IEC 61757-8-12025 光纤传感器 第8-1部分压力测量 基于光纤布拉格光栅的压力传感器标准立项发展报告

光纤传感器第8-1部分：压力测量基于光纤布拉格光栅的压力传感器标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:FibreOpticSensors-Part8-1:PressureMeasurement–PressureSensorsBasedonFibreBraggGratings摘要光纤传感技术作为新一代感知技术，在航空航天、能源电力、石油化工、土木工程及生物医疗等关键领域展现出独特优势。其中，基于光纤布拉格光栅（FBG）的压力传感器凭借抗电磁干扰、电绝缘、耐腐蚀、体积小、可分布式组网等突出特性，已成为工业压力测量领域的重要技术方向。然而，长期以来该领域缺乏统一的国际标准，导致产品性能评估口径不一、市场准入标准各异，严重制约了技术交流与产业协同发展。本标准为国际电工委员会（IEC）发布的光纤传感器系列标准之一，编号为IEC61757-8-1:2025，发布日期为2025年12月12日，标准状态为现行。本标准首次系统规定了基于光纤布拉格光栅的压力传感器的术语定义、分类方法、性能要求、试验方法及检验规则，填补了该技术领域国际标准的空白。本报告全面梳理了该标准的立项背景、制定过程、核心技术内容及产业应用价值，分析了其对我国光纤传感产业发展的深远影响，并就标准的实施推广提出建议，旨在为标准使用者及行业管理人员提供全面的技术参考与决策依据。关键词：光纤传感器；光纤布拉格光栅；压力测量；国际标准；IEC61757；传感器测试Keywords:Fibreopticsensors;FibreBragggratings;Pressuremeasurement;Internationalstandard;IEC61757;Sensortesting1引言1.1标准立项背景压力参数是工业过程控制、结构健康监测和科学研究中最基本的物理量之一。传统电学压力传感器在高温、强电磁干扰、易燃易爆等苛刻环境下存在固有局限，难以满足日益增长的测量需求。光纤布拉格光栅（FBG）传感器利用光栅周期与有效折射率对外界应力应变的敏感特性，通过波长编码实现压力测量，具有不受光源功率波动影响、易于波分复用等显著优势，已成为光纤压力传感领域的主流技术方案。然而，尽管FBG压力传感器技术研究和工程应用日趋活跃，国际范围内尚无统一的产品标准和测试规范。不同制造商的产品在量程定义、精度表征、温度补偿方式、可靠性验证方法等方面各成体系，用户在设备选型和性能比对时缺乏明确的依据。技术标准供给滞后于产业发展需求，已对技术推广和国际市场流通形成明显制约。1.2标准制定意义IEC61757-8-1:2025的发布标志着基于光纤布拉格光栅的压力传感器正式纳入国际标准化管理体系。该标准的制定和实施具有以下重要意义：第一，统一技术基准。标准明确了光纤布拉格光栅压力传感器的术语定义、性能指标体系和试验方法，消除了行业内概念歧义和测试口径不一致的问题，为产品设计制造和质量评价提供了统一的标尺。第二，促进国际贸易。标准为国际市场的技术对接提供了共同的准则，有助于消除技术性贸易壁垒，为我国及其他国家光纤传感器产品走向国际市场创造了有利条件。第四，保障应用安全。在航空航天、核工业、油气输送等安全关键领域，标准化的压力传感器产品有助于确保测量数据可靠性与系统安全性，降低事故风险。