Um conversor de temperatura de fibra óptica transforma a resposta óptica do sensor em um valor que pode ser exibido ou transmitido. A sonda reage à temperatura local; o instrumento envia luz de excitação pela fibra, recebe o sinal de retorno e calcula o resultado. Nos sistemas por fluorescência, a análise utiliza o decaimento luminoso dependente da temperatura na ponta da sonda.
INNO usa sensor de temperatura de fibra óptica pontual baseado em fluorescência. O conversor excita o material de detecção, recebe a fluorescência devolvida e deriva a temperatura da ponta da sonda a partir do decaimento da fluorescência.
O que é um conversor de temperatura de fibra óptica?
"Conversor de temperatura de fibra óptica" é um termo amplo de pesquisa e engenharia. Não é um nome de dispositivo estritamente padronizado e reconhecido da mesma forma em todo o mundo. Geralmente se refere ao instrumento que recebe um sinal de detecção óptica, o processa ou demodula e converte o resultado em um valor de temperatura ou em uma saída utilizável.
Diferentes fabricantes descrevem equipamentos semelhantes como conversor, transmissor, demodulador, interrogador, instrumento de medição, monitor ou host. Esses nomes se sobrepõem, mas nem sempre são intercambiáveis.
Dependendo do projeto do instrumento, um conversor pode ser responsável por:
- excitação óptica do elemento sensor
- recebendo o sinal óptico retornado
- Condicionamento de sinal
- demodulação da informação de temperatura
- cálculo de temperatura
- processamento digital
- exibição ou saída de dados
Nem todo instrumento cobre todas as funções. Algumas unidades incluem um display local, enquanto outras enviam dados para um host separado. Interfaces como Ethernet, RS485, saída de corrente analógica ou contatos de relé são comuns em instrumentação industrial em geral, mas se um determinado conversor as fornece depende do instrumento específico e da configuração da interface.
Sensor e conversor de temperatura de fibra óptica são componentes diferentes
Uma fonte comum de confusão é tratar o sensor e o conversor como um único dispositivo. Eles realizam trabalhos diferentes.
O sensor, ou sonda, detecta a temperatura em um ponto físico. Em um sistema de fluorescência, isso acontece em uma ponta sensora fluorescente na extremidade da fibra. Os sensores de temperatura de fibra óptica são normalmente passivos no ponto de medição: a sonda não contém componentes eletrônicos que calculem a temperatura.
O conversor, ou demodulador, recebe e processa o sinal óptico. Ele fornece a luz de excitação, lê o sinal retornado e obtém a temperatura dele.
Uma cadeia de sinal típica se parece com esta:
temperatura ↓ ponta de detecção fluorescente ↓ fibra óptica ↓ sinal de fluorescência retornado ↓ conversor / demodulador ↓ valor da temperatura ↓ sistema de exibição/monitoramento/controle
Esta cadeia é o cerne do tópico. A ponta converte uma temperatura física em uma mudança no comportamento óptico. A fibra transporta os sinais ópticos em ambas as direções. O conversor transforma o sinal óptico retornado em um número que um engenheiro ou sistema de controle pode usar.
O princípio da ponta de detecção é descrito em o que é um sensor de temperatura de fibra óptica e como ele funciona .
Como funciona a conversão de temperatura da fibra óptica de fluorescência
O sensor de temperatura por fibra óptica fluorescente usa um material fluorescente na ponta da sonda cujo comportamento de emissão depende da temperatura. O conversor interpreta esse comportamento. As etapas abaixo descrevem a sequência geral sem assumir qualquer comprimento de onda, valor de tempo ou algoritmo específico, uma vez que variam de acordo com o projeto.
1. Excitação óptica
O instrumento envia luz de excitação através da fibra óptica em direção à sonda. A fonte de luz e seu controle fazem parte do conversor.
2. Ponta de detecção fluorescente
No final da fibra, o material sensor na ponta da sonda absorve a luz de excitação e é excitado.
3. Decaimento da fluorescência
O material então emite fluorescência. Após o término da excitação, a emissão diminui com o tempo e a forma como ela decai varia com a temperatura do material. Esse comportamento de decaimento é o que carrega as informações de temperatura.
4. Sinal óptico de retorno
O sinal de fluorescência viaja de volta através do caminho óptico até o instrumento. A mesma fibra geralmente serve ambas as direções, embora o arranjo óptico exato dependa do projeto.
5. Demodulação de Sinal
O conversor processa o sinal retornado. A desmodulação aqui significa extrair a informação dependente da temperatura, neste caso o comportamento de decaimento, do sinal óptico bruto.
