Kuituoptiset lämpötila-anturit : paineriippuvuus ja käyttökohteet
Tiiro, Eetu (2022)
2022
Teknisten tieteiden kandidaattiohjelma - Bachelor's Programme in Engineering Sciences
Tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering and Natural Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2022-08-29
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202206025428
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202206025428
Tiivistelmä
Työn tavoitteena oli selvittää kuituoptisten lämpötila-anturien paineriippuvuutta joillekin optisia kuituja käyttäville anturityypeille. Toisena tavoitteena oli esittää mahdollisia käyttökohteita kuituoptisille lämpötila antureille. Tutkimuksen teoria pitkälti pohjautuu K.T.V. Grattanin ja B.T. Meggittin kirjasarjaan nimeltä Optical fiber sensor technology. Tarkempaa tutkimustietoa on etsitty Andor- ja Scopus-tietokannoista. Tiedot kaupallisista optisia kuituja käyttävistä anturijärjestelmistä on etsitty niitä tarjoavien yritysten omista esitteistä.
Työn alussa lukijalle selostetaan perusteita lämpötilasta, sen mittaamisesta sekä optisista kuiduista. Työssä esitellyt anturityypit ovat FBG, spektrometrinen ja luminesenssiin perustuva anturityyppi. Työssä esiteltiin kattavasti ominaisuuksia, jotka erottavat kuituoptiset lämpötila-anturit perinteisistä elektronisista lämpötila-antureista. Kaupallisia edellä mainittuja menetelmiä käyttäviä lämpötilanmittauslaitteistoja käsiteltiin kaksi kappaletta.
Yhdellekään optista kuitua käyttävälle anturityypille ei voitu osoittaa kvantitatiivista paineriippuvuuden arvoa tutkimustiedon puutteen vuoksi. Käyttökohteiksi teknologialle esitettiin vesistöjen ja merivirtojen lämpötilan seuranta, vedenpinnan alainen kaivostoiminta ja suurjännitemuuntajien operointilämpötilan seuranta. Parhain suorituskyky tutkituista antureista oli optista kuitua käyttävällä lämpötila-anturilla, joka käytti lämpötilan aistimiseen Fabry-Perot’in interferometriä. Sillä todettiin olevan hyvä, alle 1 mK:in resoluutio ja sen antamien tulosten todettiin olevan verrattavissa kaupalliseen anturin tuottamiin tuloksiin.
Kuituoptisten anturien paineensietokykyä tutkittiin ja sen todettiin olevan eräälle anturille 7 Mpa:ta. Erittäin korkeita paineita kestävän FP-interferometriin perustuvan lämpötila-anturin hypoteettistä toteutusta pohdittiin kuorella suojattuun paineanturiin pohjautuen.
Aiheen lisätutkimus on tervetullutta, jotta voidaan tarkemmin kartoittaa teknologian mahdollisuuksia ja rajoitteita. Painekammiossa suoritettavat testit vaikuttavat olevan välttämättömiä uudenlaisten optisten lämpötila-anturien paineriippuvuuden todentamiseksi.
Työn alussa lukijalle selostetaan perusteita lämpötilasta, sen mittaamisesta sekä optisista kuiduista. Työssä esitellyt anturityypit ovat FBG, spektrometrinen ja luminesenssiin perustuva anturityyppi. Työssä esiteltiin kattavasti ominaisuuksia, jotka erottavat kuituoptiset lämpötila-anturit perinteisistä elektronisista lämpötila-antureista. Kaupallisia edellä mainittuja menetelmiä käyttäviä lämpötilanmittauslaitteistoja käsiteltiin kaksi kappaletta.
Yhdellekään optista kuitua käyttävälle anturityypille ei voitu osoittaa kvantitatiivista paineriippuvuuden arvoa tutkimustiedon puutteen vuoksi. Käyttökohteiksi teknologialle esitettiin vesistöjen ja merivirtojen lämpötilan seuranta, vedenpinnan alainen kaivostoiminta ja suurjännitemuuntajien operointilämpötilan seuranta. Parhain suorituskyky tutkituista antureista oli optista kuitua käyttävällä lämpötila-anturilla, joka käytti lämpötilan aistimiseen Fabry-Perot’in interferometriä. Sillä todettiin olevan hyvä, alle 1 mK:in resoluutio ja sen antamien tulosten todettiin olevan verrattavissa kaupalliseen anturin tuottamiin tuloksiin.
Kuituoptisten anturien paineensietokykyä tutkittiin ja sen todettiin olevan eräälle anturille 7 Mpa:ta. Erittäin korkeita paineita kestävän FP-interferometriin perustuvan lämpötila-anturin hypoteettistä toteutusta pohdittiin kuorella suojattuun paineanturiin pohjautuen.
Aiheen lisätutkimus on tervetullutta, jotta voidaan tarkemmin kartoittaa teknologian mahdollisuuksia ja rajoitteita. Painekammiossa suoritettavat testit vaikuttavat olevan välttämättömiä uudenlaisten optisten lämpötila-anturien paineriippuvuuden todentamiseksi.
Kokoelmat
- Kandidaatintutkielmat [10747]