基本概念和測量原理

溫度測量方法根據(jù)溫度傳感器的使用方式，通常分為接觸法測溫與非接觸法測溫兩類，如表1所示。表2是常用測量溫度的種類及對應(yīng)的特性。

FBG（FiberBragg Grating）是近幾年發(fā)展迅速的光纖無源器件之一。利用FBG制作的傳感器除了具有普通光纖傳感器體積小、靈敏度高、帶寬大、抗電磁干擾能力強(qiáng)、安全環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)外，還可以實(shí)現(xiàn)不同功能的傳感器(如，溫度、應(yīng)力、加速度、傾斜、壓強(qiáng)、曲率、扭矩、振動(dòng)、超聲波、電磁場、濃度以及折射率)同時(shí)區(qū)分測量，克服了傳統(tǒng)傳感器測量成本高、精度低以及多個(gè)參量間相互干擾的缺點(diǎn)，非常適合應(yīng)用到實(shí)時(shí)監(jiān)測技術(shù)的領(lǐng)域中，十分適用于復(fù)雜惡劣的工業(yè)現(xiàn)場，如油氣井下、高溫高爐等惡劣的測量環(huán)境。

測量原理：FBG溫度傳感器通過測量Bragg波長的漂移實(shí)現(xiàn)對被測量的溫度檢測，如圖1所示，溫度的變化會(huì)引起光纖光柵的柵距和折射率的變化，從而使光纖光柵的反射譜和透射譜發(fā)生變化，當(dāng)入射光經(jīng)過Bragg光柵被反射回來，由于受溫度的調(diào)制，其反射光的中心波長發(fā)生了漂移，其漂移量與溫度、應(yīng)變存在線性關(guān)系，因此，檢測到波長的變化量，就可以求出溫度的大小。

常規(guī)I型光纖光柵只能在300℃以下工作，常規(guī)FBG并不適用于高溫傳感領(lǐng)域。能在300℃以上長期穩(wěn)定工作、不發(fā)生熱衰減、不論何種機(jī)理形成的光纖光柵均可稱為高溫光纖光柵。常見高溫光纖光柵有II型光纖光柵、IIA型光纖光柵、特殊摻雜光纖上的光纖光柵、再生光纖布拉格光柵、特殊寫入方法的LPG。

（1）II型光纖光柵

II型FBG一般是采用高能量紫外激光脈沖或飛秒激光脈沖來制作，其機(jī)理是在光纖纖芯／包層界面引起損傷或使光纖中的玻璃晶格結(jié)構(gòu)發(fā)生熔融，從而實(shí)現(xiàn)周期性折射率調(diào)制。與相比I型FBG，II型FBG的熱穩(wěn)定性好，具有更好的高溫性能，可在800℃高溫以上長時(shí)間使用。但I(xiàn)I型FBG也存在一些缺點(diǎn)，比如需要高功率激光器、制作成本高，另外，它的反射譜帶寬大、透射譜短波損耗大，也一定程度上限制了測量分辨率和波分復(fù)用能力。

（2）IIA型光纖光柵

II A型FBG一般是通過對I型FBG繼續(xù)進(jìn)行過量曝光來獲得，II A型FBG的高溫性能介于I型和II型FBG之間，可承受500～700℃的高溫，對激光器的要求也相對較低，只是制作周期比較長。

（3）特殊摻雜光纖上的光纖光柵

在一些摻雜特殊離子(錫Sn4+、銻Sb3+、銦In3+、鉍Bi3+)光纖，特殊摻雜光纖上的FBG具有良好的高溫穩(wěn)定性，可承受800℃以上的高溫，同時(shí)制作過程相對簡單，但需要使用特殊摻雜的光纖，一定程度上增加了器件的成本。

（4）再生光纖布拉格光柵

機(jī)理是周期性紫外光曝光產(chǎn)生的羥基和氟發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成氟化氫，在高溫?zé)崽幚頃r(shí)氟化氫從被曝光的纖芯向外擴(kuò)散造成氟濃度的周期性變化而引起了周期性折射率調(diào)制，因此他將這種FBG稱為作再生光柵（化學(xué)組分光柵制作）。作再生光柵承受的溫度達(dá)到了1200℃左右。再生光纖布拉格光柵是在I型FBG的基礎(chǔ)上制作出來的，制作過程相對簡單，同時(shí)也繼承I型FBG的帶寬窄、譜形好、復(fù)用能力強(qiáng)等眾多優(yōu)點(diǎn)。再生光柵也有一些與其他類型高溫光柵一樣的不足之處，主要是反射率偏低，長時(shí)間退火后引起光纖變脆易斷。

（5）特殊寫入方法的LPG

見的紫外光寫入法外，還有飛秒激光寫法、C02激光局部加熱寫入法、電弧放電法等其它途徑。這些方法通過局部周期性加熱或損傷光纖內(nèi)部結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)周期性折射率調(diào)制，因而具有較高的高溫穩(wěn)定性。

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