Кристалооптичні та волоконно-оптичні методи вимірювання  температури: технології та перспективи

Богдан Бондар; Михайло Степаняк

doi:10.15407/fmmit2024.39.118

Богдан Бондар
Михайло Степаняк

DOI: https://doi.org/10.15407/fmmit2024.39.118

Ключові слова: анізотропні кристали, волоконно-оптичні сенсори, дистанційне вимірювання температури, гратки Брегга, кристалооптичні методи, оптичні вимірювання, температурні сенсори, Фабрі-Перо інтерферометр, фотонні кристали.

Анотація

У даній статті проведено огляд сучасних методів вимірювання температури з використанням кристалооптичних та волоконно-оптичних термоперетворювачів спрямованих на підвищення точності вимірювань у жорстких умовах. Розглянуто властивості анізотропних кристалів, що дозволяють забезпечити високу точність вимірювань у складних умовах, серед яких підвищені
температури, сильні електромагнітні поля та вакуум. Особлива увага приділяється інтерференційним системам, таким як інтерферометри Фабрі-Перо та фотонні кристали, а також волоконно-оптичним сенсорам, зокрема ґраткам Брегга (FBG). Здійснено порівняльний
аналіз переваг і недоліків цих методів порівняно з класичними підходами до вимірювання температури, такими як термопари та терморезистивні сенсори. Показано перспективи використання волоконно-оптичних сенсорів у високотехнологічних галузях, серед яких
аерокосмічна індустрія, енергетика та медицина. Окреслено можливості подальшого розвитку технологій для забезпечення більшої точності та стабільності вимірювань у реальному часі.

Посилання

J. M. Leça, Y. Magalhães, P. Antunes, V. Pereira, and M. S. Ferreira, 'Optofluidic Fabry-Perot interferometric sensor for the real-time measurement of refractive index', J. Phys.: Conf. Ser., vol. 2407, no. 1, p. 012021, Dec. 2022, doi: 10.1088/1742-6596/2407/1/012021.

H. Yu, Y. Wang, J. Ma, Z. Zheng, Z. Luo, and Y. Zheng, 'Fabry-Perot Interferometric High Temperature Sensing Up to 1200 °C Based on a Silica Glass Photonic Crystal Fiber', Sensors, vol. 18, no. 1, https://doi.org/10.3390/s18010273

J. Wang et al., 'Magnetic field and temperature dual-parameter sensor based on magnetic fluid materials filled photonic crystal fiber', Opt. Express, OE, vol. 28, no. 2, pp. 1456-1471, Jan. 2020, doi: https://doi.org/10.1364/OE.377116

H. R. Chowdhury and M. Han, 'Fiber Optic Temperature Sensor System Using Air-Filled Fabry- Pérot Cavity with Variable Pressure', Sensors, vol. 23, no. 6, Art. no. 6, Jan. 2023, doi: 10.3390/s23063302.

K. M. Fadeev, D. D. Larionov, L. A. Zhikina, A. M. Minkin, and D. I. Shevtsov, 'A Fiber-Optic Sensor for Simultaneous Temperature and Pressure Measurements Based on a Fabry-Perot Interferometer and a Fiber Bragg Grating', Instrum Exp Tech, vol. 63, no. 4, pp. 543-546, Oct. 2020, doi: https://doi.org/10.1134/S0020441220050024

K. Shiokawa et al., 'Development of low-cost sky-scanning Fabry-Perot interferometers for airglow and auroral studies', Earth Planet Sp, vol. 64, no. 11, Art. no. 11, Nov. 2012, doi: 10.5047/eps.2012.05.004.

R. K. Gangwar, S. Kumari, A. K. Pathak, S. D. Gutlapalli, and M. C. Meena, 'Optical Fiber Based Temperature Sensors: A Review', Optics, vol. 4, no. 1, Art. no. 1, Mar. 2023, doi: 10.3390/opt4010013.

C. Su et al., 'Temperature-Decoupled Single-Crystal MgO Fiber-Optic Fabry-Perot Vibration Sensor Based on MEMS Technology for Harsh Environments', Micromachines, vol. 15, no. 5, Art. no. 5, May 2024, doi: 10.3390/mi15050616.

Y. Zheng et al., 'Fiber Optic Fabry-Perot Optofluidic Sensor With a Focused Ion Beam Ablated Microslot For Fast Refractive Index and Magnetic Field Measurement', IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, vol. 23, no. 2, pp. 322-326, Mar. 2017, doi: 10.1109/JSTQE.2017.2649462.

J. M. Leça, Y. Magalhães, P. Antunes, V. Pereira, and M. S. Ferreira, 'Real-Time Measurement of Refractive Index Using 3D-Printed Optofluidic Fiber Sensor', Sensors, vol. 22, no. 23, Art. no. 23, Jan. 2022, doi: 10.3390/s22239377.