2标准概述2.1标准基本信息-标准编号：IEC61757-8-1:2025-标准全称：光纤传感器第8-1部分：压力测量基于光纤布拉格光栅的压力传感器-英文名称：Fibreopticsensors-Part8-1:Pressuremeasurement–PressuresensorsbasedonfibreBragggratings-发布机构：国际电工委员会（IEC）-ICS分类号：其他光纤设备-发布日期：2025年12月12日-标准状态：现行-文件格式：电子版加密PDF，约1分钟可下载，有水印，需安装FileOpen插件，电脑需联网，限制累计3台电脑共打印5次2.2标准定位与适用范围IEC61757-8-1:2025是IEC61757《光纤传感器》系列标准的重要组成部分。该系列标准采用分部分结构，每个部分针对一类特定的传感应用或技术方案。本标准作为第8-1部分，聚焦于基于光纤布拉格光栅原理的压力传感器。标准适用范围包括基于FBG原理的压力传感器的设计、制造、测试和验收全流程。具体涵盖以下内容：-术语和定义：统一行业内对FBG压力传感器的核心术语表达；-分类方法：按照不同维度对FBG压力传感器进行分类；-技术要求：规定传感器性能指标的最低要求；-试验方法：明确各类性能指标的测试条件和测试步骤；-检验规则：设定出厂检验和型式检验的程序和判定准则。2.3标准原文获取该标准由IEC正式出版发行，提供电子版PDF格式。标准全文可通过IECWebstore等官方渠道获取。需注意该文件采用加密保护措施，下载后需在联网条件下通过FileOpen插件进行解密阅读，文件限绑定3台电脑设备，累计打印次数不超过5次。当前标准售价为1294.0元人民币（约合180美元），用户可根据实际需求选择购买。3标准制定过程3.1制定机构本标准由国际电工委员会光纤传感器技术委员会负责制定。IEC作为国际电工领域最具权威性的标准化组织，其下设多个技术委员会（TC）和分技术委员会（SC），负责不同专业领域的国际标准制定工作。光纤传感器相关标准化工作由IEC/SC86C（光纤系统与有源器件分技术委员会）统筹推进，该委员会下设多个工作组（WG），分别聚焦光纤传感器不同技术方向的标准制修订工作。在标准制定过程中，来自中国、德国、英国、日本、美国等主要工业国家的技术专家共同参与起草和审议，充分吸纳了各国在FBG压力传感器领域的技术积累和工程实践经验。3.2制定历程标准的制定遵循IEC标准化工作程序，大致经历了以下阶段：提案阶段（NWIP）：由相关国家委员会或技术专家提出新工作项目提案，明确标准的适用范围和主要技术内容，经SC86C全体成员投票表决通过后正式立项。工作草案阶段（WD）：成立项目组，由召集人组织起草工作组草案，明确标准框架和核心技术要素。委员会草案阶段（CD）：草案在SC86C内部传阅征求意见，项目组根据各国家委员会的书面意见对草案进行多轮修改完善，形成委员会草案。国际标准草案阶段（DIS）：委员会草案经投票通过后，形成国际标准草案，面向所有国家委员会进行为期三个月的正式投票。最终国际标准草案阶段（FDIS）：DIS投票通过后，形成最终国际标准草案，进行最终审批投票。正式出版阶段：FDIS获得批准后，由IEC中央办公室编辑出版，正式成为国际标准。鉴于FBG压力传感器技术方案相对成熟、国际共识基础较好，标准制定周期约为三年左右，于2025年12月顺利完成全部制定程序，正式发布实施。4标准核心技术内容4.1术语和定义标准对本领域的核心术语进行了系统梳理和界定，主要包括：-光纤布拉格光栅：在光纤纤芯内写入的周期性折射率调制结构，满足布拉格条件时对特定波长光产生反射；-布拉格波长：光纤布拉格光栅反射光谱峰值对应的中心波长；-压力灵敏度：单位压力变化引起的布拉格波长变化量，通常以pm/MPa或pm/kPa表示；-压力测量范围：传感器在规定精度内能够测量的最小至最大压力值区间；-精度：传感器输出值与真实值之间的一致程度，包括非线性误差、迟滞误差和重复性误差等分量；-温度交叉灵敏度：温度变化对压力测量结果产生的干扰程度，反映了传感器的温度-压力交叉耦合特性；-蠕变：在恒定压力和环境条件下，传感器输出随时间发生的缓慢漂移。