一、光纖溫度監測技術(shù)的分類(lèi)

光纖溫度監測技術(shù)主要有以下幾類(lèi)：

1. 根據物理特性調制方式分類(lèi)
   • 相位調制型光纖溫度傳感器，像馬赫 – 澤德?tīng)枺∕Z）干涉儀、FP法布里 – 珀羅干涉儀、光纖光柵溫度傳感器等就屬于此類(lèi)。例如光纖光柵溫度傳感器，是沿著(zhù)光纖的縱向通過(guò)紫外光輻射，曝光刻蝕形成若干個(gè)不同中心波長(cháng)的布拉格光纖光柵。當外界溫度發(fā)生改變時(shí)，光柵的反射信號波長(cháng)會(huì )隨之變化，通過(guò)分析這種波長(cháng)的改變就能確定溫度變化。此類(lèi)傳感器的優(yōu)點(diǎn)是探頭體積小、光路可適當彎曲，抗電磁輻射且便于遙測，但光纖光柵存在機械強度較低的問(wèn)題，在復雜工況下容易損壞，并且波長(cháng)解調的靈敏度有限，幾十度的溫升引起的反射光波長(cháng)漂移不超過(guò)1nm?。
   • 幅度調制型光纖溫度傳感器，微彎損耗調制、偏振調制型溫度傳感器等是幅度調制型的代表，不過(guò)這類(lèi)傳感器商品化應用相對普及度低一些。
   • 偏振調制型，主要基于光纖偏振態(tài)隨溫度改變而進(jìn)行溫度測量，目前應用場(chǎng)景相對有限。
   • 熱色效應光纖溫度傳感器，這種傳感器利用光纖溫度敏感的特性，在不同溫度下其對光的吸收或透過(guò)性能會(huì )發(fā)生改變，進(jìn)而根據光強等參數的變化確定溫度。但這種傳感器在靈敏度、響應速度等方面可能受到材料本身熱色性能的局限。
   • 熒光光纖溫度傳感器，它的原理是在光纖末端鍍上熒光物質(zhì)，通過(guò)測量熒光能量衰減時(shí)間，利用熒光物質(zhì)本征余暉時(shí)間溫度相關(guān)性得出被測點(diǎn)溫度值。其適用溫度范圍為 – 50 – 200°C，精度約為±1°C，適用于電氣設備內部等多種溫度監測場(chǎng)景，具有小型化、集成方便、性能可靠、抗電磁干擾、絕緣性能好、安裝方便、組網(wǎng)靈活等特點(diǎn)。不過(guò)，熒光光纖測溫系統單根光纖測溫距離不能超過(guò)20米，并且測量結果可能會(huì )受環(huán)境噪聲、光源衰減等因素影響，在復雜環(huán)境下誤差可能較明顯。
2. 按照傳感信號傳輸中的功能分類(lèi)
   • 傳光型光纖溫度傳感器，光纖在這類(lèi)傳感器中只是起到傳輸測量信號的作用，敏感元件并非光纖。比如半導體光吸收傳感器，還有運用拉曼效應ROTDR的傳感器、布里淵效應BOTDR的傳感器等。拉曼散射和布里淵散射都是光纖中的光散射現象，它們對于溫度敏感，可以實(shí)現分布式溫度測量。拉曼散射有關(guān)的分布式光纖溫度測量可以達到測溫距離30km，空間分辨率3m，溫度分辨率0.1°C，測溫范圍0 – 200°C的效果；基于布里淵散射的傳感器測量長(cháng)度能大于50km，溫度分辨率能達到1°C?。
   • 熱輻射光纖溫度傳感器，以光纖纖芯中的熱點(diǎn)本身所產(chǎn)生的黑體輻射現象為基礎，例如藍寶石光纖溫度傳感器，利用光纖內產(chǎn)生的熱輻射來(lái)傳感溫度。
3. 按照測量形式及分布狀態(tài)分類(lèi)
   • 點(diǎn)式溫度測量：在系統某些重點(diǎn)關(guān)注的地方部署單個(gè)溫度探頭進(jìn)行測量。如采用砷化鎵晶體材料嵌入光纖的遠端作為溫度探頭的測溫技術(shù)，當傳感器光源發(fā)出多波長(cháng)入射光輻射到砷化鎵晶體上時(shí)，晶體在不同溫度下會(huì )吸收不同波長(cháng)的入射光，未被吸收的光被反射回設備，通過(guò)分析反射光的光譜得到探頭處的溫度參數。其優(yōu)勢是通過(guò)絕對光譜測量獲得探頭溫度，不涉及現場(chǎng)定標，探頭通用性好，而且傳感距離可以超過(guò)500m，光源壽命和在線(xiàn)檢測長(cháng)期穩定性超過(guò)30年，但成本較高。
   • 準分布式測量：將單點(diǎn)式溫度測量沿光纖傳播方向串聯(lián)，可形成覆蓋多點(diǎn)溫度探測的準分布式測量。比如多個(gè)光纖光柵串聯(lián)的測溫系統，沿著(zhù)光纖縱向多個(gè)布拉格光柵順序分布，將寬譜光注入光纖后，每個(gè)光柵反射對應波長(cháng)的單色光，環(huán)境溫度變化時(shí)光柵反射信號波長(cháng)改變，從而反映溫度變化，但光纖光柵機械強度低，在復雜工況易損壞。
   • 完全分布式測量：光纖本身既可以作為光信號傳輸的通道，也可以作為溫度敏感材料傳導溫度變化。分布式光纖測溫系統只需部署一臺監控設備加上一根傳感光纖便可以工作。單位光纖長(cháng)度的監控成本隨著(zhù)傳感距離的增加而降低，是較為有發(fā)展前景的工程測溫方案。例如基于拉曼散射或布里淵散射原理的分布式光纖溫度傳感器，可以實(shí)時(shí)、連續地監測長(cháng)達數十公里的光纖沿線(xiàn)溫度分布。并且利用拉曼散射原理可達到空間分辨率為毫米級別的測量，測溫范圍也較廣。

