基本概念和测量原理

温度测量方法根据温度传感器的使用方式，通常分为接触法测温与非接触法测温两类，如表1所示。表2是常用测量温度的种类及对应的特性。

FBG（FiberBragg Grating）是近几年发展迅速的光纤无源器件之一。利用FBG制作的传感器除了具有普通光纤传感器体积小、灵敏度高、带宽大、抗电磁力强、安全环保等优点外，还可以实现不同功能的传感器(如，温度、应力、加速度、倾斜、压强、曲率、扭矩、振动、超声波、电磁场、浓度以及折射率)同时区分测量，克服了传统传感器测量成本高、精度低以及多个参量间相互干扰的缺点，非常适合应用到实时监测技术的领域中，十分适用于复杂恶劣的工业现场，如油气井下、高温高炉等恶劣的测量环境。

测量原理：FBG温度传感器通过测量Bragg波长的漂移实现对被测量的温度检测，如图1所示，温度的变化会引起光纤光栅的栅距和折射率的变化，从而使光纤光栅的反射谱和透射谱发生变化，当入射光经过Bragg光栅被反射回来，由于受温度的调制，其反射光的中心波长发生了漂移，其漂移量与温度、应变存在线性关系，因此，检测到波长的变化量，就可以求出温度的大小。

常规I型光纤光栅只能在300℃以下工作，常规FBG并不适用于高温传感领域。能在300℃以上长期稳定工作、不发生热衰减、不论何种机理形成的光纤光栅均可称为高温光纤光栅。常见高温光纤光栅有II型光纤光栅、IIA型光纤光栅、特殊掺杂光纤上的光纤光栅、再生光纤布拉格光栅、特殊写入方法的LPG。

（1）II型光纤光栅

II型FBG一般是采用高能量紫外激光脉冲或飞秒激光脉冲来制作，其机理是在光纤纤芯／包层界面引起损伤或使光纤中的玻璃晶格结构发生熔融，从而实现周期性折射率调制。与相比I型FBG，II型FBG的热稳定性好，具有更好的高温性能，可在800℃高温以上长时间使用。但II型FBG也存在一些缺点，比如需要高功率激光器、制作成本高，另外，它的反射谱带宽大、透射谱短波损耗大，也一定程度上限制了测量分辨率和波分复用能力。

（2）IIA型光纤光栅

II A型FBG一般是通过对I型FBG继续进行过量曝光来获得，II A型FBG的高温性能介于I型和II型FBG之间，可承受500～700℃的高温，对激光器的要求也相对较低，只是制作周期比较长。

（3）特殊掺杂光纤上的光纤光栅

在一些掺杂特殊离子(锡Sn4+、锑Sb3+、铟In3+、铋Bi3+)光纤，特殊掺杂光纤上的FBG具有良好的高温稳定性，可承受800℃以上的高温，同时制作过程相对简单，但需要使用特殊掺杂的光纤，一定程度上增加了器件的成本。

（4）再生光纤布拉格光栅

机理是周期性紫外光曝光产生的羟基和氟发生化学反应形成氟化氢，在高温热处理时氟化氢从被曝光的纤芯向外扩散造成氟浓度的周期性变化而引起了周期性折射率调制，因此他将这种FBG称为作再生光栅（化学组分光栅制作）。作再生光栅承受的温度达到了1200℃左右。再生光纤布拉格光栅是在I型FBG的基础上制作出来的，制作过程相对简单，同时也继承I型FBG的带宽窄、谱形好、复用能力强等众多优点。再生光栅也有一些与其他类型高温光栅一样的不足之处，主要是反射率偏低，长时间退火后引起光纤变脆易断。

（5）特殊写入方法的LPG

见的紫外光写入法外，还有飞秒激光写法、C02激光局部加热写入法、电弧放电法等其它途径。这些方法通过局部周期性加热或损伤光纤内部结构来实现周期性折射率调制，因而具有较高的高温稳定性。

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