6. Cálculo de temperatura
O instrumento converte o comportamento de decaimento de fluorescência medido em um valor de temperatura usando sua relação calibrada entre comportamento de decaimento e temperatura. Esta calibração é parte da razão pela qual o sensor e o instrumento precisam ser compatíveis.
7. Saída
O resultado da temperatura pode então ser exibido, registrado ou enviado para outro sistema, dependendo das interfaces fornecidas pelo instrumento.
Como a medição depende do comportamento de decaimento e não do brilho da luz retornada, ela é menos dependente de simples mudanças de intensidade no caminho óptico. Essa é uma das razões pelas quais os métodos de tempo de vida da fluorescência são usados para medição de temperatura pontual.
Conversor, Transmissor, Demodulador e Interrogador
Esses quatro termos aparecem frequentemente juntos, e as diferenças são principalmente sobre ênfase. Os fabricantes podem utilizá-los de forma diferente, por isso a tabela descreve o uso típico em vez de definições fixas.
| Prazo | O que o nome enfatiza | Função Típica | Nota importante |
|---|---|---|---|
| Conversor | Conversão de um sinal de detecção em dados de temperatura ou uma saída utilizável | Recebe o sinal óptico e produz um valor de temperatura ou saída | Um termo amplo, não uma categoria de dispositivo estritamente padronizada |
| Transmissor | Entrega da temperatura medida para outro sistema de controle ou monitoramento | Fornece dados de temperatura através de uma saída ou interface de comunicação | Alguns produtos chamados transmissores também realizam a leitura óptica, enquanto outros podem apenas retransmitir dados |
| Demodulador | Extraindo informações de temperatura do sinal óptico retornado | Processa o sinal óptico para recuperar a quantidade dependente da temperatura | Concentra-se na etapa de processamento de sinal, que pode ser parte de um instrumento maior |
| Interrogador | Um termo amplo de detecção de fibra óptica para um instrumento que excita e lê sensores ópticos | Envia luz para o sensor e lê a resposta | Usado em muitas tecnologias de detecção, portanto o termo por si só não identifica um princípio ou arquitetura específica |
| Instrumento de medição | O instrumento de leitura completo como categoria geral | Executa leitura, processamento e saída de detecção como uma unidade | Um termo geral que não especifica arquitetura ou conjunto de funções |
Dois cuidados se aplicam. Conversor e transmissor não são exatamente a mesma coisa, embora um único produto possa atuar como ambos. E interrogador nem sempre significa uma arquitetura específica: um interrogador para um método de detecção óptica é diferente de outro projetado para outro.
Para produtos onde a ênfase está no fornecimento de dados de temperatura para outros sistemas, consulte transmissores e hosts de temperatura de fibra óptica .
Os instrumentos também vêm em diferentes formas físicas. Algumas são unidades autônomas e outras são módulos incorporados destinados à integração em um equipamento maior. Módulos e instrumentos de temperatura de fibra óptica cobrem a variedade de formatos disponíveis para OEM e uso autônomo.
O que significa um canal em um conversor de temperatura de fibra óptica?
Para detecção de ponto, um ponto de detecção independente normalmente requer um canal de medição ativo compatível. Um canal é o caminho através do qual o instrumento excita uma sonda e lê seu sinal de retorno.
O relacionamento pode ser resumido como:
1 sonda ≈ 1 ponto de detecção ≈ 1 canal ativo compatível
Como exemplo conceitual, a medição de quatro locais físicos independentes normalmente exigiria quatro pontas de prova e pelo menos quatro canais ativos compatíveis. Esta é apenas uma ilustração. Os conversores não são todos construídos com a mesma contagem de canais e o número de canais disponíveis depende do instrumento específico.
Medição de ponto não é detecção de temperatura distribuída
Uma sonda de fluorescência mede a temperatura na ponta de detecção. A fibra óptica entre a sonda e o instrumento não fornece automaticamente um perfil de temperatura contínuo ao longo do seu comprimento.
Ter vários canais não transforma um sistema em sensoriamento de temperatura distribuído (DTS). Múltiplas sondas fornecem múltiplas medições de pontos independentes, cada uma vinculada a um local conhecido escolhido pelo engenheiro. As tecnologias distribuídas usam diferentes princípios de detecção e diferentes métodos de interrogação, e estão fora do escopo da abordagem de detecção pontual de fluorescência do INNO.