二、當前主流光纖溫度監測技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

（一）分布式光纖溫度監測技術(shù)

1. 優(yōu)點(diǎn)
   • 測量范圍大、距離長(cháng)：如基于拉曼散射原理的分布式光纖溫度傳感器，能夠實(shí)現長(cháng)達30km的溫度測量，在一些大型設施如長(cháng)距離的輸油管道、地下電纜等環(huán)境中，可以沿著(zhù)整個(gè)設備或線(xiàn)路布置光纖，實(shí)現大規模溫度監測，這樣可以一次性對很長(cháng)的設施進(jìn)行溫度監控，不需要像傳統手段那樣分成許多小段進(jìn)行測量，節省了人力、物力以及成本。
   • 分布式測量能力強：可提供光纖沿線(xiàn)全方位的溫度信息，實(shí)現溫度的空間分布測量。以隧道火災預警為例，在隧道壁上鋪設分布式光纖傳感器，可以精確地知道每一段隧道的溫度情況，而不僅僅是幾個(gè)離散點(diǎn)的溫度。一旦某個(gè)位置有火災隱患引發(fā)溫度異常上升，系統能立即定位到具體位置，而傳統的點(diǎn)式傳感器難以做到對整個(gè)隧道精準全面的溫度預估。
   • 精準度與分辨率較高：溫度分辨率能達到0.1°C，位置分辨率在頻域分析方法下甚至可以達到毫米級別，這個(gè)水平的分辨率在很多對溫度要求較為精確的場(chǎng)景下比較有利，例如在一些化工反應管道上，細微的溫度變化可能就表示著(zhù)反應出現了異常情況，通過(guò)這種高分辨率的溫度監測能及時(shí)發(fā)現問(wèn)題并采取措施。
   • 抗電磁干擾性強：由于光是其信號的載體，不受外界電磁干擾影響，在變電站、高壓電纜等電磁場(chǎng)復雜的環(huán)境中優(yōu)勢明顯。比如在變電站中，各種電氣設備產(chǎn)生很強的電磁場(chǎng)，采用分布式光纖溫度傳感器可以穩定準確地測量變電設備和線(xiàn)路的溫度，而傳統的電學(xué)類(lèi)溫度傳感器可能會(huì )因為強磁場(chǎng)干擾而出現測量誤差。
2. 缺點(diǎn)
   • 系統硬件與軟件復雜，成本高：基于拉曼散射的光纖測溫硬件系統較大，測量距離增加時(shí)所需的軟件處理算法更復雜，制作硬件設備和開(kāi)發(fā)軟件系統成本相對投入較高。對于一些小型場(chǎng)所或者對成本敏感的項目來(lái)說(shuō)，可能難以承擔這種開(kāi)支，限制了其推廣使用。
   • 安裝條件要求相對較高：光纖比較脆弱，如果安裝過(guò)程未嚴格按照標準進(jìn)行，例如光纖彎曲半徑過(guò)小等容易導致光纖損壞，從而影響傳感器性能。而且在一些復雜環(huán)境下，如狹小空間、已有設施布局復雜的區域鋪設光纖也存在一定實(shí)際困難。像在已存在大量電纜的橋架中再鋪設光纖，可能會(huì )受到空間以及其他線(xiàn)路的阻礙。

（二）光纖光柵溫度監測技術(shù)