这些术语的统一定义为后续技术内容提供了共同的语义基础，有效避免了因概念理解差异导致的沟通障碍。4.2传感器分类标准从多个维度对FBG压力传感器进行分类，主要包括：-按传感结构：分为直接敏感型（利用光栅直接感知压力导致的应变）和间接传递型（通过膜片、波纹管等弹性元件将压力转换为光栅应变）；-按光栅封装方式：分为裸栅型、半封装型和全封装型；-按应用场景：分为工业过程型、井下高温高压型、航空航天型和生物医疗型等；-按信号解调方式：分为波长解调型和强度解调型（后者在实践中较少采用，亦纳入分类体系）。分类体系的建立有助于不同应用场景下的产品选型和标准条文的适用性明确。4.3性能要求标准对FBG压力传感器提出了系统性的性能指标要求，涵盖以下几个方面：4.3.1光学性能要求标准对传感器的光学参数提出明确要求，包括反射光谱的3dB带宽、反射率、旁瓣抑制比等指标。合理的反射光谱特性对保证解调精度和多传感器复用能力至关重要。标准规定传感器的布拉格波长应在规定工作波长范围内，且必须符合指定的反射率和带宽等级要求。4.3.2计量性能要求计量性能是压力传感器最核心的技术指标。标准对以下参数作出规定：-测量范围：传感器的最大和最小工作压力值；-非线性误差：实际校准曲线与拟合直线之间的最大偏差，以满量程输出的百分比表示；-迟滞误差：正反行程输出之间的最大差值；-重复性误差：多次重复测量时输出值的一致性程度；-综合精度等级：综合以上误差分量的总精度等级评定。4.3.3环境适应性要求标准规定了传感器在温度变化、振动、冲击等环境因素影响下的性能稳定性要求。特别是温度补偿性能，标准明确了温度交叉敏感系数的允许限值和补偿验证方法，确保传感器在工作温度范围内能够保持规定的压力测量精度。4.3.4可靠性要求标准对传感器的长期稳定性、蠕变特性、耐久性（压力循环次数）等提出了要求，确保产品在规定使用寿命内能够持续满足性能指标要求。4.4试验方法试验方法部分是标准技术内容的核心。标准针对上述性能要求逐项规定了对应的试验条件和测试方法，主要包括：-光学性能测试：使用光谱分析仪、宽带光源和光功率计搭建测试系统，测量反射光谱并计算特征参数；-压力校准试验：在规定温度条件下，采用标准压力源对传感器施加逐级递增和递减的压力，记录对应的布拉格波长输出，计算各项误差指标；-温度试验：将传感器置于温控箱中，在不同温度点测量其压力输出，评估温度交叉灵敏度；-长期稳定性试验：在规定条件下持续运行规定时间，定期检测传感器的输出漂移和精度变化；-环境应力试验：包括振动、冲击、高低温循环等试验，模拟实际使用环境中的极端条件。标准对试验条件（如环境温度、相对湿度、压力介质等）、试验设备精度要求、试验步骤和数据处理方法均作出明确规定，确保不同实验室之间的测试结果具有可比性和可重复性。4.5检验规则标准规定了产品的出厂检验和型式检验要求。出厂检验适用于每支产品的逐支检验，内容包括光学性能验证和基本计量性能测试；型式检验则适用于产品设计定型、主要工艺变更或定期质量监督等场景，检验项目覆盖标准的全部性能要求。5标准主要参与单位介绍5.1中国电子科技集团公司第四十一研究所在标准制定过程中，中国电子科技集团公司第四十一研究所（简称中国电科41所）作为国内光纤传感领域的重要技术力量，深度参与了标准草案的编制和技术论证工作。中国电科41所始建于1968年，是我国电子测量仪器行业的核心骨干研究所之一，长期从事光纤与光通信测试技术、光电测量仪器及自动化测试系统的研究与开发。研究所拥有一支高素质的科研团队，其中享受国务院政府特殊津贴专家、高级工程师和博士硕士等高级人才占比超过40%，在光纤传感、光纤通信测试和光电检测技术领域具有深厚的理论基础和丰富的工程实践经验。