Światłowodowy czujnik GaAs wykorzystuje zależną od temperatury absorpcję optyczną elementu półprzewodnikowego. Czujnik fluorescencyjny analizuje natomiast zanik światła emitowanego przez materiał na końcówce sondy. Obie metody wymagają przyrządu odczytowego zgodnego z zasadą pomiaru. Porównanie powinno obejmować konstrukcję sondy, zakres temperatur, montaż i kompletny tor optyczny, zamiast zakładać zamienność czujników tylko dlatego, że korzystają z włókna.
Tych dwóch technologii nie można stosować zamiennie tylko dlatego, że mają wspólną etykietę „światłowodowy czujnik temperatury”. Czujnik GaAs i czujnik fluorescencji opierają się na różnych właściwościach optycznych, wykorzystują różne elementy czujnikowe i zazwyczaj są odczytywane przez różne przyrządy monitorujące. Sama nazwa technologii nie przesądza o tym, czy czujnik pasuje do danej aplikacji.
Wybór pomiędzy GaAs a fluorescencją powinien opierać się na wymaganym zakresie temperatur, dokładności potrzebnej do pomiaru, fizycznej strukturze sondy, wymaganym zachowaniu odpowiedzi, środowisku instalacji i kompatybilności z instrumentem monitorującym już używanym lub planowanym dla projektu.
GaAs a fluorescencja: kluczowe różnice techniczne
Zakres temperatur, dokładność i reakcja zależą od elementu czujnikowego, konstrukcji sondy i kompatybilnego instrumentu, a nie samej nazwy technologii.
| Wygląd | Czujnik światłowodowy GaAs | Fluorescencyjny czujnik światłowodowy |
|---|---|---|
| Zasada pomiaru | Zależna od temperatury absorpcja optyczna elementu półprzewodnikowego | Zanik fluorescencji zależny od temperatury materiału fluorescencyjnego |
| Element pomiarowy | Półprzewodnikowy element czujnikowy z arsenku galu (GaAs) | Fluorescencyjny fosfor lub związek fluorescencyjny |
| Ocena sygnału optycznego | Przesunięcie widma absorpcyjnego lub transmisyjnego | Czas zaniku fluorescencji zależny od temperatury |
| Typ pomiaru | Pomiar punktowy na końcówce czujnika | Pomiar punktowy na końcówce czujnika |
| Konstrukcja sondy | Element półprzewodnikowy połączony lub przymocowany do końcówki światłowodu | Element fluorescencyjny przyklejony lub pokryty na końcówce światłowodu |
| Uwagi dotyczące zakresu temperatur | Określone na podstawie właściwości optycznych zastosowanego elementu GaAs; asortyment zależy od konkretnego projektu produktu | Określone na podstawie konkretnego użytego materiału fluorescencyjnego; asortyment zależy od konkretnego projektu produktu |
| Uwagi dotyczące dokładności | Zależy od rozdzielczości widmowej jednostki pytającej i stabilności elementu GaAs | Zależy od rozdzielczości pomiaru czasu zaniku i stabilności elementu fluorescencyjnego |
| Uwagi dotyczące reakcji | Wpływ ma rozmiar sondy, masa termiczna i sposób montażu elementu | Wpływ ma rozmiar sondy, masa termiczna i sposób montażu elementu |
| Środowisko EMI/RF | Wysoka odporność na zakłócenia EMI/RF wzdłuż optycznej ścieżki sygnału; Całkowita przydatność systemu zależy od konstrukcji sondy i instrumentu. | Wysoka odporność na zakłócenia EMI/RF wzdłuż optycznej ścieżki wykrywania; Całkowita przydatność systemu zależy od konstrukcji sondy i instrumentu. |
| Pomiar wysokiego napięcia | Można stosować do pomiaru punktów wysokiego napięcia, ponieważ sygnał temperatury jest przesyłany optycznie, a w punkcie pomiarowym nie jest wymagane konwencjonalne metalowe okablowanie czujnika. Przydatność zależy od kompletnej konstrukcji sondy. | Dobrze nadaje się do pomiaru punktów wysokiego napięcia, ponieważ sygnał czujnika jest przesyłany optycznie, a sondę można skonfigurować bez przewodzącego okablowania sygnału elektrycznego w punkcie pomiarowym. |
| Kompatybilność przyrządu monitorującego | Wymaga jednostki odpytującej zaprojektowanej do odczytu sygnałów absorpcyjnych/spektralnych GaAs | Wymaga modułu odpytującego przeznaczonego do odczytu sygnałów zaniku fluorescencji |
| Wybór aplikacji | Wybór na podstawie zakresu temperatur projektu, geometrii sondy i dostępnego oprzyrządowania | Wybór na podstawie zakresu temperatur projektu, geometrii sondy i dostępnego oprzyrządowania |
Co to jest światłowodowy czujnik temperatury GaAs?
GaAs odnosi się do arsenku galu, materiału półprzewodnikowego stosowanego jako element czujnikowy na końcówce światłowodu. Właściwości absorpcji optycznej GaAs zmieniają się wraz z temperaturą. Światło jest przesyłane przez włókno do elementu GaAs, a sposób, w jaki materiał pochłania lub przepuszcza to światło, zmienia się wraz ze zmianami temperatury.
Przyrząd monitorujący analizuje to przesunięcie optyczne i przekształca je w odczyt temperatury. Sam element GaAs nie generuje światła; modyfikuje przechodzące przez niego światło w sposób zależny od temperatury, a jednostka pytająca interpretuje tę zmianę.
