光纤传感器和光纤Bragg光栅(FBG)传感器
1、光纤Bragg光栅 (FBG)技术优势
光纤传感器 | 电学传感器 |
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串行测量,可复用 | 并行测量,无法复用 |
多点测量 | 单点测量 |
轻小 | 占用空间大 |
易部署,可贴表,可植入,可集成 | 系统复杂,可靠性低,布线复杂化学稳定 |
机械强度高,长寿命 | 金属易氧化 |
免受电磁干扰和辐射影响 | 易受电磁场干扰,辐射下无法测量 |
无源器件无电火花 | 带电和电火花易燃易爆风险,绝缘问题 |
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。
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
FsFBG的信号的温度稳定性高,可在1000C长时间生存