邵洪峰：光纤光栅阵列智能感知技术在氢能源领域的应用

8月11日，由世纪新能源网及氢能百人会主办、氢能观察承办的CHEC 2022世纪氢能大会在北京举办。尚宁智感（北京）科技有限公司总经理邵洪峰出席会议并就“光纤光栅阵列智能感知技术在氢能源领域的应用主题进行演讲”。

尚宁智感秉承着“从光纤到家（Fiber To The Home），到光纤进物（Fiber To The Things）”技术理念，经营精密材料、特种光纤、光纤光栅阵列感知系统三大板块产业。同时，公司专注能源相关行业监测需求，为能源行业提供全新的温度、应变变形和结构健康监测系统解决方案，目前有风机叶片结构健康监测、电池储能设施安全检测、氢气储罐结构安全监测、数据中心环境温度监测四项业务。

光纤光栅智能感知技术，具体分为紫外激光直写光纤光栅感测阵列成形技术和光纤光栅阵列高精度温度/应变解调技术。光纤主要由高纯石英玻璃材料构成，是主要用于光通信中的传输媒质，被称为互联网时代的基石，而光栅则是利用光纤材料的光敏特性，用激光照射光纤可以在纤芯中刻写出光纤光栅传感器。

光纤光栅的形成

邵洪峰介绍，光纤光栅本身有一个特性，当一束光从路端注入到这光圈以后，它在满足特定情况经过光栅时会被光栅玻璃反射回来。反射光这个中心波长与光纤的折射率和周期有关。如果这个区域的光栅受到温度或者受到力的，它反射回的光中波长会变化。通过检测反射光的过程变化量，就可以推算出光圈所处位置的温度，或者它的受力和应变。通过已知公式的预算，我们就可以通过简单的波长变化，反推温度的变化量和它的硬件的变化量。这也是尚宁智感产业链的核心技术。

光栅中心波长与栅区的温度和应变之间的关系

会上，邵洪峰为与会来宾介绍了光纤光栅的几项性能测试，并列出详细的筛选数值，使大家对于光纤光栅行业的标准有一定了解：

光纤光栅温度性能标定实验

①升温过程曲线温度灵敏度系数：11.72pm/℃, R-squar 0.9978：

②降温过程曲线温度灵敏度系数：12.09pm/℃, R-squar 0.9991

光纤光栅拉伸强度筛选测试

①光栅拉伸强度筛选条件：9N，12nm，~10000με

②极限拉伸断裂试验：~30N,应变量≥30000με

碳纤维复合光纤光栅拉伸应变标定实验

光纤光栅中心波长与应变线性关系：在0-10000 με的范围内，应变灵敏度系数为1.16 με /pm；相关系数达到0.999以上，线性度良好。

变形测量

光纤光栅阵列直接复合进碳纤维结构件中，用于复合材料成型过程温度监测、结构力学性能检测和结构健康状态长期监测。

尚宁智感变形测量演示视频截图

在详细讲解光纤光栅智慧感知技术原理及相关参数后，邵洪峰表示，光纤具有无源，无发热，本征安全绝缘，耐高温，被动感测，与被测物无交互影响；无电磁辐射，耐电磁干扰，适合复杂电磁环境使用感知单元体积小，可植入结构体内；可多点复用或准分布式测量，信号传输距离远；测量精度高、响应时间短、高带宽等优良特性，在风机叶片应变和缺陷监测、储能设施温度检测、数据中心动环监测等多领域应用广泛。

随后，邵洪峰结合本次大会主题，重点解析植入式光纤智能感知系统在储氢罐中的应用：

1、光纤光栅阵列感知用于储氢罐安全性监测
储氢压力容器是高压气态储氢、低温液化储氢的关键，未来应满足轻量化、高压化、质量稳定和成本低的储氢目标需求。

2、光纤光栅阵列感知系统用于储氢罐安全性监测
高压储氢瓶由于纤维外层、绝热层等导致储氢罐内层无法视觉检测，具有安全风险，邵洪峰介绍，在罐体纤维层内嵌分布式光纤感知元件，可实现对罐体安全性进行预测和报警；在罐体纤维层内嵌光纤感知元件，在固化、疲劳循环和爆破试验期间获取应力、应变和温度测量值，优化未来设计中的材料使用；感知罐体储氢全过程的基础力、热数据，实现客观测量罐体的变形、载荷分布，评价与诊断罐体完好状态，能够实现对罐体安全性进行评价、报警和预测。

最后，邵洪峰针对当前光纤光栅技术情况指出，由于光纤感知具有的无源、绝缘、本征安全、体积小、远距离传输和准分布式测量的特点，能够用于在产、储、运、用等环节的温度监测；各类储运设施的结构健康安全监测以及氢产业个环节技术研发阶段的参数监测，此技术在氢能源行业应用前景十分广阔，也是尚宁智感未来持续发展的领域。

（本文根据嘉宾演讲整理，未经嘉宾审核）