1. 優(yōu)點(diǎn)
   • 精度較好且穩定性相對較高：能比較精確地測量溫度，并且在一些相對穩定的工作環(huán)境下可以長(cháng)時(shí)間穩定工作。如在某些對溫度控制要求比較嚴格的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的加熱設備、恒溫容器等環(huán)境中，光纖光柵溫度傳感器可以持續準確地提供溫度信息，確保生產(chǎn)的精度和穩定性。
   • 體積小巧且靈活性好：探頭體積小，可以適應一些空間狹小、形狀復雜等特殊的安裝環(huán)境，像在一些精密儀器內部的溫度測量中，可以安裝到儀器內部狹小的空間進(jìn)行溫度探測，對儀器整體運行影響還比較小。光路可適當彎曲，這樣在安裝布局時(shí)靈活性大，根據實(shí)際需求調整傳感探頭位置等較為方便。
   • 抗電磁輻射能力強：在電磁輻射較為強烈的環(huán)境，比如雷達站附近的一些設施溫度監測、大型電機設備等環(huán)境下，能正常工作而不受電磁輻射干擾。
   • 復用能力強：通過(guò)將多個(gè)光纖光柵進(jìn)行合理組合，可以構建傳感網(wǎng)絡(luò )，既可以進(jìn)行準分布式測量也可以進(jìn)行遙測。例如在一個(gè)大型建筑結構不同位置多點(diǎn)部署光纖光柵傳感器，將它們通過(guò)光纖連接到監測中心，實(shí)現對整個(gè)建筑多點(diǎn)的溫度監控。
2. 缺點(diǎn)
   • 機械強度低：光纖光柵在受到外力擠壓、過(guò)度彎曲或者振動(dòng)等機械作用時(shí)容易發(fā)生損壞，在一些工作環(huán)境較惡劣或者設備振動(dòng)頻率高的區域，其使用壽命和可靠性會(huì )受到影響。例如在高速運轉的機械加工設備內部安裝光纖光柵溫度傳感器，設備的振動(dòng)和加工過(guò)程中的沖擊力可能會(huì )折斷光纖光柵。
   • 波長(cháng)解調靈敏度受限：通常情況下溫度變化引起的反射光波長(cháng)變化較小，幾十度的溫升引起的反射光波長(cháng)漂移不超過(guò)1nm，當需要監測微小的溫度變化時(shí)可能就無(wú)法滿(mǎn)足需求。
   • 生產(chǎn)工藝復雜、成本高：制作光纖光柵需要在光纖上進(jìn)行精確的刻錄等操作，技術(shù)工藝要求高，并且封裝技術(shù)也需要進(jìn)一步提高，在生產(chǎn)過(guò)程中投入成本較多。此外，用于解調光纖光柵信號的光柵解調儀價(jià)格昂貴，進(jìn)一步增加了整體的使用成本，不利于大規模推廣應用。

（三）熒光光纖溫度監測技術(shù)

1. 優(yōu)點(diǎn)
   • 抗干擾能力強：基于熒光光纖來(lái)進(jìn)行溫度測量，不受周?chē)h(huán)境的電磁干擾，對于電磁環(huán)境復雜或者對電磁干擾有嚴格規避要求的場(chǎng)所，如電子設備密集的通信基站機房、高壓變電站附近的設備監測等場(chǎng)景非常適用，可以在大量電器設備同時(shí)工作產(chǎn)生復雜磁場(chǎng)的情況下穩定獲取溫度信息。
   • 遠程測量能力適度：通過(guò)光纖可實(shí)現數十米距離的溫度測量而不影響測量精度，在一些大區域或者人員難以到達的環(huán)境下有一定優(yōu)勢。例如在大型倉庫中，貨物存儲高度較高或者空間分布復雜，通過(guò)熒光光纖溫度傳感器可以在倉庫邊緣部署光纖進(jìn)行核心區域貨物堆溫度的測量。
   • 無(wú)需電源（自身光纖不需要電源供應）：其能量來(lái)源主要是光源，所以在某些特殊場(chǎng)所尤其是需要防爆、隔離電源的環(huán)境下使用非常有利，如石油化工中的危險氣體儲存區、煤礦井下開(kāi)采區域等環(huán)境的溫度監測。
   • 抗腐蝕和耐高溫性良好：光纖材料性質(zhì)穩定，在惡劣的高溫、高壓或者腐蝕性化學(xué)物質(zhì)環(huán)境下依然能正常工作。比如在冶金工業(yè)的高溫熔爐周?chē)?，進(jìn)行過(guò)往管道或者設備的溫度監控時(shí)，熒光光纖溫度傳感器能承受惡劣的環(huán)境條件而持續準確地測量溫度。
   • 長(cháng)期穩定性?xún)?yōu)：熒光物質(zhì)和光纖結合具有很高的化學(xué)穩定性和物理穩定性，使得整個(gè)光纖測溫系統可以長(cháng)時(shí)間穩定工作，減少了頻繁維護和校準的工作量，降低了維護成本。
   • 電絕緣性和防爆性好：光纖傳感器本身是電絕緣體，不會(huì )導電，即使在易燃、易爆環(huán)境中也能進(jìn)行溫度監測，不存在電氣安全隱患。
   • 環(huán)境適應性強：可以在高溫、低溫、高壓、真空、輻射等極端環(huán)境下工作，從而滿(mǎn)足各種惡劣工況下的測溫需求。比如在航空航天的模擬實(shí)驗環(huán)境中或太空探索設備的溫度監測場(chǎng)景下等，其適用的環(huán)境范圍比較寬泛。
   • 數據傳輸速度快：光纖的數據傳輸特性使得溫度數據能實(shí)現快速傳遞，進(jìn)而可以實(shí)現實(shí)時(shí)或近乎實(shí)時(shí)的溫度監測，這在對于溫度變化需要快速響應的系統中非常關(guān)鍵，比如在一些溫控要求極高的實(shí)驗設施或者超導設備的溫度監控場(chǎng)景下，可以及時(shí)反饋溫度情況以便控制系統做出調整。
   • 易于集成和自動(dòng)化：可以方便地與現有的計算機系統和自動(dòng)化設備集成，方便在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)現溫度監控的自動(dòng)化、智能化，能與工業(yè)控制系統良好對接實(shí)現控制邏輯。
2. 缺點(diǎn)
   • 測量誤差受環(huán)境因素影響：環(huán)境噪聲、光源衰減等因素會(huì )影響測量結果，尤其是在工況復雜的測量環(huán)境下測量誤差可能變得更加明顯，在選擇測量點(diǎn)和進(jìn)行測量時(shí)，需要進(jìn)行充分的準備和校準等措施來(lái)減少誤差，例如在多噪音源、多光源干擾的環(huán)境，要采用更高質(zhì)量的屏蔽光纖來(lái)避免干擾。
   • 技術(shù)復雜性較高：需要具備專(zhuān)業(yè)技術(shù)水平的人員來(lái)實(shí)施操作，包括安裝、校準、維護等多方面工作，普通技術(shù)人員可能無(wú)法滿(mǎn)足要求，因此對操作人員需要專(zhuān)門(mén)的技術(shù)培訓和認證，這在一定程度上增加了使用成本和人員要求的門(mén)檻。
   • 成本相對較高：由于技術(shù)的復雜性以及對精度要求高，從傳感器設備的制造到系統組建的設備、技術(shù)等各種投入，使得整個(gè)熒光光纖測溫設備和系統的成本偏高。
   • 響應速度存在挑戰：盡管具有快速響應的特點(diǎn)，但在一些對實(shí)時(shí)測量要求極高的場(chǎng)合，例如需要納秒級響應速度的超高速實(shí)驗設備熱監測場(chǎng)景下，可能難以完全滿(mǎn)足需求。

