管式光纤光栅高温传感器封装及温度特性

任 越,张钰民,钟国舜,宋言明,孟凡勇

(1.北京信息科技大学 光电信息与仪器北京市工程研究中心,北京 100016；2. 北京信息科技大学 光电测试技术与北京市重点实验室,北京 100192；3.中国电子科技集团公司第十一研究所,北京 100015)

1 引 言

电力系统、石油化工、航天航空等领域的温度监测至关重要,传统的温度传感器在复杂的测温环境中易受电磁干扰和恶劣环境的损害,不利于长期稳定工作[1-3]。光纤光栅是一种结构紧凑的传感元件,相对传统的电类传感器而言,它具有抗电磁干扰、耐腐蚀、体积小、重量轻、可多路复用等优点,适合于恶劣环境下的长期监测[4-6]。

光纤光栅的有机物涂覆层无法长时间存在于300 ℃以上的高温环境,抗剪切能力差,使用时需要对传感器进行特殊的结构设计和封装保护[7-10],因此国内外研究人员开展了大量封装技术的研究工作。詹亚歌等人[11]采用线性膨胀系数不同的两种金属和光纤光栅组成传感头,将温度转化为应变进行测量,可以实现0～500 ℃的测量,但是该传感器响应速度较慢。王宏亮等人[12]选用Ni基恒弹合金作为光纤光栅的基底材料和耐高温耐腐蚀的胶封装,实现了0～315 ℃的测量范围和0.02 nm/ ℃的温度灵敏度。饶春芳等人[13]研究了镀镍光纤光栅的温度传感特性,温度测量极限可以达到300 ℃,但是镀镍过程中产生的残余应力使得回程误差较大。张智禹等人[14]利用绝热材料对栅区封装,制作了一种耐高温光纤光栅温度传感器,温度灵敏度为0.005 nm/ ℃,测量温度可达310 ℃。……