Como os dados de temperatura saem do conversor
Depois que o conversor tiver calculado um valor de temperatura, esse valor poderá ser usado de diversas maneiras:
- exibido localmente no instrumento
- registrado para análise posterior
- transmitido digitalmente
- enviado para um CLP
- enviado para um sistema SCADA
- integrado a um sistema de monitoramento mais amplo
Quais destes estão disponíveis depende do instrumento específico e da configuração da interface. Um módulo OEM compacto pode gerar dados digitais para um dispositivo host manipular. Um instrumento independente pode incluir suas próprias portas de exibição e comunicação. As opções disponíveis devem ser confirmadas para cada instrumento e não assumidas.
Quando os dados alimentam um sistema maior que combina vários sensores, manipulação de dados, alarmes e software, eles se tornam parte de um sistema de monitoramento de temperatura de fibra óptica . O conversor fornece os dados de temperatura e o sistema de monitoramento decide o que fazer com eles.
Componentes de um sistema de medição de temperatura de fibra óptica
Um sistema completo de medição de temperatura por fibra óptica pode ser descrito em termos dos componentes abaixo. Nem todo projeto precisa de todos os componentes e a forma como eles são empacotados varia.
| Componente | Função | Exemplo de função |
|---|---|---|
| Ponta/sonda de detecção fluorescente | Responde à temperatura em um ponto físico | Colocado no local onde a temperatura será medida |
| Fibra óptica | Transporta a luz de excitação e o sinal óptico retornado | Conecta a sonda ao instrumento na distância necessária |
| Conector/interface | Une o caminho de fibra ao instrumento | Fornece uma conexão óptica compatível entre a ponta de prova e o conversor |
| Conversor/demodulador de temperatura | Lê o sinal retornado e calcula a temperatura | Produz um valor de temperatura a partir do sinal óptico |
| Software de monitoramento ou sistema host | Coleta, exibe, registra ou analisa dados de temperatura | Fornece tendências, registros e tratamento de alarmes, dependendo do projeto |
| Integração CLP/SCADA | Passa dados de temperatura para sistemas de controle ou supervisão | Permite que a temperatura seja usada no controle de processos ou monitoramento da planta |
Para uma introdução mais ampla à tecnologia de medição como um todo, consulte medição de temperatura de fibra óptica .
Conversor de temperatura de fibra óptica vs sistema de monitoramento
Os dois termos estão relacionados, mas descrevem escopos diferentes.
O conversor lê, demodula e converte o sinal do sensor. Sua função é produzir dados de temperatura a partir de sinais ópticos.
Um sistema de monitoramento geralmente é um conceito mais amplo em nível de sistema. Dependendo do projeto, pode incluir vários sensores, um conversor ou transmissor, aquisição de dados, um display, alarmes, funções de comunicação, software e integração de sistemas. As funções específicas variam de um sistema para outro.
Um conversor pode ser um componente dentro de um sistema de monitoramento, mas o conversor não deve ser tratado como um sistema de monitoramento completo. Por outro lado, alguns sistemas de monitoramento utilizam mais de um conversor em diferentes locais de medição.
Qualquer sensor de fibra óptica pode funcionar com qualquer conversor?
Não, não automaticamente. A compatibilidade depende de vários fatores:
- princípio de detecção
- características ópticas
- construção da sonda Interface do conector
- calibração do instrumento
- método de processamento de sinal
- configuração do canal
As sondas de fluorescência não são universalmente intercambiáveis entre marcas ou designs, e não se pode presumir que um determinado instrumento leia o sensor de qualquer fabricante. A relação de calibração entre o comportamento óptico da sonda e a temperatura faz parte da correspondência entre a sonda e o instrumento.
Diferentes tecnologias de detecção precisam de interrogatórios diferentes
Um conversor projetado para medição pelo tempo de vida da fluorescência não pode ler automaticamente sensores com base na mudança de comprimento de onda FBG, borda de absorção de GaAs, detecção distribuída Raman ou outros princípios ópticos. Estas tecnologias utilizam diferentes excitações ópticas, diferentes processamentos de sinais e diferentes métodos de interrogação.
Os sensores de temperatura de fibra óptica GaAs, por exemplo, usam um princípio de medição óptica diferente dos sensores baseados no tempo de vida da fluorescência. Para uma comparação dessas duas abordagens, consulte GaAs vs sensores de temperatura de fibra óptica fluorescente .
Como escolher um conversor de temperatura de fibra óptica
A lista de verificação a seguir cobre os principais pontos a serem revisados. Nem todo projeto precisa de todos eles.
- Tecnologia de sensor: confirme se o instrumento foi construído para o princípio de detecção usado, como a tempo de vida da fluorescência.
