一、光纖傳感器和光纖Bragg光柵(FBG)傳感器

1、光纖Bragg光柵 （FBG）技術(shù)優(yōu)勢

2、另一類光纖傳感系統(tǒng)

纖芯內(nèi)“無“光柵 ：OTDR

光時(shí)域反射法 ：OFDR

光頻域反射法 ：DTS

分布式溫度傳感

激光脈沖引入光纖形成一維光學(xué)“雷達(dá)”，利用纖芯內(nèi)任何一點(diǎn)的Raman散射/ Rayleigh 散射/ Bouillouin散射獲得該點(diǎn)處的溫度和應(yīng)變等動(dòng)態(tài)信息，更密集的連續(xù)分布式傳感，但取樣速率較低，硬件昂貴。

二、飛秒激光逐點(diǎn)直寫FBG(fsFBG)傳感器及其優(yōu)勢

1、光纖傳感應(yīng)用領(lǐng)域的挑戰(zhàn)

(1). 核電站，反應(yīng)堆，散列中子源，核廢料存儲裝置 (高溫，強(qiáng)輻射)

(2). 科學(xué)高級光源，同步輻射光源，自由電子激光器 (meV到MeV的電磁輻射)

(3). 燃?xì)廨啓C(jī)，汽輪機(jī)，航發(fā)，煤炭氣液化(高溫，高壓，反應(yīng)性腐蝕氣體)

(4). 石油勘產(chǎn)(高溫，高壓，高濃度氫氣，水汽)

(5). 航空航天航海高級智能結(jié)構(gòu) (植入，高溫焊接)

(6). 高電壓大電流環(huán)境下傳感 (絕緣，可靠性要求)

(7). 微波和激光消融手術(shù) (高功率瞬時(shí)溫度沖擊)

(8). 手術(shù)機(jī)器人的體內(nèi)力學(xué)傳感

2、常規(guī)光纖Bragg光柵（FBG）技術(shù)缺陷

(1). 非永久光柵，長時(shí)穩(wěn)定工作溫度極限不到300度，不耐核輻射

(2). 制造過程繁瑣：剝離-再涂敷，載氫，敏化, 退火, 再生，細(xì)芯重?fù)芥N...

(3). 剝離-再涂敷嚴(yán)重?fù)p害光纖機(jī)械強(qiáng)度，碳涂敷層，Ormocer涂敷層無法再涂敷

(4). 制造過程受掩模板限制缺乏靈活性

(5). 單個(gè)光柵點(diǎn)折射率調(diào)制低，易退化，光柵長度大。

(6). 在純石英-，藍(lán)寶石-，氟化物-，硫族光纖無法/難以寫入FBG

(7). 單纖FBG陣列受成品率限制價(jià)格高昂，或者需熔接

3、飛秒逐點(diǎn)直寫光纖Bragg光柵（FsFBG）

新型飛秒激光逐點(diǎn)直寫技術(shù)高效靈活制造高端 FBG：fsFBG

獨(dú)有優(yōu)勢

飛秒激光的非線性光學(xué)效應(yīng)產(chǎn)生極端穩(wěn)定的，不可擦除的光柵作為傳感器件

透過涂敷層直寫不受損害光纖本身強(qiáng)度

靈活制造，對光纖材料，涂敷層材料幾乎無要求，柔性制造密集FBG陣列，兩FBG距離短可至毫米以下

全自動(dòng)制造，極大提升互換性和經(jīng)濟(jì)性

FsFBG的信號的溫度穩(wěn)定性高，可在1000C長時(shí)間生存

各類光纖上制造的fsFBG的溫度信號穩(wěn)定

飛秒激光直寫技術(shù)刻制常規(guī)方法無法刻制的特殊光纖，如耐輻射摻氟光纖

輻射引發(fā)的常規(guī)光纖額外的光衰減

飛秒激光直寫技術(shù)透過光纖涂敷層刻柵，保留涂敷層阻水優(yōu)良性能

碳涂敷層阻水能力

飛秒激光直寫技術(shù)是全自動(dòng)高效方法

用于準(zhǔn)分布式溫度傳感的高密度弱反射FBG陣列

三、光纖傳感技術(shù)在冶金行業(yè)如何進(jìn)行高溫測溫

1、工況要求

鋼鐵工業(yè)中熱壓板內(nèi)溫度場分布測量

水冷式熱壓板溫度不許超過350 °C

高溫,大面積,連續(xù),實(shí)時(shí),在線監(jiān)測溫度需求

2、解決方案

每條光纖上多達(dá)50個(gè)fsFBG 作為溫度傳感點(diǎn)

整個(gè)監(jiān)測表面可布設(shè)500個(gè)傳感點(diǎn)， 傳感系統(tǒng)可以擴(kuò)展至20路以上

溫度監(jiān)測范圍至 400°C

3、案例

fsFBG溫度傳感系統(tǒng)在冶金行業(yè)的案例：ABB冶金，對冶金軋制過程中的溫度進(jìn)行監(jiān)控

　　審核編輯：湯梓紅