藍(lán)寶石光纖高溫測量技術(shù)進(jìn)展

王楠楠，師鈺璋，王高，周漢昌，熊季軍，梁海堅,劉爭光

(1.中國航發(fā)貴陽發(fā)動機設(shè)計研究所，貴州 貴陽 550000；2.測試研究所，山西 太原 030051；3. 中北大學(xué)信息與通信工程學(xué)院，山西 太原 030051)

0 引言

溫度是體現(xiàn)物質(zhì)狀態(tài)的重要參數(shù)之一，它的準(zhǔn)確測量在科學(xué)研究、軍事、航空及工業(yè)生產(chǎn)中都具有十分重要的意義。在工業(yè)上，冶金行業(yè)雙輥鑄軋生產(chǎn)中，熔池中鋼水的溫度直接會影響到鋼坯的質(zhì)量，必須準(zhǔn)確快速地測量出熔池中鋼水的溫度；軍事上，對炮筒、槍膛等內(nèi)部溫度的監(jiān)測，以及對爆炸時產(chǎn)生的火焰溫度測量，火焰溫度高、沖擊力大、持續(xù)時間短，都增加了測溫的困難；航空領(lǐng)域中，燃燒效率是航空發(fā)動機最重要的技術(shù)指標(biāo)之一，對發(fā)動機內(nèi)部溫度的實時監(jiān)測是保障發(fā)動機高效率穩(wěn)定運行的必要技術(shù)手段，溫度傳感技術(shù)特別是高溫傳感技術(shù)在航空航天領(lǐng)域具有十分重要的作用[1]；化工領(lǐng)域，溫度不僅會影響到化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的效率，而且對化學(xué)過程的溫度監(jiān)測也十分重要，稍有不慎，就會給操作人員和財產(chǎn)帶來損害?？傊?，這些領(lǐng)域的測溫環(huán)境都十分惡劣，對傳統(tǒng)的測溫材料及測溫方法提出了挑戰(zhàn)。

傳統(tǒng)熱電偶在高溫環(huán)境下抗腐蝕能力差、抗電磁干擾性能差、壽命短、消耗大(探頭為一次性，每次測量后必須更換探頭)、體積大、響應(yīng)速度較低、不能連續(xù)或高頻率測溫、測溫范圍小、測量精度低等。市面上使用最多的鉑銠合金熱電偶，由于鉑銠合金稀缺，而使得熱電偶的成本很高，且鉑、銠在高溫環(huán)境下極易氧化。最新的銥銠合金測溫方法，國內(nèi)沒有標(biāo)準(zhǔn)，且這些金屬依然十分昂貴，限制了使用。另一種比較常見的非接觸式紅外測溫方法，易受環(huán)境因素的影響，限制了其在惡劣環(huán)境中的應(yīng)用。

陶瓷等非金屬是優(yōu)良的測溫材料。藍(lán)寶石單晶光纖物理化學(xué)性能穩(wěn)定，熔點高達(dá)2045 ℃，具有良好的光傳輸性能，800 nm以上的紅外波段藍(lán)寶石單晶具有接近90%的透射率，對近紅外和紅外光的傳輸損耗較小，已有報道用于熱輻射傳感[2]。制作成的藍(lán)寶石光纖在1800 ℃，仍有很強的機械性，滿足高溫惡劣環(huán)境測量溫度的需求[3]，且具有良好的聲傳輸性能。基于以上優(yōu)點，藍(lán)寶石單晶光纖成為測量高溫的良好材料，在測溫領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。本文介紹了利用藍(lán)寶石單晶光纖進(jìn)行溫度測量的幾種方法，即藍(lán)寶石光纖輻射高溫測試技術(shù)、藍(lán)寶石光纖光柵高溫測試技術(shù)、藍(lán)寶石光纖琺珀高溫測試技術(shù)、藍(lán)寶石光纖超聲波導(dǎo)高溫測試技術(shù)和藍(lán)寶石光纖熒光高溫測試技術(shù)的原理、現(xiàn)狀、優(yōu)缺點及發(fā)展趨勢。

1 藍(lán)寶石光纖溫度傳感技術(shù)

1.1 藍(lán)寶石光纖輻射高溫測試技術(shù)

1.1.1藍(lán)寶石光纖輻射高溫測試技術(shù)原理

輻射測溫是利用黑體熱輻射與溫度的Plank定理來測量物體溫度的方法。

Plank定律給出了輻射場能量密度按頻率的分布，即在一定溫度下，單位面積黑體在單位時間、單位波長間隔內(nèi)及單位立體角內(nèi)輻射量M0為

(1)