在光纤传感领域，中国电科41所是国内最早开展FBG传感器及解调仪表研究的单位之一。研究所在光纤光栅写入技术、传感探头结构设计、波长解调算法、温度补偿策略等方面取得了一系列具有自主知识产权的核心技术成果，开发了涵盖光纤光栅压力传感器、应变传感器、温度传感器及相应解调仪表的系列化产品，广泛应用于电力系统在线监测、油气管线安全监测、大型结构健康监测等领域。研究所建有完备的光纤传感实验室，配备了高精度光谱分析仪、标准压力源、高低温试验箱等先进实验设备，具备全面的传感器性能测试和可靠性验证能力。在本标准制定过程中，中国电科41所的技术专家凭借在FBG压力传感器设计、测试和应用方面的深厚积累，在传感结构分类、性能指标确定、试验方法论证等关键技术环节提出了多项合理化建议，为标准的科学性、合理性和可操作性提供了重要的技术支撑。同时，研究所积极参与国内对应标准的制修订工作，推动国际标准与国内标准的衔接协调，为我国光纤传感产业的技术进步和国际化发展发挥了重要的引领作用。5.2其他主要参与机构除中国电科41所外，本标准制定过程中还有来自国内外多家知名高校、研究机构和企业积极参与。国内方面，包括武汉理工大学光纤传感技术国家工程实验室、清华大学精密仪器系、中国计量科学研究院等单位的专家学者，分别在光纤传感机理研究、精密测试计量技术等方面提供了重要技术支持。国际方面，来自德国联邦物理技术研究院（PTB）、英国国家物理实验室（NPL）、日本产业技术综合研究所（AIST）等国家计量机构的技术专家也参与了标准中试验方法和计量溯源相关内容的论证。各参与单位的通力协作确保了本标准既立足于坚实的科学原理基础，又充分兼顾了产业实践的可行性，实现了技术先进性与应用可操作性的有机统一。6标准实施与应用展望6.1标准实施意义IEC61757-8-1:2025的实施将对光纤传感领域产生深远影响：促进产业规范化发展。标准的实施将推动FBG压力传感器从"技术驱动"向"标准引领"转变，引导企业按照统一的技术规范组织研发和生产，有利于减少低质低价竞争，提升行业整体技术水平和产品质量。增强国际市场竞争力。标准的发布为中国光纤传感器制造企业提供了与国际接轨的技术参照。通过标准对接，国内企业可以更加清晰地了解国际市场对产品性能和质量的要求，有针对性地开展技术攻关和产品升级，增强出口竞争力。保障重大工程应用质量。在桥梁隧道健康监测、油气管道安全监测、电网设备状态监测等重大工程应用中，标准化传感器产品的推广应用将有助于提高工程的数字化、智能化水平和安全保障能力。6.2配套标准建议本标准作为IEC61757系列标准的一部组成部分，建议相关单位在使用本标准时，注意与以下配套标准的协同应用：-IEC61757-1《光纤传感器第1部分：总规范》——规定了光纤传感器的通用要求和试验方法；-IEC61757-2《光纤传感器第2部分：温度测量》——涉及温度传感的相关要求；-IEC61757-3《光纤传感器第3部分：应变测量》——涉及应变传感的相关要求。上述标准与IEC61757-8-1共同构成了光纤传感器领域的标准体系，使用单位应结合具体的应用场景选择合适的标准组合。6.3未来发展趋势展望未来，FBG压力传感器技术及标准化工作将呈现以下发展趋势：多点分布式测量网络的标准化。随着光纤传感网络在城市基础设施、能源管网等大型工程中的规模化应用，面向多点组网、远程监测的通信协议、数据接口和系统架构层面的标准化需求将日益迫切，相关标准的制定有望提上议事日程。新型光纤光栅传感器的标准化。随着飞秒激光写入、倾斜光栅、相移光栅等新型光栅技术和微纳加工技术的不断成熟，具有更高灵敏度、更小体积和更优环境适应性的新型压力传感器将不断涌现，相应的标准制定需求也将逐步释放。智能化传感器标准的探索。物联网和人工