǎo)致性能漂移，測(cè)量精度下降。熒光光纖測(cè)溫中的感溫材料（如稀土材料）具有高可靠性，相關(guān)系統(tǒng)已成功應(yīng)用于設(shè)備監(jiān)測(cè)30年以上，在長(zhǎng)期穩(wěn)定性方面表現(xiàn)更優(yōu)，能夠適應(yīng)電磁環(huán)境下長(zhǎng)期溫度監(jiān)測(cè)的需求，例如在電力變壓器的長(zhǎng)期溫度監(jiān)測(cè)中，熒光光纖測(cè)溫可以持續(xù)穩(wěn)定地工作。
與光學(xué)高溫計(jì)相比：
測(cè)量方式：光學(xué)高溫計(jì)是通過(guò)測(cè)量物體的熱輻射來(lái)確定溫度，屬于非接觸式測(cè)量。雖然它也利用光信號(hào)，但在電磁環(huán)境下，其測(cè)量光路可能會(huì)受到電磁場(chǎng)的影響，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確。而熒光光纖測(cè)溫是接觸式測(cè)量，光纖本身的電磁絕緣性可以保證測(cè)量的準(zhǔn)確性，在電磁環(huán)境中更具優(yōu)勢(shì)。例如在強(qiáng)電磁場(chǎng)的工業(yè)加熱爐附近測(cè)量溫度時(shí)，熒光光纖測(cè)溫能夠更精確地獲取被測(cè)物體的溫度。
適用范圍：光學(xué)高溫計(jì)一般適用于高溫物體的測(cè)量，對(duì)于中低溫范圍的測(cè)量精度可能會(huì)降低。熒光光纖測(cè)溫的適用溫度范圍較廣，可在 -50 - 200℃范圍內(nèi)進(jìn)行測(cè)量，精度約為±1℃，能夠滿足電磁環(huán)境下不同溫度范圍的測(cè)量需求，如在微波電磁核磁環(huán)境醫(yī)用監(jiān)測(cè)等場(chǎng)景下，既可以測(cè)量設(shè)備外殼的中低溫，也可以測(cè)量?jī)?nèi)部發(fā)熱部件的高溫。
電磁環(huán)境中熒光光纖測(cè)溫的應(yīng)用案例
電力設(shè)備監(jiān)測(cè)：
開(kāi)關(guān)柜溫度監(jiān)測(cè)：開(kāi)關(guān)柜是電力系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，內(nèi)部存在強(qiáng)電磁場(chǎng)。熒光光纖溫度傳感器可以直接安裝在開(kāi)關(guān)柜的觸頭、母排等關(guān)鍵部位，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度。由于其抗電磁干擾和電絕緣的特性，能夠準(zhǔn)確地檢測(cè)到溫度異常情況，預(yù)防因接觸不良、過(guò)載等原因?qū)е碌臏囟冗^(guò)高，進(jìn)而避免絕緣材料老化、設(shè)備損壞甚至電氣火災(zāi)等事故的發(fā)生。例如，在某110kV變電站的58套高壓開(kāi)關(guān)柜中全部采用了熒光光纖測(cè)溫系統(tǒng)，有效地保障了開(kāi)關(guān)柜的安全運(yùn)行。
變壓器溫度監(jiān)測(cè)：變壓器在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量熱量，同時(shí)也處于高電壓、強(qiáng)電磁場(chǎng)環(huán)境下。熒光光纖測(cè)溫系統(tǒng)能夠?qū)ψ儔浩鞯睦@組、鐵芯等部位進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)。傳感器探頭可以預(yù)埋在變壓器內(nèi)部，通過(guò)光纖將溫度信號(hào)傳輸出來(lái)。這有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部的過(guò)熱現(xiàn)象，保障變壓器的穩(wěn)定運(yùn)行，提高電力系統(tǒng)的可靠性。例如，國(guó)網(wǎng)電力在油浸式變壓器繞組熱點(diǎn)溫度監(jiān)測(cè)中應(yīng)用了熒光光纖測(cè)溫系統(tǒng)，通過(guò)預(yù)埋光纖準(zhǔn)確獲取溫度信息。
電纜接頭溫度監(jiān)測(cè)：電纜接頭在運(yùn)行過(guò)程中由于接觸電阻等因素容易發(fā)熱，而且電纜周圍往往存在電磁場(chǎng)干擾。熒光光纖溫度傳感器可以安裝在電纜接頭處，實(shí)現(xiàn)對(duì)電纜接頭溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。一旦溫度出現(xiàn)異常升高，可以及時(shí)采取措施，避免電纜接頭因過(guò)熱而損壞，保證電力傳輸?shù)陌踩?。例如在一些城市配電網(wǎng)的電纜線路中，通過(guò)在電纜接頭預(yù)埋熒光光纖測(cè)溫裝置，有效地監(jiān)測(cè)電纜接頭的溫度狀況，預(yù)防故障發(fā)生。
工業(yè)微波設(shè)備溫度監(jiān)測(cè)：在工業(yè)微波設(shè)備（如食品加工中的微波加熱設(shè)備、微波消解/萃取儀等）內(nèi)部，存在著強(qiáng)電磁場(chǎng)。熒光光纖溫度傳感器的光纖長(zhǎng)度能有效避免微波環(huán)境的干擾，大大提高測(cè)溫準(zhǔn)確度。它可以對(duì)微波設(shè)備內(nèi)部的被加熱物體或者設(shè)備自身的關(guān)鍵部件（如微波發(fā)生器等）進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)，確保設(shè)備的正常運(yùn)行，防止因溫度過(guò)高而損壞設(shè)備或者影響產(chǎn)品質(zhì)量。例如在食品微波加工過(guò)程中，熒光光纖測(cè)溫能夠準(zhǔn)確控制食品的加熱溫度，保證食品加工的質(zhì)量和安全性。
醫(yī)療設(shè)備中的應(yīng)用：在醫(yī)療領(lǐng)域的一些電磁設(shè)備（如核磁設(shè)備）周圍，需要對(duì)特定部位進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)。華光天銳SR-G熒光光纖溫度傳感器由于其抗電磁干擾的特性，可以在核磁環(huán)境下準(zhǔn)確測(cè)量溫度。例如在腫瘤熱療儀中，能夠?qū)χ委煵课坏臏囟冗M(jìn)行精確監(jiān)測(cè)，保障治療效果的同時(shí)避免對(duì)周圍正常組織造成傷害。