- Número de pontos de detecção: conta os locais independentes a serem medidos.
- Contagem de canais necessária: corresponde ao número de canais ativos compatíveis com os pontos de detecção.
- Tipo de sonda compatível: confirma se o instrumento funciona com a construção de sonda pretendida.
- Faixa de medição exigida pela aplicação: verifique se o sistema cobre a faixa de temperatura esperada.
- Precisão necessária: define o que a aplicação realmente precisa.
- Requisito de resposta: considere a rapidez com que as mudanças de temperatura devem ser rastreadas.
- Compatibilidade do conector: confirma a interface óptica entre a sonda e o instrumento.
- Interface de dados: identifica como os dados devem sair do instrumento.
- Requisito de exibição local: decide se a leitura do instrumento é necessária.
- Integração PLC/SCADA: confirme o caminho de comunicação para sistemas de controle ou supervisão, se necessário.
- Requisito de registro de dados: decide se o instrumento ou um sistema separado registra dados.
- Ambiente de instalação: considere as condições ao redor da sonda e do instrumento.
- Requisito de instrumento OEM ou independente: determina se a unidade está incorporada em outro equipamento ou é usada de forma independente.
Onde os conversores de temperatura de fibra óptica são usados?
Os conversores são usados sempre que uma cadeia de medição de temperatura de fibra óptica é aplicada. As áreas típicas incluem:
- Transformadores de potência: medindo enrolamentos ou temperaturas internas onde o ponto de detecção fica em um ambiente eletricamente exigente.
- Motores e geradores: medindo temperatura em locais internos selecionados.
- Equipamento de alta tensão: leitura de temperatura em pontos que necessitam de isolamento elétrico.
- Equipamento de aquecimento de RF e micro-ondas: medição de temperatura em campos que podem perturbar sensores elétricos.
- Ambientes médicos ou com campos magnéticos fortes: leitura de temperatura onde sensores metálicos podem ser inadequados.
- Sistemas de teste industrial: coletando temperaturas de pontos durante testes de equipamentos.
- Equipamento de laboratório: medição de temperatura em instalações de pesquisa.
Por que usar uma cadeia óptica de medição de temperatura?
Do ponto de vista da engenharia, uma cadeia óptica oferece diversas características práticas:
- O ponto de detecção pode permanecer eletricamente isolado do instrumento.
- O caminho do sinal óptico possui alta resistência à interferência eletromagnética.
- Adapta-se a ambientes eletricamente exigentes.
- A geometria pequena da sonda pode suportar medições incorporadas selecionadas.
Estas são características gerais, não garantias. O desempenho real depende da implementação, incluindo o projeto da sonda, instalação e instrumento.
O que um conversor pode ou não medir
O próprio conversor detecta a temperatura
Geralmente isso não acontece. O sensor ou sonda detecta a temperatura e o conversor processa o sinal óptico retornado pela sonda.
Toda a fibra mede a temperatura
Não está na detecção de ponto de fluorescência. A temperatura é medida na ponta sensora e a fibra transporta os sinais ópticos entre a ponta e o instrumento.
Mais canais transformam o sistema em DTS
Eles não. Vários canais permanecem como medições de pontos independentes.
Qualquer sensor óptico pode ser conectado a qualquer conversor
A compatibilidade depende do princípio de detecção e do design do instrumento.
Conversor e sistema de monitoramento sempre significam a mesma coisa
Eles não. O escopo do sistema pode ser muito maior que o conversor sozinho.
Conclusão
Um conversor de temperatura de fibra óptica é a parte do lado do instrumento da cadeia de medição que processa o sinal óptico de um sensor de temperatura compatível e o converte em dados de temperatura utilizáveis.
Cada parte da cadeia tem uma função distinta:
- Sonda: detecta o ponto selecionado.
- Fibra: transporta sinais ópticos.
- Conversor/demodulador: processa o sinal retornado.
- Sistema de monitoramento: exibe, registra ou integra dados de temperatura.
A terminologia varia de acordo com o fabricante, portanto, o nome em uma folha de dados importa menos do que o que o instrumento faz. O que importa é detectar a compatibilidade da tecnologia, a contagem de canais, os requisitos de medição e a interface do sistema.
Se um projeto exigir um instrumento de medição de temperatura de fibra óptica fluorescente, a INNO pode ajudar a revisar o tipo de sensor, contagem de canais, compatibilidade de sonda e requisitos de integração do sistema.
Discuta seu projeto de medição de temperatura de fibra óptica