光纖傳感器及其應用技術(shù)

前言

　　自20世紀70年代美國coming公司制造出第一根低損耗光纖至今，光纖通信技術(shù)從實驗室走向產(chǎn)業(yè)，迅速壯大，并發(fā)展成為年產(chǎn)值逾千億元、當今信息時代的支柱產(chǎn)業(yè)之一。與之相伴生的光纖產(chǎn)業(yè)鏈的另一個分支--光纖傳感技術(shù)產(chǎn)業(yè)，在經(jīng)歷了由零星研究走向集中開發(fā)、由軍用步人民用、由單點監(jiān)測走向分布式網(wǎng)絡監(jiān)測之后，近年來正大踏步地走向產(chǎn)業(yè)騰飛之路?！　∫话阏J為，傳感器的開發(fā)周期為10年，它包括基礎(chǔ)實驗、技術(shù)開發(fā)和工程應用三個階段。20世紀90年代，世界范圍的光纖傳感技術(shù)呈現(xiàn)出產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的態(tài)勢，主要形成了軍事和民用兩大應用領(lǐng)域，其中包括：國土安全防衛(wèi)系統(tǒng)、大型構(gòu)件的健康診斷系統(tǒng)、電力工業(yè)的安全檢測系統(tǒng)以及用于石油化工、生物醫(yī)學和環(huán)境等領(lǐng)域的光纖檢測系統(tǒng)。我國雖然早已于20世紀70年代末期開始了光纖傳感技術(shù)的研究工作，但是由于受到制造工藝、器件和配套電子技術(shù)的制約，一直未能進入大規(guī)模工程應用階段。直到最近10年，隨著光纖技術(shù)的發(fā)展，光纖傳感關(guān)鍵器件的生產(chǎn)工藝逐步成熟，相關(guān)器件和配套技術(shù)也不斷完善。更主要的是國內(nèi)巨大市場對光纖傳感器需求的日益增長，催生了國內(nèi)專業(yè)光纖傳感器企業(yè)的誕生，這標志著我國光纖傳感技術(shù)開始進入工程應用階段。　　當前我國正處于經(jīng)濟發(fā)展的高峰期。電力、石油石化、環(huán)境以及基礎(chǔ)建設等行業(yè)的高速增長，對安全生產(chǎn)的呼聲愈來愈高。此外，為適應國際形勢的變化，國防建設也日益受到重視。而作為現(xiàn)代傳感技術(shù)領(lǐng)域的重要分支，光纖傳感器具有其他類型傳感器無可比擬的優(yōu)勢。其中包括本征絕緣、抗電磁干擾和分布式傳感的特性，使得光纖傳感器及系統(tǒng)尤其適合于易燃易爆、高危險特種行業(yè)安全生產(chǎn)監(jiān)測的需要?！　∽鳛樾畔r代的新型技術(shù)，各個高校普遍開設有光纖光學和光纖通信技術(shù)等專業(yè)課程。然而光纖傳感技術(shù)在大多數(shù)高校相關(guān)專業(yè)中，仍然只是作為傳感器技術(shù)的一章，沒有得到應有的重視和推介。本教材基于此現(xiàn)狀，面向電子信息及其相關(guān)專業(yè)，精簡了眾多光纖通信技術(shù)書籍中共有的光纖光學部分的內(nèi)容，詳細討論四大類型（振幅、相位、偏振和波長調(diào)制）以及分布式光纖傳感器的原理、設計方法和應用及設計實例；提煉并重點介紹光纖傳感的關(guān)鍵技術(shù)--網(wǎng)絡技術(shù)和封裝技術(shù)，并將最新研究方向--聚合物光纖傳感器、光子晶體光纖傳感器以及微米、納米光電傳感器納入課程范疇。對于豐富電子信息類及其相關(guān)專業(yè)學生學習、開拓視野、啟發(fā)創(chuàng)新思維大有裨益。

