布拉格光纖光柵FBG(Fiber Bradd Grating)傳感器是近年來發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制成折射率周期分布的光柵區，如下圖所示，特定波長的光波在這個區域內將被耦合到反向傳輸的基模中。Bragg中心波長由光柵的周期和纖芯模的有效折射率所決定。



若將光柵區用作傳感區，當被測物質溫度、結構或是位置發生變化時，光柵的周期和纖芯模的有效折射率將會發生相應的變化，從而改變Bragg中心波長。通過光譜分析儀或是其他波長解調技術對反射光的Bragg波長進行檢測，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，當光源發出的連續寬帶光通過傳輸光纖射入時，它與光場發生耦合作用，對該寬帶光有選擇地反射回相應的窄帶光，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生線性變化，從而使光纖光柵成為性能優異的溫度測量敏感元件。

透射過去的剩余寬帶光可以繼續傳輸給其他具有不同中心波長的光纖光柵陣列，其中相應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，由此可實現多個光纖光柵傳感器的串接復用。

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點式感溫探測設備，應用于隧道、地鐵火災監控，罐體溫度檢測，開關柜溫度檢測等場合。

布拉格光纖光柵傳感器特點
1、技術先進，不是簡單地使用光纖直接進行測量，而是采用世界上較先進的光纖數碼傳感技術，在石英光纖上制作多個光柵，封裝保護后形成光纖傳感鏈，具有極高分辨率。
2、可靠，在國內外各領域中的眾多重大工程中得到成功應用。
3、完善的產品認證，通過中國計量科學研究院、國家消防電子產品質量監督檢驗中心、中國電力科學院、石油和化學工業電氣產品防爆質量監督檢驗中心等國家權威機構認證。
4、全光型，采用光纖探測，并直接進行信號傳輸，現場不需供電，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，指標優于傳統的測溫傳感器。
6、預警，可在1s內完成上萬個監測點的數據采集，在設備過熱、火災發生前預警。
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，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、不降低被監測設備的安全等級，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，具有抵抗高溫在內的惡劣環境及化學侵蝕的能力。
11、信號、數據可多路傳輸，便于與計算機連接。
12、檢測波長信息，不受接頭損失、線路損耗等因素的影響，對環境干擾不敏感。

布拉格光纖光柵溫度系統結構
高壓開關設備觸點溫度光纖在線監測系統包括：站內傳感器和控制室內光纖監測服務器，兩者之間由光纜連接。

控制室內的監測服務器主要由信號處理主機和外接顯示器組成，其主要作用是發送光源，接收、處理和分析光信號，并把光信號轉換成溫度數據。

站內傳感部分主要由光纖光柵傳感器和光分路器構成。光纖光柵傳感器是安裝在高壓開關柜觸頭上，感應實時溫度的感應元件；光分路器負責將一路光信號平均分配給多路光通道的設備；它能夠保證每路高壓開關柜中的傳感器互相獨立，不會相互干擾，提高了系統的安全性。

變電站光纖光柵溫度系統如下圖所示。



技術參數
1、溫度傳感器技術參數：
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：能緣耐壓耐高溫導熱材質
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技術參數
防護等級：IP5
通道數：8/16/24/32/40/48/56/64
每通道測溫點數：40點
測溫精度：±0.5℃
測溫分辨率：0.1℃
所有通道測量時間：≤1/s
光纜傳輸距離：≥40km
光纜類型：石英單模光纖
工作環境溫度：-5~45℃
存儲環境溫度：-20~70℃
存儲濕度：0~95%，無結露
電源電壓：DC24V
備用電源：在線式UPS電源，供電時間≥7天
一級報警溫度：60℃(可通過軟件設定)
二級報警溫度：80℃(可通過軟件設定)
溫升速率報警：10℃·min^-1(可通過軟件設定)
系統自檢功能：實時對光纖光柵感溫火災探測器及光纜傳輸線路進行斷線故障及信號質量自檢

產品比較
與傳統的傳感器相比，光纖傳感器具有很多優點：光波不產生電磁干擾，也不怕電磁干擾，能滿足強電磁干擾環境的要求；光波傳輸介質和傳感頭都是硅等半導體材料，其抗腐蝕性強，不易老化。對于大型項目，一次性投入后，使用時間長，減少了設備更新的頻率；光纖質量輕、體積小，且同一根光纖中允許不同波長的光波共用一個光路，便于大型傳輸網絡的搭建。同類產品的比較見下表所列。

光纖光柵解調儀主機核心參數對比



光纖光柵感溫系統接線
光纖光柵感溫系統接線示意如圖所示。