光纤光栅温度传感器：原理与封装全解析

光纤光栅温度传感器：原理与封装全解析

引用

CSDN

1.

https://m.blog.csdn.net/weixin_40704113/article/details/145853855

在高温、高压、强电磁干扰的严苛工业场景中，光纤光栅（FBG）温度传感器凭借安全、抗扰、多节点优势，成为温度监测的优选方案。本文将从物理原理出发，深入探讨光纤光栅温度传感器的工作机制，并介绍其核心技术——封装与解调技术的协同设计，以及在不同行业的应用案例。

物理原理：布拉格波长温度敏感性与解调精度挑战

光纤光栅温度传感依赖于布拉格波长（λ_B）的漂移量Δλ_B与温度变化ΔT的线性关系：

Δλ_B=(α+ξ)λ_BΔT

其中α为光纤热膨胀系数（0.55×10⁻⁶/℃），ξ为掺锗石英光纤的热光系数（6.3×10⁻⁶/℃）。对于1550nm波段FBG，理论灵敏度约10pm/℃，但实际应用中，封装应力、光源稳定性、解调仪分辨率等因素会显著影响测量精度。

图1 FBG温度测试原理图

核心技术闭环：封装与解调协同设计

1.应力解耦封装

采用梯度CTE封装结构：

• 内层：氧化铝陶瓷基板（CTE4.5×10⁻⁶/℃）快速导热；
• 中层：柔性缓冲层吸收封装体与光纤形变应力；
• 外层：316L护套（CTE16.0×10⁻⁶/℃）匹配光纤膨胀系数。

搭配自研解调仪的解耦算法，无需参考光栅即可实现±0.1℃精度。

2.FGI高速光纤光栅解调仪优势

FGI高速光纤光栅解调仪三大突破：

• 波长重复性：±5pm；
• 多通道测试：1/2/4
• 超高速采样率可调：25kHz@（40nm±4nm）；100kHz@（40nm±4nm）；200kHz@（20nm±2nm）；400kHz@（10nm±1nm）；

3.极端环境适配

针对油气井下250℃/100MPa场景，采用316L钢管封装光纤，结合解调仪高温漂移补偿模型，保障传感器在极端环境下的稳定工作。

图2 316L钢管封装

行业赋能：从数据到决策

光纤光栅温度传感器在多个行业都有广泛的应用前景：

• 电力设备热点监测与故障预警：沿绕组嵌装微型FBG温度传感器；
• 油气管道分布式泄漏监测：部署FBG温度传感阵列，感知泄漏点周边温度骤降；
• 轨道交通接触网健康监测：在导线压接点安装FBG温度传感器。