电力设备热点温度监测的技术类型（上）

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— 荧光光纤测温 —

当紫外光照射到某些特定物质时，这些物质会发射出各种颜色和强度不同的可见光，一旦紫外光停止照射，可见光也很快会消失，这种可见光就称为荧光。

荧光光纤测温技术即利用稀土元素（稀有金属）在紫外线的照射下会产生荧光，该荧光的衰减速度随温度变化的特性来进行测温。典型荧光测温系统如下图，光源通过透镜聚焦到光纤，经由光纤传输至光纤探头激发荧光；荧光同样通过光纤返回，透过常规为45°的滤光镜到达光电转换器进行温度解调。

荧光光纤测温技术原理简单，测温探头体积小、工艺简单，易于在狭小结构中安装进行测温；同时，通过对荧光受激信号进行反向放大，对比不同点的电压进行分析，可诊断系统光路的好坏，从而适当调整温度解析算法,同样适用于电力设备内部的温度监测。

荧光光纤测温的解析方法是计算荧光材料的余晖时间常数，原则上和光强度没有关系，但是，考虑到激发光效率、反向散射光收集能力，以及荧光比较弱等因素，荧光测温系统需采用大芯径和大数值孔径的光纤，一般为芯径大于200μm的硬质石英特种光纤、玻璃光纤束或塑料材质光纤等，因此其传输距离较短，一般小于15米，适用于小型电力设备的精确定位温度测量，在大型电力设备如水轮发电机中并不适用。

— 光纤光栅传感技术 —

光纤光栅传感器的制备不同于上述两种，是通过相位掩膜版制造技术或激光刻蚀等工艺，使用物理手段在光纤上形成固定间距的光波长反射栅格作为感温物质，利用热胀冷缩时栅格变化导致反射或透射光波长的变化的特性进行测温。

一定带宽的光与光栅长发生作用，光纤光栅反射回特定中心波长的宽带光，并沿原传输光纤返回，其余宽带光沿光纤继续传输，其反射光的中心波长随作用于光纤光栅的温度变化而线性变化，测量光纤光栅反射的中心波长，即可测量出光纤光栅温度传感器测量点相应的温度值。

该种传感器易受温度-应变交叉敏感影响，作为温度传感器使用时，易受应力、振动等环境影响，缩短寿命，虽然国内外学者在该领域进行了多方面的研究，针对不同应用进行不同的结构设计和封装，但技术方案并不完善，且栅格制备的一致性较难保证，难做备品，因此，应用在实际测温场景时，还需要更多的试验验证。

— 法布里-珀罗温度传感器 —

法布里-珀罗温度传感器及光纤法珀传感器，主要由一个光纤干涉腔构成，当入射光信号入射到法珀腔内时，一部分入射光被谐振腔的前端面反射；而入射到谐振腔内的光波在后端面发生菲涅尔反射，并耦合到入射光纤，最终与前端面反射的光发生干涉，干涉信号经光纤耦合器送达光电探测器。

常见的光纤法珀传感器可分为本征型（IFPI）和非本征型（EFPI）两类，IFPI中光纤除起到传光作用外，还充当干涉腔，使其在测量其它参量时易受温度的交叉影响；EFPI传感器中光纤仅起到传光作用，干涉腔则由一段空气或其它非光纤的固体介质充当，如毛细管式EFPI是最为典型的一种，但是该种传感器优于光纤直径与毛细管直径不匹配而易产生应力集中现象，大大降低了器件的机械性能和稳定性；且EFPI在使用前都需要进行标定，限制了其在实际中的应用。

光纤法珀传感器同样响应速度快、抗电磁干扰，但其制备工艺繁杂，对光纤以及光源稳定性要求极高，信号解调复杂实现难度较大，现有的技术还难以经济适用于实际应用场景。

总结

综上所述，从各种技术特性对比，不难看出，光纤温度传感器比电温度传感器更适合电力领域：

绝缘、抗电磁干扰。光纤温度传感器通过光的传输来感知温度变化，使用石英玻璃进行温度信号传输，安全且不受电磁干扰影响，这对于电力系统中复杂的电磁环境非常重要。

测量范围广、精度高、响应快。光纤传感器能够监测较大范围的温度变化，并且具有很高的测量精度，能够满足电力设备在高温条件下的监测需求。

体积小、重量轻。光纤传感器设备结构紧凑，便于在电力系统中安装和部署。

寿命长、稳定性好。光纤材料本身具有较长的使用寿命和良好的化学稳定性，适合在恶劣环境下长期使用。

就光纤温度传感器整体而言，各种技术各有优势。分布式光纤适合长距离、温度分布监测，如石油管道、输电线路等基础设施的温度监测；砷化镓光纤具有良好的耐高温性能，测温精度不受光纤转接限制，适宜对测温可靠性、稳定性和鲁棒性要求高的场景，如大型油变绕组、发电机等大型电力设备测温；荧光光纤则适合于短距离及对成本敏感的领域，如开关柜热点，生物医学等，能够在较小温度变化下提供准确的测量结果；光纤光栅更加适宜于应力或应力-温度综合作用下的场景测量，如结构健康监测、土木工程等领域；法珀光纤目前造价较高，常用于科研试验温度监测中。