高温光纤传感技术在化工行业中的应用——飞秒逐点直写光纤Bragg光栅（FsFBG）

一、应变和温度及其传统测量方法
传统测量应变及温度的方法有电子应变片测量应变及热电偶测量温度，盘点电子应变片和热电偶的缺点包括：单点测量、并行测量，无法复用；占用空间较大，系统复杂，可靠性低，不足以胜任大面积长距离长寿命监测；带电和电火花风险，无法用于易燃易爆工况；易受电磁场干扰，各类辐射环境下无法长期稳定工作。
二、光纤传感器和光纤Bragg光栅(FBG)传感器

1938年发明，把微小的机械应变转换成可测的电阻变化

常规温度传感器基于热电原理或者电阻的温度系数

1、光纤Bragg光栅（FBG）技术优势

2、另一类光纤传感系统

纤芯内“无“光栅：OTDR
光时域反射法：OFDR
光频域反射法：DTS
分布式温度传感

激光脉冲引入光纤形成一维光学“雷达”，利用纤芯内任何一点的Raman散射/ Rayleigh 散射/ Bouillouin散射获得该点处的温度和应变等动态信息，更密集的连续分布式传感，但取样速率较低，硬件昂贵。
三、飞秒激光逐点直写FBG(fsFBG)传感器及其优势
1、光纤传感应用领域的挑战
(1). 核电站，反应堆，散列中子源，核废料存储装置 (高温，强辐射)
(2). 科学高级光源，同步辐射光源，自由电子激光器 (meV到MeV的电磁辐射)
(3). 燃气轮机，汽轮机，航发，煤炭气液化(高温，高压，反应性腐蚀气体)
(4). 石油勘产(高温，高压，高浓度氢气，水汽)
(5). 航空航天航海高级智能结构 (植入，高温焊接)
(6). 高电压大电流环境下传感 (绝缘，可靠性要求)
(7). 微波和激光消融手术 (高功率瞬时温度冲击)
(8). 手术机器人的体内力学传感
2、常规光纤Bragg光栅（FBG）技术缺陷
(1). 非永久光栅，长时稳定工作温度极限不到300度，不耐核辐射
(2). 制造过程繁琐：剥离-再涂敷，载氢，敏化, 退火, 再生，细芯重掺锗...
(3). 剥离-再涂敷严重损害光纤机械强度，碳涂敷层，Ormocer涂敷层无法再涂敷
(4). 制造过程受掩模板限制缺乏灵活性
(5). 单个光栅点折射率调制低，易退化，光栅长度大。
(6). 在纯石英-，蓝宝石-，氟化物-，硫族光纤无法/难以写入FBG
(7). 单纤FBG阵列受成品率限制价格高昂，或者需熔接
3、飞秒逐点直写光纤Bragg光栅（FsFBG）
新型飞秒激光逐点直写技术高效灵活制造高端 FBG：fsFBG
独有优势