布拉格光纖光柵FBG(Fiber Bradd Grating)傳感器是近年來發(fā)展起來的新型光纖傳感器。布拉格光纖光柵傳感器的基本原理是在光纖纖芯內(nèi)制成折射率周期分布的光柵區(qū)，如下圖所示，特定波長的光波在這個(gè)區(qū)域內(nèi)將被耦合到反向傳輸?shù)幕Ｖ小ragg中心波長由光柵的周期和纖芯模的有效折射率所決定。
若將光柵區(qū)用作傳感區(qū)，當(dāng)被測物質(zhì)溫度、結(jié)構(gòu)或是位置發(fā)生變化時(shí)，光柵的周期和纖芯模的有效折射率將會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，從而改變Bragg中心波長。通過光譜分析儀或是其他波長解調(diào)技術(shù)對反射光的Bragg波長進(jìn)行檢測，就可以獲得待測參量的變化情況。布拉格光纖光柵反射原理如下圖所示。
光纖光柵屬于反射型工作器件，當(dāng)光源發(fā)出的連續(xù)寬帶光通過傳輸光纖射入時(shí)，它與光場發(fā)生耦合作用，對該寬帶光有選擇地反射回相應(yīng)的窄帶光，并沿原傳輸光纖返回，其余寬帶光則直接透射過去。布拉格光纖光柵測量原理如下圖所示。
反射回的窄帶光的中心波長值隨著作用于光纖光柵的溫度而發(fā)生線性變化，從而使光纖光柵成為性能優(yōu)異的溫度測量敏感元件。
透射過去的剩余寬帶光可以繼續(xù)傳輸給其他具有不同中心波長的光纖光柵陣列，其中相應(yīng)中心波長的窄帶光系列將被逐一反射，并全部沿原傳輸光纖返回，由此可實(shí)現(xiàn)多個(gè)光纖光柵傳感器的串接復(fù)用。
布拉格光纖光柵傳感器用途
布拉格光纖光柵傳感器可替代傳統(tǒng)點(diǎn)式感溫探測設(shè)備，應(yīng)用于隧道、地鐵火災(zāi)監(jiān)控，罐體溫度檢測，開關(guān)柜溫度檢測等場合。
布拉格光纖光柵傳感器特點(diǎn)
1、技術(shù)先進(jìn)，不是簡單地使用光纖直接進(jìn)行測量，而是采用世界上較先進(jìn)的光纖數(shù)碼傳感技術(shù)，在石英光纖上制作多個(gè)光柵，封裝保護(hù)后形成光纖傳感鏈，具有極高分辨率。
2、可靠，在國內(nèi)外各領(lǐng)域中的眾多重大工程中得到成功應(yīng)用。
3、完善的產(chǎn)品認(rèn)證，通過中國計(jì)量科學(xué)研究院、國家消防電子產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心、中國電力科學(xué)院、石油和化學(xué)工業(yè)電氣產(chǎn)品防爆質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心等國家權(quán)威機(jī)構(gòu)認(rèn)證。
4、全光型，采用光纖探測，并直接進(jìn)行信號傳輸，現(xiàn)場不需供電，不受電磁干擾和雷擊影響。
5、高精度，在各類光纖傳感器中具有較高的測量精度，指標(biāo)優(yōu)于傳統(tǒng)的測溫傳感器。
6、預(yù)警，可在1s內(nèi)完成上萬個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集，在設(shè)備過熱、火災(zāi)發(fā)生前預(yù)警。
7、無零漂，絕對量測量，光源衰減和線路損耗不影響測量精度。
8、布線簡潔，支持線型、多級星型及混合方式組網(wǎng)，施工快捷，避免了光纖纏繞、迂回方式布線引入的污閃、爬電及高壓侵入等隱患。
