Un sensore GaAs e uno fluorescente misurano entrambi la temperatura in un punto tramite fibra ottica. Entrambe le tecnologie trasmettono il segnale otticamente e possono essere valutate dove le interferenze elettromagnetiche complicano l’uso dei sensori elettrici convenzionali.
Non sono intercambiabili solo perché entrambi sono sensori a fibra ottica. Usano materiali e proprietà ottiche differenti e, in genere, strumenti di monitoraggio diversi. Il nome della tecnologia da solo non stabilisce se un sensore sia adatto all’applicazione.
Per scegliere tra GaAs e fluorescenza, valuta campo di temperatura, precisione richiesta, struttura fisica della sonda, risposta necessaria, ambiente d’installazione e compatibilità con lo strumento già disponibile o previsto.
GaAs o fluorescenza: differenze tecniche principali
Campo di temperatura, precisione e risposta dipendono dall’elemento sensibile, dalla struttura della sonda e dallo strumento compatibile, non soltanto dal nome della tecnologia.
| Aspetto | Sensore a fibra ottica GaAs | Sensore a fibra ottica fluorescente |
|---|---|---|
| Principio di misura | Assorbimento ottico dipendente dalla temperatura in un elemento semiconduttore | Decadimento della fluorescenza dipendente dalla temperatura in un materiale fluorescente |
| Elemento sensibile | Elemento semiconduttore in arseniuro di gallio (GaAs) | Fosforo o composto fluorescente |
| Segnale ottico analizzato | Variazione dello spettro di assorbimento o trasmissione | Tempo di decadimento della fluorescenza in funzione della temperatura |
| Tipo di misura | Misura puntuale sulla punta della sonda | Misura puntuale sulla punta della sonda |
| Struttura della sonda | Elemento semiconduttore fissato alla punta della fibra | Elemento fluorescente fissato o rivestito sulla punta della fibra |
| Considerazioni sul campo di temperatura | Dipende dalle proprietà ottiche dell’elemento GaAs utilizzato e dalla specifica progettazione del prodotto | Dipende dal materiale fluorescente utilizzato e dalla specifica progettazione del prodotto |
| Considerazioni sulla precisione | Dipende dalla risoluzione spettrale dell’unità d’interrogazione e dalla stabilità dell’elemento GaAs | Dipende dalla risoluzione della misura del tempo di decadimento e dalla stabilità dell’elemento fluorescente |
| Considerazioni sulla risposta | Dipende da dimensioni e massa termica della sonda e dal montaggio dell’elemento sensibile | Dipende da dimensioni e massa termica della sonda e dal montaggio dell’elemento sensibile |
| Ambiente EMI / RF | Elevata resistenza del percorso ottico alle interferenze EMI / RF; l’idoneità dell’intero sistema dipende dalla struttura della sonda e dello strumento. | Elevata resistenza del percorso ottico di misura alle interferenze EMI / RF; l’idoneità dell’intero sistema dipende dalla struttura della sonda e dello strumento. |
| Misure ad alta tensione | Adatto a misure puntuali ad alta tensione poiché il segnale viaggia otticamente e nel punto di misura non servono normali cablaggi metallici del sensore. L’idoneità dipende dalla struttura completa della sonda. | Adatto a misure puntuali ad alta tensione: il segnale di rilevamento è trasmesso otticamente e la sonda può essere configurata senza cablaggio elettrico conduttivo nel punto di misura. |
| Compatibilità con lo strumento di monitoraggio | Richiede un’unità d’interrogazione progettata per leggere i segnali di assorbimento o spettro GaAs | Richiede un’unità d’interrogazione progettata per leggere i segnali di decadimento fluorescente |
| Scelta per l’applicazione | Si basa sul campo termico del progetto, sulla geometria della sonda e sugli strumenti disponibili | Si basa sul campo termico del progetto, sulla geometria della sonda e sugli strumenti disponibili |
Che cos’è un sensore di temperatura a fibra ottica GaAs?
GaAs è l’abbreviazione di arseniuro di gallio, un semiconduttore usato come elemento sensibile sulla punta della fibra. Il suo assorbimento ottico varia con la temperatura. La luce viaggia nella fibra fino all’elemento GaAs e la quantità assorbita o trasmessa cambia al variare della temperatura.