Co to jest fluorescencyjny światłowodowy czujnik temperatury?
Fluorescencyjny światłowodowy czujnik temperatury wykorzystuje materiał fluorescencyjny umieszczony na końcówce czujnika światłowodu. Wzbudzające źródło światła dostarczane przez włókno powoduje, że materiał fluorescencyjny emituje własne światło.
Sposób, w jaki zachowuje się emitowane światło po wzbudzeniu, a w szczególności jego zanik w czasie, jest powiązany z temperaturą końcówki czujnika. Przyrząd monitorujący ocenia zachowanie zaniku fluorescencji w celu określenia temperatury w miejscu lokalizacji sondy. Bardziej szczegółowe wyjaśnienie działania fluorescencyjnego pomiaru temperatury za pomocą światłowodu jest dostępne osobno.
Obecne światłowodowe produkty do pomiaru temperatury firmy INNO opierają się na zasadzie pomiaru fluorescencji.
Tam, gdzie powszechnie stosowane są światłowodowe czujniki temperatury GaAs
Światłowodowe czujniki temperatury GaAs są stosowane w przemysłowych pomiarach temperatury, w laboratoryjnych i badawczych konfiguracjach pomiarowych, w środowiskach wysokiego napięcia, w których wymagana jest izolacja elektryczna, oraz w środowiskach o częstotliwości radiowej lub elektromagnetycznej, w których konwencjonalne czujniki elektryczne wprowadzałyby zakłócenia lub błędy pomiaru.
INNO obecnie nie produkuje ani nie dostarcza światłowodowych czujników temperatury na bazie GaAs. Ta sekcja służy wyłącznie do celów porównania technicznego.
W przypadku stosowania fluorescencyjnych światłowodowych czujników temperatury
Fluorescencyjne światłowodowe czujniki temperatury są powszechnie stosowane do monitorowania uzwojeń transformatorów, rozdzielnic i punktów połączeń elektrycznych, silników i generatorów, a także do pomiaru temperatury przy wysokim napięciu podczas testowania i uruchamiania.
Są one również stosowane w systemach MRI i innych środowiskach o silnym polu magnetycznym, w środowiskach testowych mikrofal i RF oraz do ogólnych przemysłowych pomiarów temperatury w punktach, gdzie wymagana jest elektrycznie izolowana ścieżka wykrywania o wysokiej odporności na zakłócenia elektromagnetyczne.
Którą technologię wybrać?
Wybór pomiędzy GaAs a czujnikiem fluorescencyjnym rozpoczyna się od wymagań pomiarowych, a nie od samej technologii wykrywania. Istotne czynniki obejmują:
- Zakres temperatur wymagany przez aplikację — zobacz zakres światłowodowego czujnika temperatury , aby bliżej przyjrzeć się wpływowi zakresu na wybór czujnika i sondy
- Dokładność potrzebna dla punktu pomiarowego
- Fizyczny punkt pomiarowy i dostęp do niego
- Wymiary sondy, które można fizycznie zainstalować
- Wymagana długość światłowodu pomiędzy końcówką czujnikową a przyrządem
- Zachowanie reakcji wymagane dla monitorowanego procesu
- Środowisko mechaniczne, które musi wytrzymać sonda
- Środowisko elektryczne i zakłócenia elektromagnetyczne, w tym bliskość źródeł wysokiego napięcia lub częstotliwości radiowych
- Przyrząd monitorujący, który będzie używany do odczytu czujnika
- Liczba wymaganych niezależnych punktów pomiarowych
- Sposób integracji czujnika z istniejącymi systemami monitorowania lub sterowania
Jeśli w projekcie wykorzystuje się już określony interrogator lub platformę monitorującą, kompatybilność z tą platformą sama w sobie jest głównym kryterium wyboru, ponieważ czujniki GaAs i czujniki fluorescencji są odczytywane przez różne typy jednostek zapytujących. Szerszy opis procesu doboru można znaleźć w artykule Jak wybrać światłowodowy czujnik temperatury .
GaAs i fluorescencja to technologie punktowego pomiaru temperatury
GaAs i fluorescencyjne światłowodowe czujniki temperatury to technologie wykrywania punktowego. Każda sonda odpowiada określonemu miejscu wykrywania, a dla każdego dodatkowego punktu pomiarowego wymagana jest osobna sonda.
Żadna z technologii wykrywania punktowego nie zapewnia ciągłego rozkładu temperatury na całej długości światłowodu. Jeśli projekt wymaga ciągłego pomiaru temperatury na długości dziesiątek metrów lub kilometrów światłowodu, wymóg ten podlega rozproszonemu czujnikowi temperatury (DTS), który wykorzystuje inną architekturę. Szczegółowe porównanie punktowego pomiaru temperatury za pomocą światłowodu i DTS opisano osobno.
Pytania, które należy zadać przed wyborem światłowodowego czujnika temperatury
- Jaki zakres temperatur jest wymagany?
- Gdzie zostanie zainstalowana końcówka czujnikowa?
- Jaką średnicę i strukturę sondy można fizycznie dopasować?
- Jak długi musi być światłowód?
- Czy w otoczeniu występuje wysokie napięcie, częstotliwości radiowe, mikrofale lub silne pole magnetyczne?
- Ile niezależnych punktów pomiarowych potrzeba?
- Jaki przyrząd monitorujący będzie używany do odczytu czujnika?
- Jaki format wyjściowy komunikacji lub monitorowania jest wymagany?