9、不降低被監(jiān)測設(shè)備的安全等級，感溫探頭和傳輸光纖具有高絕緣、高耐壓、防爬電、阻燃特性。
10、耐久性好，具有抵抗高溫在內(nèi)的惡劣環(huán)境及化學(xué)侵蝕的能力。
11、信號、數(shù)據(jù)可多路傳輸，便于與計(jì)算機(jī)連接。
12、檢測波長信息，不受接頭損失、線路損耗等因素的影響，對環(huán)境干擾不敏感。
布拉格光纖光柵溫度系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
高壓開關(guān)設(shè)備觸點(diǎn)溫度光纖在線監(jiān)測系統(tǒng)包括：站內(nèi)傳感器和控制室內(nèi)光纖監(jiān)測服務(wù)器，兩者之間由光纜連接。
控制室內(nèi)的監(jiān)測服務(wù)器主要由信號處理主機(jī)和外接顯示器組成，其主要作用是發(fā)送光源，接收、處理和分析光信號，并把光信號轉(zhuǎn)換成溫度數(shù)據(jù)。
站內(nèi)傳感部分主要由光纖光柵傳感器和光分路器構(gòu)成。光纖光柵傳感器是安裝在高壓開關(guān)柜觸頭上，感應(yīng)實(shí)時(shí)溫度的感應(yīng)元件；光分路器負(fù)責(zé)將一路光信號平均分配給多路光通道的設(shè)備；它能夠保證每路高壓開關(guān)柜中的傳感器互相獨(dú)立，不會(huì)相互干擾，提高了系統(tǒng)的安全性。
變電站光纖光柵溫度系統(tǒng)如下圖所示。
技術(shù)參數(shù)
1、溫度傳感器技術(shù)參數(shù)：
測溫分辨率：0.1℃
測溫精度：±0.2℃
測溫范圍：-40~200℃
外形尺寸：36(Ｌ)×6(Ｗ)×5(Ｈ)ｍｍ
封裝形式：能緣耐壓耐高溫導(dǎo)熱材質(zhì)
傳感器出線：絕緣耐壓高溫光纖
2、光纖光柵溫度信號處理主機(jī)技術(shù)參數(shù)
防護(hù)等級：IP5
通道數(shù)：8/16/24/32/40/48/56/64
每通道測溫點(diǎn)數(shù)：40點(diǎn)
測溫精度：±0.5℃
測溫分辨率：0.1℃
所有通道測量時(shí)間：≤1/s
光纜傳輸距離：≥40km
光纜類型：石英單模光纖
工作環(huán)境溫度：-5~45℃
存儲(chǔ)環(huán)境溫度：-20~70℃
存儲(chǔ)濕度：0~95%，無結(jié)露
電源電壓：DC24V
備用電源：在線式UPS電源，供電時(shí)間≥7天
一級報(bào)警溫度：60℃(可通過軟件設(shè)定)
二級報(bào)警溫度：80℃(可通過軟件設(shè)定)
溫升速率報(bào)警：10℃·min-1(可通過軟件設(shè)定)
系統(tǒng)自檢功能：實(shí)時(shí)對光纖光柵感溫火災(zāi)探測器及光纜傳輸線路進(jìn)行斷線故障及信號質(zhì)量自檢
產(chǎn)品比較
與傳統(tǒng)的傳感器相比，光纖傳感器具有很多優(yōu)點(diǎn)：光波不產(chǎn)生電磁干擾，也不怕電磁干擾，能滿足強(qiáng)電磁干擾環(huán)境的要求；光波傳輸介質(zhì)和傳感頭都是硅等半導(dǎo)體材料，其抗腐蝕性強(qiáng)，不易老化。對于大型項(xiàng)目，一次性投入后，使用時(shí)間長，減少了設(shè)備更新的頻率；光纖質(zhì)量輕、體積小，且同一根光纖中允許不同波長的光波共用一個(gè)光路，便于大型傳輸網(wǎng)絡(luò)的搭建。同類產(chǎn)品的比較見下表所列。
光纖光柵解調(diào)儀主機(jī)核心參數(shù)對比
光纖光柵感溫系統(tǒng)接線
光纖光柵感溫系統(tǒng)接線示意如圖所示。
