光纤光栅传感器在超导磁体状态监测中的应用

超导磁体是利用超导材料在临界温度以下实现零电阻导电特性的装置，广泛应用于核磁共振成像（MRI）、核聚变装置、粒子加速器、超导储能系统等领域。超导磁体在运行过程中常处于极低温、强磁场和大电流的复杂环境中，其稳定性易受机械应力、热扰动和电磁干扰的影响，严重时可能引发“失超”，即超导态突然转变为正常态，导致磁体损坏甚至系统故障。因此，对超导磁体的温度与应变进行实时、精准的监测至关重要。

图1.超导磁体

（图片来源于网络：高温超导储能磁体关键技术研究获进展_手机新浪网_高温超导体的五大应用场景）

传统监测方法如电压检测法和电阻应变片法，虽有一定效果，但在强电磁环境下易受干扰，且布线复杂、引入热扰动，难以满足高精度、高可靠性的监测需求。光纤光栅传感器作为一种基于波长调制的新型传感技术，因其抗电磁干扰、体积小、重量轻、易于嵌入、可实现多点测量等优势，逐渐成为超导磁体状态监测的有效工具。

FBG传感器通过紫外曝光在光纤纤芯内形成周期性折射率调制结构，其反射中心波长随外界温度或应变的变化而发生偏移。通过监测波长偏移量，可反推出温度或应变的变化情况。与传统的强度调制型传感器相比，FBG传感器不受光源波动和光纤弯曲损耗的影响，具有更高的测量精度和稳定性。

图2.FBG传感器结构示意图（仅供参考）

在超导磁体应用中，FBG传感器已被成功用于高温超导（HTS）和低温超导（LTS）磁体的失超检测与应变监测。例如，研究者将FBG传感器粘贴于YBCO超导带材表面，通过热脉冲触发失超并监测波长变化，验证了其在失超检测中的可行性。此外，FBG通过封装在液氮温度下对应变敏感而对温度不敏感，使其非常适用于低温超导磁体的应变监测。欧洲核子研究组织（CERN）等机构已将FBG传感器用于超导线圈的应变测量，结果与传统电阻应变片一致，且具备更优的集成性和抗干扰能力。

图3.FBG和应变计应用于磁体制造过程监测

(图片来源：《Fiber Optic Cryogenic Sensors for Superconducting Magnets and Superconducting Power Transmission lines at CERN》)

当然，尽管FBG传感器在超导磁体监测中展现出巨大潜力，仍面临一些挑战：如点式测量导致的空间盲区、传感器与带材粘贴工艺对热传递的影响、温度与应变的交叉敏感问题等。未来研究仍需优化传感器封装工艺、开发多参数解耦算法，并探索其在大型超导磁体系统中的集成应用。

光纤光栅传感器以其独特的技术优势，为超导磁体的安全稳定运行提供了新的监测手段，具有重要的研究价值与广阔的应用前景。