Pomiar temperatury to kluczowy aspekt w wielu gałęziach przemysłu, takich jak energetyka, przemysł chemiczny czy rafineryjny, a także w systemach bezpieczeństwa. Tradycyjne czujniki temperatury, takie jak termopary czy rezystancyjne czujniki temperatury, mają swoje ograniczenia, zwłaszcza, gdy wymagana jest ciągła kontrola temperatury na dużych odległościach. W takich przypadkach rozwiązaniem okazuje się technologia pomiaru temperatury z wykorzystaniem włókna światłowodowego.
Zasada działania światłowodowego pomiaru temperatury
W pomiarach temperatury za pomocą włókna światłowodowego wykorzystywana jest zdolność światła do zmiany swoich właściwości pod wpływem temperatury. Istnieją trzy główne metody pomiaru temperatury za pomocą światłowodu:
Rozproszenie Ramana
W tej metodzie wykorzystuje się efekt Ramana – zjawisko rozpraszania światła w światłowodzie. Gdy promień laserowy przechodzi przez światłowód, część jego energii ulega rozproszeniu, co prowadzi do powstania dwóch składowych: Stokesowskiej i anty-Stokesowskiej. Różnica w ich intensywności zależy od temperatury, co pozwala na dokładny pomiar.
Rozproszenie Brillouina
Metoda ta opiera się na efekcie Brillouina, który również wykorzystuje rozpraszanie światła w światłowodzie. Jest to bardzo precyzyjna metoda pozwalająca na pomiary temperatury i naprężeń w czasie rzeczywistym na dużych odległościach (ok 60 – 80 km).
Siatki Bragga (FBG – Fiber Bragg Gratings)
Siatki Bragga to specjalne struktury wbudowane w światłowód, które odbijają światło o określonej długości fali. Wraz ze zmianą temperatury lub naprężenia zmienia się długość fali odbitej, co pozwala na bardzo precyzyjne pomiary. Jest to technika wykorzystywana zwłaszcza w monitorowaniu infrastruktury, np. mostów, tuneli czy rurociągów.
Zalety pomiaru temperatury z wykorzystaniem światłowodu
Długość i zasięg pomiarów
Światłowody mogą mierzyć temperaturę na długich dystansach, co jest kluczowe w rozległych instalacjach przemysłowych, takich jak rurociągi czy linie elektroenergetyczne.
Odporność na zakłócenia elektromagnetyczne
W przeciwieństwie do tradycyjnych czujników elektrycznych, światłowód nie jest wrażliwy na zakłócenia elektromagnetyczne, co sprawia, że doskonale sprawdza się w trudnych warunkach przemysłowych.
Bezpieczeństwo w środowisku wybuchowym
Światłowód nie przewodzi prądu elektrycznego, dzięki czemu może być stosowany w miejscach zagrożonych wybuchem, np. w rafineriach czy kopalniach.
Wysoka rozdzielczość przestrzenna
Dzięki technologii rozproszonej możliwe jest uzyskanie setek punktów pomiarowych na jednym światłowodzie, co pozwala na bardzo precyzyjne monitorowanie rozkładu temperatury.
Niewielkie wymagania konserwacyjne
Systemy światłowodowe są bardzo trwałe i odporne na korozję, co minimalizuje koszty ich utrzymania w porównaniu do tradycyjnych czujników.
Podsumowanie
Światłowodowy pomiar temperatury to innowacyjna technologia, która zyskuje coraz większą popularność dzięki swojej precyzji, odporności na zakłócenia oraz możliwości prowadzenia pomiarów na dużych odległościach. Znajduje zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu, zwiększając efektywność, bezpieczeństwo i niezawodność systemów monitorowania temperatury. W obliczu rosnących wymagań dotyczących kontroli i optymalizacji procesów, światłowodowe rozwiązania stają się ważnym elementem nowoczesnej infrastruktury.
Piotr Turowicz, Krzysztof Kołat