三、評價(jià)光纖溫度監測技術(shù)優(yōu)劣的關(guān)鍵指標

（一）溫度分辨率

溫度分辨率是衡量光纖溫度監測技術(shù)性能非常重要的指標，表示技術(shù)能檢測到的最小溫度變化量。例如對于一些高精度要求的電子芯片散熱檢測，需要監控到0.1°C甚至更小的溫度變化，此時(shí)就要求光纖溫度傳感器具有較高的溫度分辨率。在光纖測溫技術(shù)中，像有些基于拉曼散射的分布式光纖測溫系統能夠實(shí)現0.1°C的溫度分辨率，這使它可以用于精細溫度變化監測場(chǎng)景，比如化工反應過(guò)程中微小的溫度波動(dòng)、生物培育過(guò)程中的溫度精確控制等。如果溫度分辨率不夠，可能就無(wú)法準確察覺(jué)到這些細微的溫度變化，從而影響對整個(gè)過(guò)程的管控或者對一些潛在危險溫度變化的預警?。

（二）空間分辨率

1. 概念：空間分辨率體現了在光纖溫度監測技術(shù)中對溫度測量沿光纖分布位置的精確判別能力，或者說(shuō)可區分距離內不同點(diǎn)的能力。
2. 影響范圍：對于基于拉曼散射的分布式光纖溫度傳感器，在頻域分析方法下理論上可以達到毫米級別的空間分辨率。在大型的土木結構建筑物中，如果使用分布式光纖溫度傳感器進(jìn)行結構健康監測（因為結構中不同位置溫度差異可能暗示應力異?；蛘呓Y構隱患），空間分辨率支持準確定位每個(gè)可能出現問(wèn)題的位置，像檢測到某根梁柱具體位置的溫度異常（如果是因為結構內部應力集中或者部件損傷造成溫度異常），若空間分辨率低可能就只能大概知道一段梁柱存在問(wèn)題，而不能精確到某個(gè)局部。在一些其他場(chǎng)景如電力線(xiàn)熱分布檢測中，精確辨別不同位置的溫度也是提前發(fā)現局部故障隱患的關(guān)鍵。

（三）測溫范圍

1. 含義：即光纖溫度傳感器可以進(jìn)行有效測量的溫度區間。
2. 舉例說(shuō)明：熒光光纖溫度傳感器適用溫度范圍 – 50 – 200°C，不同的光纖溫度監測技術(shù)的測溫范圍有所不同，這就決定了其適用場(chǎng)景。比如在鋼鐵冶金工業(yè)的熔爐附近環(huán)境溫度極高，普通只適用于較低溫環(huán)境的光纖傳感器就無(wú)法工作，這里就需要用到能夠承受高溫、具有高溫度上限的光纖溫度監測設備，否則無(wú)法監測到相關(guān)高溫區域的真實(shí)溫度情況，進(jìn)而無(wú)法對設備和周?chē)h(huán)境進(jìn)行有效的安全監控和熱量管理。有的像在低溫物理實(shí)驗等需要超低溫度環(huán)境監測時(shí)，如果傳感器的低溫下限不夠低，也無(wú)法實(shí)現準確測量。