式中：λ為物體的輻射波長；Τ為物體的絕對溫度；C1，C2分別為第一和第二輻射常數(shù)，它們的值分別為C1=3.718×10-16Wm2，C2=1.4388×10-2mk。

1.1.2藍(lán)寶石光纖輻射高溫測試技術(shù)進(jìn)展

美國Dils R R 博士于1982年首次研制出藍(lán)寶石單晶光纖輻射高溫計。利用濺射方法，在直徑為0.25 mm、長度為0.05 m的藍(lán)寶石光纖的一端制作了小型黑體腔，在另一端利用普通硅材料光纖進(jìn)行信號的傳輸，將輻射信號傳輸?shù)教綔y器，并且對該藍(lán)寶石單晶光纖輻射高溫計進(jìn)行了單點溫度校準(zhǔn)。該儀器具有高精確度和靈敏度、響應(yīng)速度快的優(yōu)點，測溫范圍達(dá)到600～2000 ℃，可廣泛應(yīng)用于科研和工業(yè)領(lǐng)域。該方法于1988年在美國獲得專利，美國國家標(biāo)準(zhǔn)局將其作為新的溫度測量標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)的630～1064 ℃[4]。

圖1 藍(lán)寶石單晶光纖輻射高溫計

1989年1月，清華大學(xué)周炳琨等人申請了光纖黑體腔溫度傳感器專利。專利指出,傳感器結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠、體積小、成本低，測量范圍為400～1300 ℃，靈敏度可達(dá)0.1 ℃，空間分辨力為幾百微米，響應(yīng)時間達(dá)毫秒量級[5]。

1997年，藍(lán)寶石單晶光纖高溫儀由浙江大學(xué)葉林華、沈永行等人首次研制成功，分析了藍(lán)寶石光纖高溫傳感頭特性。測溫范圍為800～1700 ℃，測溫精度在1000 ℃時達(dá)到0.2%，分辨力為1 ℃，已經(jīng)應(yīng)用于爐膛溫度監(jiān)測[6]。

2001年，華南理工大學(xué)王洪開發(fā)出一種基于黑體輻射原理的新型藍(lán)寶石高溫光纖傳感器和光纖溫控儀，儀器測溫范圍為600～1800 ℃，分辨力優(yōu)于0.1 ℃，空間分辨力達(dá)到1.5 cm，可用于科研及工業(yè)生產(chǎn)中特殊環(huán)境條件下的溫度測量[7]。

2004年，中北大學(xué)的周漢昌、王高等人利用藍(lán)寶石光纖、錐形高溫光纖等研制了瞬態(tài)高溫測試系統(tǒng)，動態(tài)響應(yīng)時間小于30 ms，誤差為1%，能在惡劣環(huán)境下對1200～2000 ℃的瞬態(tài)高溫進(jìn)行測量[8]，并且在鍍膜材料、電路處理、校準(zhǔn)、工程應(yīng)用等方面進(jìn)行了更為深入的研究。

近年來，中國航空航天動力研究院[9]、南京師范大學(xué)[10],北京長城計量測試技術(shù)研究所[11]等單位也對藍(lán)寶石光纖輻射高溫測試技術(shù)進(jìn)行了一定研究和實驗，進(jìn)一步深化了研究。

國外，利用該方法生產(chǎn)的高溫儀已經(jīng)產(chǎn)品化，Accufiber[12]等公司已經(jīng)生產(chǎn)出了應(yīng)用在燃?xì)廨啺l(fā)動機、渦輪發(fā)動機等高溫環(huán)境下的藍(lán)寶石光纖溫度儀。

1.1.3優(yōu)缺點與發(fā)展趨勢

藍(lán)寶石光纖輻射高溫測試技術(shù)的優(yōu)點：①環(huán)境適應(yīng)性強，適合各種環(huán)境，穩(wěn)定性好，壽命長；②符合普朗克定律，可以單點標(biāo)定保證全量程測量不確定度；③量程高，藍(lán)寶石光纖熔點為2045 ℃，可長期工作在1900 ℃的環(huán)境，瞬態(tài)可達(dá)2000 ℃；④響應(yīng)速度比較快。缺點：①量程下限比較高，一般在400 ℃，與光纖直徑、傳輸損耗、探測器靈敏度有關(guān)；②系統(tǒng)相對比較復(fù)雜，制作工藝也比較復(fù)雜；③信號與溫度關(guān)系為非線性；④成本較高，推廣困難，適合特殊應(yīng)用場合。

