在工业生产与科研探索中，极端温度环境（如 – 200℃以下的超低温、500℃以上的超高温）并不罕见。在这些极端温度环境中进行设备检测，传统电声传感器明显力不从心，高温易导致电路烧毁、元件老化，低温则会引发信号传输卡顿、灵敏度骤降。
极端低温环境下的设备检测一般采用光纤声发射传感器进行安全检测，光纤声发射传感器是无电检测器件，耐温性强，在超高温和超低温环境中都能正常工作。
在航天器热防护系统测试、液态氢储运监控等场景中，光纤声发射传感器正突破传统检测技术的物理边界。其石英光纤材质可耐受-269℃至800℃的极端温域，通过光信号调制原理实现非接触式检测，既避免了电火花引爆氢气的风险，又解决了低温冷焊导致的信号中断问题。如在火箭发动机试车台监测中，该技术能精准捕捉3000℃燃气流冲击下的结构微裂纹声发射信号，为航天器可靠性评估提供不可替代的数据支撑。
一、极端温度为何不适宜使用传统电声传感器
传统电声传感器（如压电式、电容式传感器）在极端温度下的缺陷：
- 超高温环境（＞500℃）：传统传感器的金属导线、压电陶瓷元件易出现热膨胀变形，甚至熔融损坏；电路系统在高温下会发生绝缘层老化、信号干扰加剧，导致数据失真率超过 30%，无法满足精准监测需求。
- 超低温环境（＜-100℃）：低温会导致传统传感器的压电材料极化强度下降，信号输出幅度骤减；同时，金属导线的电阻会随温度降低而增大，信号传输损耗增加，甚至出现 “信号中断”。在 LNG（液化天然气）储罐监测中，传统传感器在 – 162℃的低温下，灵敏度会下降 50% 以上，无法及时捕捉储罐泄漏引发的微弱声发射信号。
光纤声发射传感器以 “光信号” 为传输载体，核心元件（如光纤光栅、干涉仪）采用石英玻璃等耐温材料，可在 – 270℃~1200℃的温度范围内保持稳定性能，从根本上突破了传统传感器的温度限制。
二、超高温检测场景
超高温环境是光纤声发射传感器的主要应用场景之一，尤其在能源、航空航天、冶金等行业，其应用已从 “实验室验证” 走向 “规模化落地”。
1. 能源领域
在火力发电站，锅炉管壁长期处于 400℃~600℃的高温环境中，若出现管壁腐蚀、裂纹扩展，可能引发爆管事故，导致停机损失。过去采用传统传感器监测时，需在锅炉外设置复杂的冷却系统，且监测范围有限；而光纤声发射传感器可直接嵌入锅炉管壁附近，无需冷却装置，通过捕捉管壁裂纹扩展时产生的微弱声发射信号（频率多在 10kHz~1MHz），实时判断损伤程度。
某国内大型火电厂的应用数据显示：部署光纤声发射传感器后，锅炉管壁裂纹的预警提前量从传统的 2 小时延长至 8 小时，爆管事故发生率降低 60%，每年减少停机损失超千万元。
在核电领域，反应堆堆芯周围温度可达 800℃以上，且存在强辐射环境。传统传感器的金属元件易受辐射影响而失效，而光纤声发射传感器的石英光纤具有抗辐射特性，可用于监测堆芯压力容器的焊缝裂纹、燃料棒包壳破损。目前，我国第三代核电技术 “华龙一号” 已在部分关键部位试点应用该技术，监测数据准确率达 98% 以上。
2. 航空航天领域
航空发动机燃烧室温度高达 1500℃~2000℃，涡轮叶片在高速旋转中承受高温与高压双重载荷，易出现疲劳裂纹。传统传感器无法承受如此高温，只能通过间接参数（如油耗、转速）判断健康状态，预警滞后性强。
而光纤声发射传感器可通过 “嵌入式安装”，直接贴合涡轮叶片表面：当叶片出现微小裂纹时，裂纹扩展会产生高频声发射信号（＞1MHz），传感器通过光信号的相位变化捕捉该信号，再经解调系统转化为损伤数据。某航空制造商的测试数据显示：该技术可检测到叶片上 0.1mm 的微裂纹，预警提前量比传统方法提升 3 倍，为发动机检修争取了关键时间。
在火箭推进系统中，燃料燃烧温度可达 3000℃以上，喷管内壁易因高温烧蚀出现损伤。光纤声发射传感器可与喷管的耐高温陶瓷涂层结合，实时监测烧蚀过程中产生的声发射信号，判断喷管的剩余寿命。目前，该技术已在我国新一代运载火箭的地面测试中应用，为火箭发射的安全性提供了重要保障。
三、超低温场景
超低温环境（如 LNG 存储、极地科考、超导实验）同样需要精准的声发射监测，而光纤声发射传感器的耐低温特性，可以完全替代传统的电声传感器。
1. LNG 储罐泄漏探测
LNG（液化天然气）的存储温度为 – 162℃，储罐若出现微小泄漏，不仅会造成能源浪费，还可能引发爆炸事故。传统传感器在 – 162℃的低温下，会出现信号漂移、灵敏度下降等问题，无法精准捕捉泄漏产生的微弱声发射信号（泄漏时的气泡破裂会产生 1kHz~10kHz 的声信号）。
光纤声发射传感器采用耐低温的石英光纤，在 – 196℃（液氮温度）下仍能保持稳定性能：通过在 LNG 储罐的内壁、管道接口处布置传感器阵列，可实时监测泄漏产生的声发射信号，并通过信号的传播时间差定位泄漏点，定位精度可达 1 米以内。某沿海 LNG 接收站的应用案例显示：部署该系统后，LNG 泄漏的检测响应时间从传统的 10 分钟缩短至 10 秒，泄漏量检测下限从 50L/h 降至 5L/h，大幅提升了存储安全。
2. 极地科考与超导领域
在极地科考中，科考站的供暖管道、设备外壳长期处于 – 60℃~-80℃的低温环境，易因低温冻胀出现裂纹。传统传感器的金属导线在低温下易变脆断裂，而光纤声发射传感器的光纤材质柔韧性强，可沿管道、设备表面铺设，实时监测冻胀引发的结构损伤。
在超导实验领域，超导磁体的运行温度需维持在 – 269℃（液氦温度）左右，若磁体出现局部失超（温度突然升高），会产生声发射信号。光纤声发射传感器可嵌入超导磁体的绝缘层中，捕捉失超过程中的声信号，提前预警磁体故障。目前，该技术已在我国合肥同步辐射实验室的超导磁体监测中应用，有效避免了因失超导致的设备损坏。
四、如何使用光纤声发射传感器
下图光纤声发射传感器使用示意图。
从光纤声发射传感器使用示意图可以看出，仅需将原压电陶瓷传感器替换为光纤传感器，系统其余组件（包括采集卡、前置放大器及分析软件）均保持原有架构。