（四）穩定性

1. 長(cháng)期穩定性：光纖溫度傳感器在長(cháng)時(shí)間工作過(guò)程中需要維持穩定的性能表現。例如在海底光纜監測系統中，可能需要連續多年監測溫度，以判斷是否有海纜受到海水溫度變化影響出現潛在故障風(fēng)險等情況，這就要求光纖溫度傳感器系統具有很好的長(cháng)期穩定性，不會(huì )因為長(cháng)時(shí)間運行而出現測量值偏差大等問(wèn)題。長(cháng)期穩定性不好的傳感器可能在使用一段時(shí)間后就需要頻繁校準或者更換，大大增加了維護成本和工作量。
2. 短期穩定性：用以衡量系統在較短時(shí)間內（如24小時(shí)）的性能波動(dòng)情況。例如在電力設施的對比測試過(guò)程中，需要檢測光纖溫度監測系統的短期穩定性以確保在一天內不同時(shí)段測量得到的溫度值誤差在可接受范圍內，從而判斷此技術(shù)用于電力設備溫度監測是否能夠準確反映設備溫度變化情況，避免因為短期的穩定性問(wèn)題誤判設備運行狀態(tài)，造成電力故障隱患不能及時(shí)發(fā)現。

（五）測量速度

1. 概念解釋：測量速度影響光纖溫度傳感器完成一次溫度測量流程的快慢，是影響其能否快速發(fā)現溫度異常變化的重要因素。對于一些對溫度變化需要快速響應的場(chǎng)景，例如在高速燃燒的航空發(fā)動(dòng)機內部材料的溫度監測，快速的測量速度可以及時(shí)檢測到材料溫度升高幅度是否過(guò)快，避免因為測量速度慢無(wú)法及時(shí)獲取溫度變化數據而出現材料過(guò)熱損壞，繼而造成發(fā)動(dòng)機故障等嚴重后果。
2. 舉例：在電力電纜火災預警系統中，如果光纖溫度傳感器測量速度慢，當電纜溫度快速升高引發(fā)火災隱患時(shí)，可能不能及時(shí)向控制系統發(fā)送準確的溫度報警信號，從而延誤滅火或者故障隔離等緊急處理措施。因此，在這種對溫度變化響應要求高的場(chǎng)景下，測量速度較快的光纖溫度傳感器更具優(yōu)勢。

（六）靈敏度

1. 定義理解：指光纖溫度傳感器對溫度變化的響應敏感程度。
2. 舉例示例：在環(huán)境監測領(lǐng)域，當空氣中溫度微小波動(dòng)可能意味著(zhù)氣象或者環(huán)境質(zhì)量變化的初期信號時(shí)，高靈敏度的光纖溫度傳感器能夠快速捕捉到這種微小的溫度變化，從而起到早期預警的作用。如果靈敏度低則可能會(huì )遺漏這些重要的信號，導致后續環(huán)境問(wèn)題不能及時(shí)處理或者氣象狀況預估失誤。同時(shí)，在一些超精密的實(shí)驗室環(huán)境或者光學(xué)設備內部環(huán)境下，設備自身對溫度的微小波動(dòng)非常敏感，此時(shí)就要求光纖溫度傳感器能夠有高靈敏度與之匹配來(lái)保障設備正常運行和實(shí)驗結果的準確性。

（七）抗干擾能力

1. 應對電磁干擾能力：光纖溫度傳感器的抗干擾能力包含對電磁干擾的抵御能力等多個(gè)方面。在現代工業(yè)環(huán)境和電子設備密集區域，電磁場(chǎng)環(huán)境復雜，如在大型數據中心機房?jì)炔?，大量服?wù)器同時(shí)工作產(chǎn)生強電磁場(chǎng)，如果光纖溫度傳感器抗電磁干擾能力差就無(wú)法準確測量服務(wù)器溫度等關(guān)鍵設備的溫度，可能會(huì )因為電磁干擾得到完全錯誤的溫度測量值。
2. 抵抗其他干擾的能力：除電磁干擾外，像在一些化工環(huán)境下，傳感器還要抵抗化學(xué)腐蝕、污染等可能干擾測量的因素。例如，在化學(xué)氧化車(chē)間，光纖傳感器需要在充滿(mǎn)腐蝕性氣體的環(huán)境中準確測量設備溫度，如果傳感器的抗腐蝕能力低或者抵抗化學(xué)物質(zhì)污染的能力差，就可能會(huì )造成傳感器探頭表面腐蝕或者被污染而影響光傳輸或者光與溫度的轉換效率等從而降低測量準確性。

