引言
各种温度探测器中应用最广的应属温度探测器，温度探测器的发展从敏感元件测温系统而来，将温度量转换为电量，然后完成温度的测定。之后，模拟集成电路的出现，使温度测试更为方便及简单，最终发展到目前的智能温度测试系统。温度测试的类型也分为多种，有针对高温进行测试、有针对低温进行测试的，当然更多的是针对常温范围进行测试的，例如粮仓实时温度测试等。在众多温度测试方法中，光纤测温网络是适用于大范围、多点位的一种测试技术。其中，光纤布拉格光栅是采用光纤光栅技术完成温度测试的一种重要手段。为了设计制作合适的光纤探头，必须要对光纤探头的加工工艺进行深刻地分析研究，本文就是在讨论多种光纤探头加工方法的基础上，给出了适用于粮仓温度实时监测系统的光纤探头的制作工艺及流程。
1适合大型粮仓温度监测的性能指标
为了设计合适的光纤探头，首先要求掌握大型粮仓温度监测的主要性能指标。对于光纤光栅探测器而言，其涵盖了测试波长、带宽、光纤材料反射率、系统尺寸等多个因素。测试波长是光纤布拉格光栅得到的反射谱中主要波长峰峰位置。该波长随温度变化而改变；带宽指光纤测试系统的响应带宽能力，对于测温要求不同，带宽也不尽相同，精度越高对应的带宽越窄，对于粮温测试中，一般要求±1℃，则其带宽值一般要求0.2~0.3nm，故常采用0.25nm作为使用带宽；光栅长度对测试点的温度测量精度具有重要意义，希望获取越高精度的测试效果，其对应的光栅长度就要求做的越小。对于带宽0.25nm而言，其探测器光栅的尺寸应为1.0cm左右。并且带宽的宽窄还影响到反射率，关系是越窄反射效果越好，；当设计要求光栅反射率优于0.9以上时，还应保证模抑制比高于18dB。
2光纤布拉格光栅的加工工艺
制作光纤探头的加工工艺主要有三种，下面我们将分别介绍三种方式的基本原理及优缺点，从而为粮温实时监测系统提供合适的加工方式。
2.1横向干涉法
横向干涉是利用两束光相干产生干涉条纹后对光纤曝光从而构成光纤光栅的工艺方法。可以通过多种方法实现，例如采用全息相干法获得FBG光栅。其结构与马赫-泽德干涉仪类似，入射光的波长为240.0nm，通过分光后一部分经反射镜进入光纤与原先的参考光相干，从而产生干涉条纹。根据不同的光纤纤芯和折射率的变化分布规律，正弦分布的光纤光栅信息被刻入到光纤探头上。其优点是：克服了纵向驻波法刻入光纤是的限制，故其实现起来方便简单。中心波的变化可以通过设置两束光夹角来完成，当光纤以固定弧度放置于相干场中时，可产生Chirped效果。其缺点是对光源的时空相干性都要求较高，为了获得准确的中心波长，光路设计也需要很高的精度。而全息相干法的曝光时间较长，需要系统平台具有较好的防振性能。
2.2相位掩膜法
相位掩膜法采用相位掩膜器完成光纤光栅的刻入，该掩膜器具有周期为Λ的相对相位光栅，再采用全息曝光或蚀刻技术就能获得相应的光纤探头了，对衍射光束分离得到相位掩膜器。相位掩膜器使其相应的相位光栅为零，并且正负级衍射都是最大值。故当其被紫外光照射时，掩膜器后面可得到Λ/2的衍射条纹，从而得到周期为Λ/2的光纤光栅。同时，入射光对相位掩膜光栅的周期并不干扰，其相位掩膜光栅仅与相位光栅的周期有关，故该技术并不需要很高的相干性。其优点是：不需要高相干性光源，减小了光纤光栅的制作周期。而该技术的缺点是：制作掩膜结构工艺复杂。而低相干光源以及相位掩膜母版的设计成为光纤探头制作的重要过程，而光栅耦合截面需要相位掩膜技术以及扫描曝光系统的配合才能完成，这样引入了更多的不确定误差。
2.3逐点写入法
逐点写入法利用柱面镜将入射光聚焦形成条状，然后在光纤侧面的位置曝光。最终，采用逐点写入的方式将每个需要的位置上进行曝光刻入。光纤以纳米量级进行移动，最后得到整个光纤探头。可在光纤拉制时完成，用激光逐点写入，可以规模化生产，但其缺点是技术难度高，对步进电机精度的要求很高。综上所述，针对粮仓实时温度测试网络中的光纤探头而言，为了提高其普遍性，从而降低成本，应尽量避免采用复杂工艺和难以控制的技术。相比之下，采用相位掩膜法更适用。
3光纤光栅探头
光纤光栅测温技术具有传统测温系统不具备的多项优势，不仅易与探测传输、光谱特性优、低功耗等，且可以波长编码实现波分复用。在单根光纤上复合多组光纤光栅探头，从而实现一线代多点的大范围测试性能。实际应用中光纤光栅探头具有较强的强度和寿命，经特殊封装后还能提高其灵敏度。采用较高分辨率的解调仪及激光器可以很好地将温度检测精度提高，可以看出，该技术具有很好的发展前景。
4总结
本文在分析了国内外大型粮仓储粮方法及作用的基础上，给出了应用于各种温度测试的技术方法，通过对不同测温方法的比较和分析，总结了各个技术在测温领域的优缺点，并最后得出了采用光纤布拉格光栅测温技术相比之下具有重要的应用前景。
作者：阚晓婷 刘智超 赵世萍 单位：长春理工大学光电信息学院 长春理工大学光电工程学院