隨著氧化鎂、氧化鋯、氧化鉿等高溫透明陶瓷和單晶發(fā)展，超高溫單晶光纖輻射測試技術(shù)測溫上限有望超過2000 ℃，達(dá)到2700 ℃,但測溫下限也有待拓展。

1.2 藍(lán)寶石光纖光柵高溫測試技術(shù)

1.2.1藍(lán)寶石光纖光柵高溫測試技術(shù)原理

在相位掩膜技術(shù)基礎(chǔ)上，利用飛秒激光器將布拉格光柵寫入藍(lán)寶石光纖中。寬帶光源發(fā)出的寬帶光譜入射到光纖布拉格光柵后，滿足布拉格條件的光波被反射，反射回窄帶光譜信號。當(dāng)光纖布拉格光柵所處環(huán)境溫度變化時，反射波長會發(fā)生相應(yīng)的改變，通過對反射回的波長信號進(jìn)行解調(diào)，從而得到待測溫度值。

圖2 布拉格光柵測溫原理

(2)

式中：neff為布拉格光柵的有效折射率；Λ為光柵周期。

1.2.2藍(lán)寶石光纖光柵高溫測試技術(shù)進(jìn)展

1978年，加拿大通信研究中心的Hill K O等人利用488 nm的氬離子激光器，通過將摻雜了鍺的硅材料光纖暴露于強烈的相反傳播的相關(guān)光束下，使光纖纖芯折射率發(fā)生周期性擾動，制造出了一種光纖濾波器，通過實驗得出了濾波器能夠?qū)潭úㄩL的光波進(jìn)行反射，其它波長的光波不受影響的結(jié)論，表面濾波器反射特定光波是因為纖芯折射率的改變，且發(fā)現(xiàn)了其輸出響應(yīng)受到了環(huán)境溫度和機械壓力的劇烈影響，為光纖光柵在測溫領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。在這樣的條件下，制造出了歷史上第一根光纖光柵，且反射率將近達(dá)到100%[13]。

2004年，Grobnic D等人首次報道并在多模藍(lán)寶石晶體光纖中刻寫了反射式布拉格光柵，利用800 nm的飛秒激光和相位掩模的方法，且在溫度為1500 ℃的環(huán)境下，在布拉格光柵諧振過程中，并沒有觀察到反射光信號的衰減和滯后，溫度靈敏度達(dá)到25 pm/℃[14]。

圖3 飛秒激光刻寫的FBG結(jié)構(gòu)

圖4 室溫到1900 ℃藍(lán)寶石光柵光譜

2015年，Habisreuther等人利用刻錄成多模單晶藍(lán)寶石光纖的光纖光柵制造了高溫傳感器，該傳感器有良好的動態(tài)性能，測量1900 ℃的溫度，誤差在2 ℃范圍內(nèi)，分辨力為±2k，并且實現(xiàn)了溫度的監(jiān)測，監(jiān)測頻率20 Hz[15]。

2016年，孫洪波等人利用飛秒激光直寫技術(shù)制備了FBG與LPFG并聯(lián)集成結(jié)構(gòu)和微孔布拉格光柵，F(xiàn)BG周期為1.07 μm，長度為2.4 mm，LPFG刻寫在并聯(lián)FBG偏心1.8 μm的位置，周期為60 μm，長度為2.4 mm。集成的溫度傳感器，F(xiàn)BG溫度靈敏度為12.98 pm/℃，LPFG為10.93 pm/℃，可同時進(jìn)行溫度和折射率的傳感，而微孔布拉格光柵主要是進(jìn)行折射率的傳感[16]。

圖5 集成傳感器結(jié)構(gòu)示意圖

圖6 FBG與LPFG溫度線性圖

2017年，Shuo Yang等人利用脈寬為100 fs紅外激光器將光柵逐點寫入直徑為125 μm的藍(lán)寶石光纖中，然后在330 ℃的環(huán)境中，用酸溶液去蝕刻藍(lán)寶石光纖，將其直徑縮小，最后在高溫爐中以1400 ℃的溫度退火6 h，利用這種方法制成測溫上限為1400 ℃的藍(lán)寶石光纖光柵，其靈敏度達(dá)到26.5 pm/℃，是普通石英光纖光柵的兩倍多[17]。