四、最佳光纖溫度監測技術(shù)的實(shí)際應用案例

（一）光纖測溫系統在電廠(chǎng)的應用

1. 基本情況
   • 某發(fā)電廠(chǎng)裝機需要對全廠(chǎng)范圍內眾多部位如電纜橋架、電纜溝及6KV開(kāi)關(guān)柜的上靜觸頭、下靜觸頭、電纜接頭等部位進(jìn)行溫度監測。采用了組合系統用一臺上位機實(shí)現長(cháng)距離電纜溫度和高壓開(kāi)關(guān)觸電溫度的全面監測，并且把報警信號通過(guò)繼電器接點(diǎn)送入廠(chǎng)內消防報警系統 。
2. **實(shí)現功能
   • 實(shí)時(shí)在線(xiàn)監測：可實(shí)現24小時(shí)不間斷在線(xiàn)監測，能進(jìn)行超溫預報警，從而做到無(wú)人值守。這對于大型發(fā)電廠(chǎng)眾多設備和線(xiàn)路溫度監測非常重要，因為人工難以做到時(shí)刻對如此多的監測點(diǎn)進(jìn)行檢查，通過(guò)實(shí)時(shí)在線(xiàn)監測系統能夠隨時(shí)發(fā)現異常溫度升高情況，提前預警防范火災等危險和設備故障。
   • 準確測溫：光纖的高測溫精度得以體現，而且溫度反應靈敏，可以精確掌握電纜等設備的溫度變化情況。它相較于傳統的感溫電纜（傳統感溫電纜一般只是根據溫度到某個(gè)閾值進(jìn)行報警而無(wú)法精確測量具體溫度數值），更有助于發(fā)電廠(chǎng)精確判斷設備運行狀態(tài)，因為不同設備和運行工況下的正常溫度范圍有所區別，準確測量能更好地定位設備是否在安全正常范圍溫度內。
   • 快速反應：系統可快速反應全廠(chǎng)內的電纜溫度情況，能夠實(shí)時(shí)捕捉發(fā)熱點(diǎn)或者火情，并且迅速發(fā)出報警信號。這種快速反應的能力可以使發(fā)電廠(chǎng)在第一時(shí)間對可能引發(fā)設備損壞或者火災的溫度異常進(jìn)行處理，比如及時(shí)切斷故障線(xiàn)路或者開(kāi)啟降溫設備等。
   • 報警功能優(yōu)化：按照實(shí)際需求能夠設置三級或者多級報警溫度，而且還能輔助溫升速率異常報警的功能。這有助于發(fā)電廠(chǎng)對不同位置不同重要性的設備進(jìn)行分級管控，例如對于一些核心關(guān)鍵位置的高壓設備，即使溫度小幅度異常上升也要及時(shí)報警處理；而對于一些相對次要的設備可能在溫度上升一定幅度后報警通知檢修人員定期查看。
   • 分區管理靈活：可以將整個(gè)被測區劃分成若干個(gè)不同區域，并且為每個(gè)區域分別設置報警溫度，這體現了很強的人性化管理能力。在大型的發(fā)電廠(chǎng)布局中，不同區域環(huán)境和設備不同，各自的溫度正常波動(dòng)范圍以及風(fēng)險系數也不同，通過(guò)分區設置報警系統可以更精確地對不同區域分別管理。
   • 消防聯(lián)動(dòng)：能夠將火災報警信號通過(guò)繼電器干接點(diǎn)輸入消防報警系統，實(shí)現消防聯(lián)動(dòng)。一旦某一位置因為溫度異常出現火災隱患或者已經(jīng)起火，能立刻通知消防系統，提高整體安全性。
   • 數據共享：與廠(chǎng)內MIS網(wǎng)鏈接后，可以在廠(chǎng)內網(wǎng)絡(luò )的任意一臺電腦上進(jìn)行數據查詢(xún)。這方便了發(fā)電廠(chǎng)內部的生產(chǎn)管理調度人員隨時(shí)查看溫度數據進(jìn)行生產(chǎn)安全管控決策，例如管理人員可以對比不同時(shí)間段、不同運行模式下的溫度數據總結設備運行規律以便優(yōu)化運行方案。
   • 本質(zhì)安全：從測量現場(chǎng)到控制室傳輸線(xiàn)路以石英為工作介質(zhì)，具有本質(zhì)絕緣、抗電磁微波干擾、耐腐蝕和耐老化的特點(diǎn)。在發(fā)電廠(chǎng)這種電磁場(chǎng)相對復雜，環(huán)境可能又有一些腐蝕性氣體或者液體存在的場(chǎng)景下，保證了溫度測量系統的安全性和穩定性，也避免了在傳輸過(guò)程中因為介質(zhì)損壞等出現錯誤溫度信號或者安全隱患。
   • 高壓隔離：光纖作為可靠的絕緣物質(zhì)，可以有效隔離現場(chǎng)的高壓電，避免高壓電被引入控制室，保障了控制室內設備和人員的安全。
   • 結構簡(jiǎn)單：整個(gè)系統由測溫主機和感溫光纖組成，中間環(huán)節和轉換部件少。這樣大大降低了出現故障的機率以及后續的維護成本，因為故障點(diǎn)少并且維護主要集中在兩大組件上，對于發(fā)電廠(chǎng)這樣設備繁多且需要長(cháng)期穩定運行的場(chǎng)所來(lái)說(shuō)，可以減少設備檢修維護工作量和成本。

