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一、应变和温度及其传统测量方法

1、监测应变的重大的意义?

• 材料屈服和断裂： 在过大的载荷下的失效

• 材料疲劳：材料在较小的周期性载荷下的失效 (Wöhler 检测) 高周和低周失效

1、结构设计中，测量应力可保证工件的强度，寿命和安全余量；

2、结构和系统运行中，监测应力能探测并避免有害变形

无应变监测的灾害性后果:

传统测量应变及温度的方法有电子应变片测量应变及热电偶测量温度，盘点电子应变片和热电偶的缺点包括：单点测量、并行测量，无法复用；占用空间较大，系统复杂，可靠性低，不足以胜任大面积长距离长寿命监测；带电和电火花风险，无法用于易燃易爆工况；易受电磁场干扰，各类辐射环境下无法长期稳定工作。

1938年发明，把微小的机械应变转换成可测的电阻变化常规温度传感器基于热电原理或者电阻的温度系数

二、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

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。

三、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

• 飞秒激光的非线性光学效应产生极端稳定的，不可擦除的光栅作为传感器件

• 透过涂敷层直写不受损害光纤本身强度

• 灵活制造，对光纤材料，涂敷层材料几乎无要求，柔性制造密集FBG阵列，两FBG距离短可至毫米以下

• 全自动制造，极大提升互换性和经济性

FsFBG的信号的温度稳定性高，可在1000C长时间生存

各类光纤上制造的fsFBG的温度信号稳定

飞秒激光直写技术刻制常规方法无法刻制的特殊光纤，如耐辐射掺氟光纤

辐射引发的常规光纤额外的光衰减

飞秒激光直写技术透过光纤涂敷层刻栅，保留涂敷层阻水优良性能

碳涂敷层阻水能力

飞秒激光直写技术是全自动高效方法

用于准分布式温度传感的高密度弱反射FBG阵列

四、fsFBG传感器在特殊特种环境中的应用——风电行业

案例 风电叶片的固化老化监测

1、风电机叶片生产过程中安装布置光纤传感器

2、光纤传感器采用电信级别SMF-28光纤，聚酰亚胺涂层光纤，性价比高

3、将四路光纤传感器不至于不同的四层

4、在风电机叶片制造过程中保持光纤传感器位置