2018年，王義平等人首次報道了利用飛秒激光逐行寫入技術(shù)，在單晶藍(lán)寶石光纖中寫入光纖光柵，分析了光纖直徑、刻痕長度以及光柵周期數(shù)對光柵反射率的影響，制備出的光纖光柵能夠測試室溫到1612 ℃的溫度，高溫區(qū)靈敏度為36.5 pm/℃[18]。

圖7 飛秒激光逐行掃描制備SFBG技術(shù)

此外，國內(nèi)武漢理工大學(xué)[19]、香港理工大學(xué)[20]等學(xué)校也進(jìn)行了藍(lán)寶石高溫光纖光柵的制備以及高溫傳感的研究.美國Photran和Sapphire Fibers公司已經(jīng)對其展開了廣泛的研究和應(yīng)用。

1.2.3優(yōu)缺點及發(fā)展趨勢

藍(lán)寶石光纖光柵高溫測試技術(shù)優(yōu)點：①精度較高、反應(yīng)迅速、靈敏，可實現(xiàn)瞬態(tài)測量[21]；②具有線性自參考功能，可實現(xiàn)溫度、應(yīng)變等多參數(shù)同時傳感[21]；③可通過并聯(lián)、疊加和級聯(lián)等復(fù)用方式，實現(xiàn)多點、準(zhǔn)分布式光纖傳感[21]；④光源起伏、光纖彎曲損耗、連接損耗和探測器老化等因素不會對傳輸信號構(gòu)成影響[21]。缺點：光以多個模式在藍(lán)寶石光纖中進(jìn)行傳輸，測溫精度提高困難，由于制作光柵需要大功率飛秒激光器，制作系統(tǒng)復(fù)雜、維護困難、成本較高，限制了應(yīng)用。

未來應(yīng)該通過一定方法降低藍(lán)寶石光纖傳輸模式，從而進(jìn)一步提高測溫精度；改善光纖光柵封裝，加長光纖光柵壽命；提高光檢測波長分辨力；進(jìn)行寬光譜、高功率光源研究；消除交叉敏感等[23]。

1.3 藍(lán)寶石光纖法珀高溫測試技術(shù)

1.3.1藍(lán)寶石光纖法珀高溫測試技術(shù)原理

基于多光束干涉原理，光在法珀腔兩反射端面中進(jìn)行反射，形成多光束干涉。當(dāng)外界環(huán)境溫度發(fā)生變化時，將引起藍(lán)寶石的熱膨脹系數(shù)和熱光系數(shù)發(fā)生改變，導(dǎo)致藍(lán)寶石晶片的厚度或折射率發(fā)生變化，進(jìn)而導(dǎo)致兩反射光的光程差發(fā)生改變，最終引起反射光干涉波長發(fā)生移動，對光譜進(jìn)行解調(diào)從而實現(xiàn)對外界環(huán)境溫度的傳感。

圖8 藍(lán)寶石光纖F-P腔

(3)

式中：λdip為法珀腔的中心波長；n為法珀腔反射面之間介質(zhì)的折射率；L為腔長。

1.3.2藍(lán)寶石光纖法珀高溫測試技術(shù)進(jìn)展

最早利用光纖琺珀腔進(jìn)行光纖傳感的是日本大學(xué)T.Yoshino等人在1982年單模光纖中制作了琺珀腔，分析了光纖琺珀腔的機械應(yīng)變、溫度和聲波的傳感特性，利用其成功地進(jìn)行了溫度的監(jiān)測。

1995年，維吉尼亞理工學(xué)院的A.B.Wang教授首次提出外腔(非本征型)法布里-珀羅干涉型藍(lán)寶石光纖高溫傳感器，并研制了基于45°拋光表面貼裝的藍(lán)寶石光纖干涉儀，實現(xiàn)了650℃的溫度測量。2007年，他們又在原來的基礎(chǔ)上，提出了基于藍(lán)寶石片-藍(lán)寶石光纖的白光干涉儀，運用精密的加工方法和算法，實現(xiàn)了1600℃的高溫測量，精度達(dá)到±0.2%，并可實現(xiàn)傳感器的批量制造。

2010年，Wang J等人利用兩段藍(lán)寶石光纖構(gòu)成空氣間隙法珀腔制成EFPI型傳感器，測溫范圍230 ℃到1000 ℃[27];隨后Zhu Y等人通過將藍(lán)寶石光纖端面研磨成45°角的方法，使藍(lán)寶石晶片與藍(lán)寶石光纖平行排列，避免了垂直固定的難度，但對藍(lán)寶石光纖研磨的過程提出了更高的要求[28]。