Lo strumento analizza questa variazione ottica e la converte in una lettura di temperatura. L’elemento GaAs non genera luce: modifica la luce che lo attraversa in modo dipendente dalla temperatura, e l’unità d’interrogazione interpreta il cambiamento.
Che cos’è un sensore di temperatura a fibra ottica fluorescente?
Un Il sensore a fibra ottica fluorescente usa un materiale fluorescente sulla punta della sonda. Una sorgente invia luce di eccitazione nella fibra, facendo emettere luce al materiale.
Il comportamento della luce emessa dopo l’eccitazione, in particolare il suo decadimento nel tempo, dipende dalla temperatura della punta. Lo strumento analizza la risposta fluorescente per determinare la temperatura nella posizione della sonda. Il principio di misura della temperatura a fibra ottica fluorescente si basa su questa variazione del decadimento della fluorescenza.
Gli attuali sensori di temperatura a fibra ottica INNO si basano sul principio di misura fluorescente.
Dove si usano i sensori GaAs a fibra ottica
I sensori GaAs possono essere usati in misure industriali e di laboratorio, in ambienti ad alta tensione dove serve isolamento elettrico e in ambienti RF o elettromagnetici dove i sensori elettrici convenzionali possono introdurre interferenze o errori di misura.
INNO attualmente non produce né fornisce sensori di temperatura a fibra ottica basati su GaAs. Il confronto è di carattere tecnico.
Dove si usano i sensori a fibra ottica fluorescenti
I sensori fluorescenti a fibra ottica sono usati per monitorare avvolgimenti di trasformatori, quadri e connessioni elettriche, motori e generatori, nonché per misure della temperatura ad alta tensione durante prove e messa in servizio.
Sono impiegati anche in sistemi MRI e altri ambienti con forti campi magnetici, in prove RF e a microonde e nelle misure puntuali industriali che richiedono isolamento elettrico ed elevata resistenza alle interferenze elettromagnetiche.
Quale tecnologia scegliere?
La scelta tra GaAs e fluorescenza parte dai requisiti di misura. Considera:
- il campo di temperatura richiesto — il campo di misura dei sensori a fibra ottica influisce sulla scelta del sensore e della sonda
- la precisione richiesta nel punto di misura
- la posizione fisica da misurare e l’accessibilità
- le dimensioni della sonda installabili
- la lunghezza della fibra tra punta e strumento
- il tempo di risposta richiesto dal processo
- le condizioni meccaniche che la sonda deve sopportare
- l’ambiente elettrico e EMI, inclusa la vicinanza ad alta tensione o sorgenti RF
- lo strumento previsto per leggere il sensore
- il numero di punti di misura indipendenti
- le modalità d’integrazione con i sistemi di monitoraggio o controllo esistenti
Se il progetto usa già un’unità d’interrogazione o una piattaforma specifica, la compatibilità è un criterio primario: i sensori GaAs e fluorescenti richiedono strumenti diversi. Il processo per scegliere un sensore di temperatura a fibra ottica.
GaAs e fluorescenza sono entrambe tecnologie di misura puntuale
I sensori GaAs e fluorescenti misurano entrambi punti definiti. A ogni sonda corrisponde una posizione di rilevamento; per ogni punto aggiuntivo serve un’altra sonda.
Nessuna delle due tecnologie misura in continuo la temperatura lungo tutta la fibra. Se il progetto richiede un profilo termico continuo su decine o centinaia di metri, serve un sistema di misura distribuita (DTS), con un’architettura diversa.
Domande da porsi prima di scegliere un sensore a fibra ottica
- Qual è il campo di temperatura richiesto?
- Dove verrà installata la punta della sonda?
- Quale diametro e struttura può essere installata?
- Quale lunghezza deve avere la fibra ottica?
- L’ambiente comprende alta tensione, RF, microonde o forti campi magnetici?
- Quanti punti di misura indipendenti servono?
- Quale strumento leggerà il sensore?
- Quale formato di uscita è richiesto per comunicazione e monitoraggio?