基本概念和測量原理

溫度測量方法根據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的特性。

FBG（FiberBragg Grating）是近幾年發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、抗電磁力強、安全環保等優點外，還可以實現不同功能的傳感器(如，溫度、應力、加速度、傾斜、壓強、曲率、扭矩、振動、超聲波、電磁場、濃度以及折射率)同時區分測量，克服了傳統傳感器測量成本高、精度低以及多個參量間相互干擾的缺點，非常適合應用到實時監測技術的領域中，十分適用于復雜惡劣的工業現場，如油氣井下、高溫高爐等惡劣的測量環境。

測量原理：FBG溫度傳感器通過測量Bragg波長的漂移實現對被測量的溫度檢測，如圖1所示，溫度的變化會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生變化，當入射光經過Bragg光柵被反射回來，由于受溫度的調制，其反射光的中心波長發生了漂移，其漂移量與溫度、應變存在線性關系，因此，檢測到波長的變化量，就可以求出溫度的大小。

常規I型光纖光柵只能在300℃以下工作，常規FBG并不適用于高溫傳感領域。能在300℃以上長期穩定工作、不發生熱衰減、不論何種機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構發生熔融，從而實現周期性折射率調制。與相比I型FBG，II型FBG的熱穩定性好，具有更好的高溫性能，可在800℃高溫以上長時間使用。但II型FBG也存在一些缺點，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繼續進行過量曝光來獲得，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具有良好的高溫穩定性，可承受800℃以上的高溫，同時制作過程相對簡單，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

機理是周期性紫外光曝光產生的羥基和氟發生化學反應形成*，在高溫熱處理時*從被曝光的纖芯向外擴散造成氟濃度的周期性變化而引起了周期性折射率調制，因此他將這種FBG稱為作再生光柵（化學組分光柵制作）。作再生光柵承受的溫度達到了1200℃左右。再生光纖布拉格光柵是在I型FBG的基礎上制作出來的，制作過程相對簡單，同時也繼承I型FBG的帶寬窄、譜形好、復用能力強等眾多優點。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部結構來實現周期性折射率調制，因而具有較高的高溫穩定性。

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