2015年，上海大學(xué)的Pengfei Chen等人通過棒管熔接的方法制作了特殊的藍(lán)寶石衍生光纖，將其與直徑相同的標(biāo)準(zhǔn)單模光纖熔接，在熔接處形成了空氣腔，空氣腔和藍(lán)寶石衍生光纖的端面一起形成了法珀腔，測溫范圍為室溫到1000 ℃，靈敏度為15.7 pm/℃[29]。

圖9 藍(lán)寶石光纖一端的法珀腔

2017年，武漢理工大學(xué)的Yao，Yi-Qiang等人利用藍(lán)寶石晶片制作法珀腔，形成高溫傳感器，測溫范圍為20～1000℃，該傳感器具有體積小、成本低、制作簡單、重復(fù)性好的特點[30]。

此外，暨南大學(xué)[31]、東北大學(xué)[32]、天津大學(xué)[33]等高校也進(jìn)行了法珀腔高溫傳感器的研究。

1.3.3優(yōu)缺點及發(fā)展趨勢

藍(lán)寶石光纖法珀高溫測試技術(shù)優(yōu)點：①傳感器制作方法簡單，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、成本較低、避免了光纖光柵高溫傳感器制作系統(tǒng)復(fù)雜的問題；②靈敏度高,可通過改變法珀腔腔長實現(xiàn)不同靈敏度要求;③測溫范圍下限較低、克服了光纖輻射型傳感器的低溫區(qū)域測溫限;④分辨力高。缺點：①干涉儀需要能經(jīng)受高溫作用的機械支撐和粘附，所以傳感器的耐溫特性和機械性能都會收到各組件熱膨脹系數(shù)的適配和復(fù)雜的制作工藝的影響；②解調(diào)需要復(fù)雜的快速傅里葉變換解調(diào)技術(shù)；③測溫精度較低、響應(yīng)時間長。

改進(jìn)傳感器的封裝方式，增加穩(wěn)定性，提高溫度響應(yīng)時間和溫度分辨力，縮小傳感器系統(tǒng)尺寸，使之實現(xiàn)微型化；減小噪聲干擾，改善信號解調(diào)；研究F-P腔的規(guī)模化生產(chǎn)工藝、傳感器的特種封裝與現(xiàn)場安裝技術(shù)、傳感系統(tǒng)的長期穩(wěn)定性與可靠性、大規(guī)?，F(xiàn)場應(yīng)用的工藝技術(shù)。

1.4 藍(lán)寶石超聲波導(dǎo)高溫傳感技術(shù)

1.4.1藍(lán)寶石超聲波導(dǎo)高溫傳感技術(shù)原理

超聲波在液體、固體、氣體中傳播時，其聲速與介質(zhì)溫度有固定的函數(shù)關(guān)系。在固體中，當(dāng)溫度升高時，聲速傳播速度減小，且聲速與溫度的單值函數(shù)關(guān)系較好。使用中可通過測量超聲波在待測介質(zhì)中的傳播速度，反演待測溫度。

圖10 藍(lán)寶石超聲波導(dǎo)測溫原理示意圖

將帶有區(qū)截結(jié)構(gòu)的藍(lán)寶石光纖插入待測介質(zhì)中，達(dá)到熱平衡時，通過測量超聲波在區(qū)截和敏感元件端面間的傳播時間得出敏感溫度。

聲速計算公式為

(4)

式中：d為區(qū)截與敏感元件端面的距離；Δt為聲波在區(qū)截與敏感元件端面之間傳輸?shù)臅r間；V(Τ)為敏感元件中超聲波聲速。

1.4.2藍(lán)寶石超聲波導(dǎo)高溫傳感技術(shù)進(jìn)展

120年前，著名的聲學(xué)專家Mayer發(fā)現(xiàn)了聲速與介質(zhì)溫度的平方根成正比的重要結(jié)論。

20世紀(jì)60年代，美國的L.C.Lyn-Nworth等人首次提出超聲脈沖測溫方法，并分別在氣體、液體和固體等介質(zhì)中進(jìn)行了試驗，這些被測介質(zhì)的溫度均達(dá)到1000 K以上[34]。