（二）分布式光纖溫度監測系統在通信動(dòng)力樓的應用

1. 基本描述
   • 系統包括本地客戶(hù)端、光纖測溫主機、感溫光纜和測溫軟件，主要用于通信動(dòng)力樓內機柜、橋架電纜和地下隧道電纜的溫度監測?；诶⑸渑c時(shí)域反射相結合的分布式光纖測溫方法，有效提高系統測溫空間分辨與降低系統敷設難度，可以實(shí)現溫度實(shí)時(shí)監測、趨勢分析、事故遠程準確探測、預警、報警功能?。
2. **在通信動(dòng)力樓中的意義
   • 保障通信安全穩定運行：通信機房設備密集且對安全性要求極高，如果機房溫度控制不當導致溫度過(guò)高可能引發(fā)火災或者使通信設備過(guò)熱損壞進(jìn)而造成整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò )癱瘓。通過(guò)分布式光纖溫度監測系統實(shí)時(shí)獲取機房?jì)雀鼽c(diǎn)的溫度情況，能及時(shí)調整溫控設備或者發(fā)現故障隱患點(diǎn)并處理從而保障通信網(wǎng)絡(luò )安全穩定運行。
   • 適應通信機房發(fā)展需求：隨著(zhù)5G技術(shù)發(fā)展通信機房新建和擴容速度加快，機房?jì)仍O備數量和功率急劇增加，傳統電子測溫方式測溫點(diǎn)數有限、敷設傳輸電纜復雜且不利于維護管理，而分布式光纖溫度監測系統沿光纖連續分布溫度監測點(diǎn)多、敷設簡(jiǎn)單且易于維護，可以有效地彌補傳統電子測溫方式的缺點(diǎn)，適應通信機房不斷發(fā)展過(guò)程中的溫度監測需求。

（三）FBG溫度傳感系統在鋁電解槽的應用

1. 應用背景
   • 鋁業(yè)公司一直在尋找能夠有效在線(xiàn)監測鋁電解槽溫度狀態(tài)的技術(shù)。他們的測控團隊經(jīng)過(guò)傳熱計算，選取了幾個(gè)已知的溫度測點(diǎn)，使用FBG溫度傳感系統進(jìn)行測溫比對和驗證。因為FBG溫度傳感系統具有光纖傳感不受電磁干擾、可以高溫監測（1000°C極限測溫）、有助于節能降耗（10% – 15%）、能夠24小時(shí)?365天實(shí)時(shí)在線(xiàn)不間斷監測、集成度高（每套系統實(shí)時(shí)在線(xiàn)監測112至450個(gè)溫度測點(diǎn)）、前端傳感安裝方便（易部屬，省導線(xiàn)）、后期維護成本低等優(yōu)勢，其能夠滿(mǎn)足電解鋁行業(yè)的工況要求。
2. 對鋁電解槽生產(chǎn)的影響
   • 實(shí)現大規模實(shí)時(shí)監控與能耗調控：當比對的溫度數據他們在整個(gè)生產(chǎn)車(chē)間應用了這套系統。通過(guò)FBG溫度傳感系統可以為車(chē)間24小時(shí)?365天實(shí)時(shí)不間斷提供溫度數據。根據這些數據，企業(yè)可以對電解槽做能耗調控，最終節省了10%的能耗。這對于電解鋁這種高能耗行業(yè)來(lái)說(shuō)，意義非凡，如果能耗控制更好，可以降低很大的成本支出。由于在電解鋁行業(yè)，槽控技術(shù)已經(jīng)較為完善，許多時(shí)候因為溫度數據不準確等原因使得企業(yè)不得不保留電解槽溫度余量，導致溫度高于理想值從而造成大量能源浪費，采用精確的溫度監測技術(shù)可有效改善這種狀況。
   • 提高國內電解鋁廠(chǎng)能效管理借鑒意義：這一成功案例對于國內電解鋁廠(chǎng)能效管理有很好的借鑒意義。目前國內電解鋁廠(chǎng)如果改善底層傳感器系統，在已有的較為完善的槽控技術(shù)基礎上，采用像FBG這種精確穩定的溫度監測系統，可以進(jìn)一步降低能耗，帶來(lái)更好的經(jīng)濟效益。

五、光纖溫度監測技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢

（一）提升傳感器靈敏度

1. 技術(shù)改進(jìn)的必要性：在眾多行業(yè)應用場(chǎng)景中，對于溫度微小變化的精確檢測需求日益增加。例如在高端精密制造領(lǐng)域，如芯片制造過(guò)程中，加工設備對內部溫度變化十分敏感，微小的溫度波動(dòng)可能影響芯片的成品率；在生物醫學(xué)研究的諸多場(chǎng)景，如細胞培養環(huán)境中溫度的細微改變可能會(huì )影響細胞的生長(cháng)和活性。傳統的光纖溫度傳感器靈敏度可能無(wú)法滿(mǎn)足這些高精度要求。
2. 可能采取的技術(shù)手段：從光纖材料本身性能優(yōu)化的角度，開(kāi)發(fā)新型溫度敏感的光纖材料，使得纖維材料自身對溫度變化更加敏感。例如探索摻雜特殊物質(zhì)的光纖，研究這些特殊添加劑如何與溫度產(chǎn)生更強的相互作用，從而在溫度變化時(shí)產(chǎn)生更顯著(zhù)的光學(xué)特性變化。同時(shí)，在傳感器的結構設計方面進(jìn)行創(chuàng )新，采用特殊的光纖光柵結構或者更優(yōu)化的干涉儀結構等，可以對溫度變化有更強的響應能力，從而轉化為更高的靈敏度輸出信號。

