德国FisensFBG传感器阵列产品特点与用途

德国FiSens FBG传感器阵列技术解析

一、 品牌与产品概述

FiSens GmbH是一家德国的技术型企业，专注于光纤传感领域，其核心产品线之一是光纤布拉格光栅（FBG）传感器阵列。这类产品将多个微型的FBG传感器刻写在同一根光纤的不同位置，并封装于特定的保护结构中（如熔融石英、不锈钢或氧化铝陶瓷毛细管），构成可直接部署的传感链。该设计旨在实现对沿光纤路径分布的应变或温度变化进行多点或准分布式测量，适用于需要空间分辨率的监测场景。产品通常预装标准光纤连接器（如FC/APC），便于与解调设备集成。

二、 主要产品类型

FiSens提供的FBG技术相关产品较为全面，主要包括：

Ø 标准FBG传感器阵列：预封装多FBG点的核心传感产品。

Ø 裸FBG传感光纤：未封装的刻有FBG的光纤，用于高度定制化集成。

Ø 带护套FBG传感光缆：增强机械和环境防护的传感光缆。

Ø 熔融石英毛细管封装FBG阵列：采用熔融石英管保护的阵列，具备较好的化学稳定性和一定的耐温性。

Ø 不锈钢毛细管封装FBG阵列：采用金属管保护的阵列，提供良好的机械强度和屏蔽性。

Ø 氧化铝陶瓷（AC）毛细管封装FBG阵列：采用陶瓷管保护的阵列，侧重高温环境下的温度测量。

Ø FC/APC接口单点FBG传感器：带标准连接器的单FBG传感器。

Ø FiSpec系列FBG解调仪：用于读取、解析FBG波长信号的核心设备，提供光信号输入和数字输出。

三、 主要型号示例

FiSens的产品型号通常反映其关键属性（波长、封装、功能），以下型号：

Ø FSA-850-FS: 工作波长850nm，熔融石英毛细管封装传感器阵列。

Ø FSA-850-SS: 工作波长850nm，不锈钢毛细管封装传感器阵列。

Ø FSA-850-AC: 工作波长850nm，氧化铝陶瓷毛细管封装传感器阵列。

Ø FSA-1550-FS: 工作波长1550nm，熔融石英毛细管封装传感器阵列。

Ø FBG-T-AC: 氧化铝陶瓷封装的高温FBG温度传感器（单点或阵列）。

Ø FS-CAP-FS: 熔融石英毛细管（裸管）。

Ø FS-CAP-SS: 不锈钢毛细管（裸管）。

Ø FS-CAP-AC: 氧化铝陶瓷毛细管（裸管）。

四、 产品介绍与技术参数

1、产品：FBG传感器阵列 (例：FSA-850-FS)

2、简介：FSA-850-FS是在单根光纤上刻写多个（标准或定制数量，通常上限为30个）FBG传感器，并封装在熔融石英毛细管中形成的阵列。每个FBG的位置和间距可根据应用需求定制。该产品主要用于测量沿光纤长度方向分布的应变或温度变化。

3、工作原理：FBG是光纤纤芯折射率被周期性调制的区域。当宽带光源发出的光通过FBG时，满足布拉格条件（λ_B = 2n_eff * Λ）的特定波长光被反射，其余透射。当FBG受到机械应变（ε）或经历温度变化（ΔT）时，其周期Λ和/或有效折射率n_eff发生改变，导致反射的中心波长λ_B产生漂移（Δλ_B）。该漂移量与应变和温度变化呈近似线性关系。通过解调仪精确测量每个FBG的波长偏移量Δλ_B，即可反演出对应点的应变或温度值。传感器阵列通过识别不同位置FBG的波长变化来实现空间分辨测量。

4、技术参数 (以FSA-850-FS系列)：

Ø 工作波长：850 nm (中心波长范围通常为808 - 880 nm)

Ø 单光纤最大FBG数量：30

Ø 单个FBG长度：1 - 2 mm

Ø FBG最小间距：2 mm

Ø 光纤最大总长度：500 m

Ø 典型应变灵敏度：≈ 1 pm/με (在850nm波段)

Ø 典型温度灵敏度：≈ 10 pm/°C (在850nm波段，取决于光纤类型)

Ø 响应时间 (热)：50 - 200 ms (主要受封装毛细管热容和热传导影响)

5、工作温度范围 (熔融石英封装)：

Ø 应变测量：-40°C 至 +250°C (受限于粘接材料等)

Ø 温度测量：-40°C 至 +300°C

Ø 偏振相关波长漂移 (PDW)：< 5 pm (典型值)

Ø 光纤连接器：FC/APC (常见选项)

五、 核心特点

FiSens FBG传感器阵列体现以下技术特点：

1、小尺寸与空间分辨率：单个FBG传感器长度仅为1-2mm，可实现高密度的布点，精确捕捉应变或温度在空间上的梯度变化。

2、本质抗电磁干扰：基于光信号传感和传输，不受射频干扰（RFI）和电磁干扰（EMI）影响，适用于强电磁场环境（如电力设施、电机附近）。

3、高度可配置性：FBG的数量（1至30个）、沿光纤的精确位置、FBG之间的间距（最小2mm）、光纤总长度（可达500m）以及封装保护管的材质（熔融石英/不锈钢/氧化铝陶瓷）均可根据具体应用场景需求进行定制。

4、耐温性能 (特定封装)：尤其是采用氧化铝陶瓷（AC）封装的型号，能够在显著更高的温度环境（例如用于温度测量时可达约+800°C）下保持工作能力。

5、单光纤多点测量：一根光纤集成多个传感点，简化了传感网络的布线和安装复杂度，降低了成本，便于实现长距离分布式或准分布式监测。

六、 主要应用领域

FiSens FBG传感器阵列技术适用于需要长距离、多点或分布式传感能力的领域：

1、结构健康监测 (SHM)：大型土木工程结构（桥梁、大坝、高层建筑、隧道）、复合材料结构（风力发电机叶片、飞机部件）、管道与管廊的长期应变和温度分布监测，评估结构完整性、载荷状态及损伤。

2、工业过程与设备监控：大型旋转机械（发电机、电动机、涡轮机）的温度分布监测与热点检测；压力容器、反应釜的过程温度监控；关键机械部件的应变状态监测（如轴承、齿轮箱）。

3、能源基础设施监测：高压电力电缆的分布式温度传感（DTS），用于载流量动态监测和热点定位；石油天然气输送管道的温度与应变监测，辅助泄漏检测和管道完整性管理；地热井监测。

4、交通运输：航空航天器（机身、机翼、起落架）结构应变与温度监测；铁路轨道（钢轨应力、道岔状态）监测；车辆（测试与运行中部件）应变分析。

5、科研与材料测试：材料科学中材料特性（如热膨胀系数、固化收缩）研究；模型试验（地质力学、土木模型）中的多点应变温度测量；生物医学研究中的微创传感（需特殊生物相容封装）。