2012年，愛達(dá)荷州國家實驗室，使用不銹鋼，鉬等材料作為溫度測量元件，使超聲波溫度傳感器在核反應(yīng)堆內(nèi)部溫度。(雖然只有1300 ℃)的測量，但對于超聲波溫度傳感器的材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計等進(jìn)行了詳細(xì)的研究，并對超聲波信號采集和處理等特點進(jìn)行了詳細(xì)的分析，促進(jìn)超聲波溫度傳感器的發(fā)展[35-36]。

2017年，中北大學(xué)王高等人利用長度為340 mm，直徑為0.7 mm藍(lán)寶石光纖制作了超聲溫度傳感器，測溫上限達(dá)到1800 ℃高溫。此傳感器穩(wěn)定性好、響應(yīng)時間快、聲速與溫度線性度好，可以用于測量航空發(fā)動機和工業(yè)高溫爐的溫度測試[37]。

圖11 測得的波形

圖12 超聲波傳播速度隨溫度的變化關(guān)系圖

1.4.3優(yōu)缺點及發(fā)展趨勢

藍(lán)寶石超聲波導(dǎo)高溫傳感技術(shù)優(yōu)點：①檢測范圍廣、測溫上限達(dá)到材料熔點[38]；②靈敏度高、使用方便、響應(yīng)速度快；③精度高、沒有溫漂，不受被測介質(zhì)的顏色、亮度等的影響；④可以應(yīng)用在粉塵、煙霧、有毒氣體以及電磁干擾等環(huán)境下；⑤實時在線連續(xù)溫度測量，便于維護和低成本使工業(yè)遠(yuǎn)程控制和連續(xù)在線測量成為可能。缺點：①傳感器體積較大，測得的溫度值為環(huán)境中的平均溫度；②超聲聲速受到楊氏模量、材料密度、泊松比、材料的非均勻性等因素的影響[39]；③超聲換能器的技術(shù)性能直接影響超聲信號質(zhì)量和信號接收效果，進(jìn)一步影響超聲波傳輸時間的精度測量；④測溫機理比較復(fù)雜，需采用實驗標(biāo)定的方法，對固體結(jié)構(gòu)內(nèi)部超聲聲速與溫度之間的關(guān)系進(jìn)行確定，且無法從機理上解釋熱/聲/固多場耦合特性和內(nèi)部作用機制[39]。

研究適用于超聲測溫的濾波去噪方法，提高超聲信號的信噪比，選取更加合適的敏感元件材料，研究對超聲多回波信號更加精確有效的分析方法。未來利用氧化鎂、氧化鋯等更高熔點的材料制作傳感器，進(jìn)一度提高超聲波導(dǎo)的測溫上限。

2 分析與比較

上面描述了四種光纖測溫方法的國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，本部分對幾種測溫方法的量程、分辨力、相應(yīng)速度和制作工藝等參數(shù)進(jìn)行分析比較，如表1所示。幾種測溫方法各有優(yōu)劣，用戶可參照表格數(shù)據(jù)，結(jié)合自身所做實驗的要求和測溫環(huán)境條件，快速選擇得到最適合的測溫方法。綜上所述，藍(lán)寶石單晶光纖是一種可以長期工作在1800 ℃氧化環(huán)境的高溫傳感器材料。各種方法分辨力都優(yōu)于1%，可以對各種環(huán)境的靜態(tài)溫度進(jìn)行測試。輻射測溫、FBG測溫和超聲波波導(dǎo)測溫可以對航天領(lǐng)域的部分動態(tài)溫度進(jìn)行測試。最后，合理的高溫結(jié)構(gòu)封裝(高溫陶瓷)和高溫校準(zhǔn)技術(shù)也是解決高溫測試難題的關(guān)鍵技術(shù)。各種技術(shù)的工程化應(yīng)用有許多工作可以開展。

表1 幾種測溫方法相關(guān)參數(shù)的分析比較

3 總結(jié)

綜上所述，由于藍(lán)寶石單晶光纖良好的物理、力學(xué)、化學(xué)、光學(xué)及機械特性,在高溫應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)得以應(yīng)用,發(fā)展了幾種測溫方法,各有特色，用戶可根據(jù)測量環(huán)境的具體情況，依據(jù)測溫量程、響應(yīng)速度、分辨力等要求選擇最合適的測溫方法。未來，隨著材料和科學(xué)技術(shù)發(fā)展，可能會出現(xiàn)新的測溫材料(氧化鋯)以及測溫方法(光譜)豐富高溫測試技術(shù),不斷滿足工程需求。