（二）拓寬溫度測量范圍

1. 滿(mǎn)足極端環(huán)境應用需求：隨著(zhù)人類(lèi)在極端環(huán)境下的探索和活動(dòng)增多，如深海探測事業(yè)的發(fā)展、極地科考的深入以及航空航天等領(lǐng)域涉足宇宙極端溫度環(huán)境，對能在超低溫和超高溫環(huán)境準確測量溫度的傳感器需求緊迫。例如在深海海底火山附近研究生物生態(tài)系統，那里的高溫、高壓以及復雜的化學(xué)物質(zhì)變化環(huán)境需要耐高溫、高壓且能在復雜化學(xué)環(huán)境下正常工作的溫度傳感器；在太空探測中，衛星設備、星體表面探測儀器等也需要能適應宇宙極端大范圍溫度變化（如接近絕對零度到幾百度甚至上千度溫度波動(dòng)）的傳感器進(jìn)行設備溫度監測和環(huán)境熱量分析。
2. 技術(shù)研發(fā)方向：一方面，研究特殊的光纖涂層或者保護材料，使其既能夠適應高溫環(huán)境下不被燒毀、融化或者改變特性，又能在低溫環(huán)境下保持柔韌性和光學(xué)傳導性能。另一方面，針對高溫環(huán)境探索光纖結構耐高溫設計，如優(yōu)化光纖芯和包層的材料配比，或者研發(fā)新型的光纖光柵制造工藝使其在高溫下依然能保持波長(cháng)的穩定測量能力；針對低溫環(huán)境研究光纖中光信號傳播的物理機制以及如何抵御低溫下可能出現的物理凝凍等影響信號傳輸的現象。

（三）增強系統的智能化水平

1. 融入大數據與人工智能技術(shù)：隨著(zhù)監測設備部署數量的增加以及監測范圍的擴大，光纖溫度監測產(chǎn)生的數據量將海量增長(cháng)。通過(guò)將大數據技術(shù)融入光纖溫度監測系統，能夠對大量歷史和實(shí)時(shí)溫度數據進(jìn)行有效存儲、管理和分析。人工智能算法可以挖掘這些數據中的潛在規律，例如預測設備的溫度變化趨勢、提前預警溫度異常升高，或者基于溫度模式識別來(lái)進(jìn)行故障診斷等。在大型發(fā)電站中，可以利用以前積累的海量溫度數據和當前實(shí)時(shí)數據，通過(guò)機器學(xué)習算法構建發(fā)電設備溫度模型，用于預測發(fā)電設備在不同負荷、不同環(huán)境因素下最可能的溫度變化，提前發(fā)現潛在故障，優(yōu)化發(fā)電設備的維護計劃和運行參數。
2. 實(shí)現自動(dòng)化運維和自適應功能：智能化水平提升之后，光纖溫度監測系統有望實(shí)現自動(dòng)化的維護操作，當系統檢測到自身某個(gè)部分（比如某段光纖或者傳感器）出現故障信號時(shí)能自動(dòng)觸發(fā)自檢、報告故障點(diǎn)、提示維修方法甚至自動(dòng)切換備用設備或者線(xiàn)路保證溫度監測工作繼續正常運行，實(shí)現自我維護和修復功能，減少人工干預工作量。另外，根據監測到的溫度環(huán)境特點(diǎn)傳感器自動(dòng)調整自身測量模式或者參數達到自適應溫度環(huán)境的目的，例如在溫度變化波動(dòng)不定的復雜環(huán)境下，傳感器自動(dòng)改變采集時(shí)間間隔或者測量分辨率等參數來(lái)更靈活和準確地獲取溫度信息。

（四）探索復雜環(huán)境下的應用解決方案

1. 復雜環(huán)境中的挑戰：在強腐蝕環(huán)境（如化工工業(yè)中的強酸強堿生產(chǎn)車(chē)間）、高輻射區域（如核電站內部的某些高放射性區域）以及強振動(dòng)工作場(chǎng)景（如大型沖壓、鍛造等重型機械工作車(chē)間）等條件下，光纖溫度傳感器面臨諸多挑戰。如在化學(xué)腐蝕環(huán)境下光纖的防護層、探頭等可能被腐蝕破壞影響測量甚至很快失去功能；在高輻射環(huán)境下光纖內部結構可能被放射性物質(zhì)破壞從而影響光傳輸等特性；在強振動(dòng)環(huán)境下光纖的安裝固定性受到挑戰，可能導致光纖發(fā)生斷裂或者信號傳輸抖動(dòng)。
2. 可能的解決方案：針對不同的復雜環(huán)境進(jìn)行個(gè)性化的光纖溫度監測系統設計。對于強腐蝕環(huán)境，研發(fā)特殊的抗腐蝕光纖外殼或者涂層材料（相似于深海光纖）保護光纖的同時(shí)也要開(kāi)發(fā)可以抵御腐蝕氣體或者液體污染的傳感器探頭設計。在高輻射環(huán)境下，可以借鑒核工業(yè)中防護輻射的設計思路用于光纖溫度傳感器，在保證光纖能夠正常進(jìn)行溫度 – 光信號轉換的同時(shí)合理采用輻射屏蔽材料或者結構減少輻射對光纖的損害。對于強振動(dòng)環(huán)境則重點(diǎn)在光纖的安裝方式上創(chuàng )新，采用彈性的、減震的安裝座和固定結構，并且在光纖線(xiàn)路布置上盡量避免單根光纖過(guò)長(cháng)增加易受損風(fēng)險，采用多段短光纖集成以及增加冗余備份線(xiàn)路的方式保障整體的溫度監測功能。