內(nèi)容概要

作為現(xiàn)代傳感技術(shù)的重要分支，光纖傳感技術(shù)在許多領(lǐng)域具有替代傳統(tǒng)傳感器、彌補傳感領(lǐng)域空白的先天優(yōu)勢。本教材以光纖傳感器為核心，著重詳細討論了強度調(diào)制型、相位調(diào)制型、波長調(diào)制型和偏振態(tài)調(diào)制型四大類型傳感器以及分布式光纖傳感器的原理、技術(shù)和設計方法；有選擇地介紹了光纖傳感的兩項核心技術(shù)——網(wǎng)絡技術(shù)和封裝技術(shù)；首次將光纖傳感最新研究方向新材料光纖傳感器——聚合物光纖傳感器、光子晶體光纖傳感器以及微米和納米光電傳感器納入教材。    教材內(nèi)容覆蓋了光纖傳感領(lǐng)域的方方面面，特別是對傳感器的討論細致、深入，并列舉了大量的應用設計實例。由于有教學科研的相輔相長，對學科最新技術(shù)和進展的介紹全面、貼近工程應用實際?？勺鳛殡娮有畔㈩愊嚓P(guān)專業(yè)的教材，同時對相關(guān)領(lǐng)域的科研及實際工作者了解學科的前沿動態(tài)、啟發(fā)創(chuàng)新思維有較高的參考價值。

書籍目錄

第1章  光纖技術(shù)基礎(chǔ)  1.1  光纖的基本特性    1.1.1  均勻折射率光纖中光線的傳播與數(shù)值孔徑    1.1.2  光纖的彎曲    1.1.3  光纖端面的傾斜效應    1.1.4  圓錐形光纖    1.1.5  光纖的損耗    1.1.6  光纖的色散  1.2  光纖的耦合技術(shù)    1.2.1  光纖和光源的耦合    1.2.2  光纖和光纖的直接耦合    1.2.3  多模光纖通過透鏡耦合  1.3  常用無源、有源光纖器件    1.3.1  熔錐型單模光纖光分/合路連接器    1.3.2  磨拋型單模光纖定向耦合器    1.3.3  光開關(guān)    1.3.4  摻雜光纖激光器與放大器    1.3.5  光纖放大器  1.4  光纖器件的選擇    1.4.1  丸纖偏振器    1.4.2  光纖濾波器    1.4.3  光纖光柵    1.4.4  光隔離器    1.4.5  光調(diào)制器  1.5  光纖傳感器的定義、分類及特點    1.5.1  光纖傳感器的定義和分類    1.5.2  光纖傳感器的特點  習題與思考第2章  強度調(diào)制型光纖傳感器  2.1  強度調(diào)制傳感原理    2.1.1  反射式強度調(diào)制    2.1.2  透射式強度調(diào)制    2.1.3  光纖模式功率分布強度調(diào)制    2.1.4  折射率強度調(diào)制    2.1.5  光吸收系數(shù)調(diào)制  2.2  強度調(diào)制型光纖傳感器的補償技術(shù)    2.2.1  光源負反饋穩(wěn)定法    2.2.2  雙波長補償法    2.2.3  旁路光纖監(jiān)測法    2.2.4  光橋平衡補償法    2.2.5  神經(jīng)網(wǎng)絡補償法  2.3  強度調(diào)制型光纖傳感器的類型及應用實例    2.3.1  光纖微彎傳感器    2.3.2  光纖溫度傳感器  2.4  強度調(diào)制型光纖傳感器的研究與發(fā)展方向  習題與思考第3章  相位調(diào)制型光纖傳感器  3.1  相位調(diào)制型光纖傳感器原理    3.1.1  應力應變效應    3.1.2  溫度應變效應  3.2  光纖干涉儀的類型　　3.2.1　Mach-Zehnder和Michelson光纖干涉儀    3.2.2　Sagnac光纖干涉儀    3.2.3　光纖Fabry-Perot干涉儀    3.2.4　光纖環(huán)形腔干涉儀    3.2.5　相位壓縮原理與微分干涉儀    3.2.6  白光干涉型光纖傳感器　3.3　相位調(diào)制型光傳感器的信號解調(diào)技術(shù)    3.3.1  干涉儀的信號解調(diào)    3.3.2　光纖鎖相環(huán)方法    3.3.3　相位生成載波（PGC）解調(diào)方案　3.4　光纖干涉儀的傳感應用實例    3.4.1  干涉式位移傳感器    3.4.2　加速度傳感器    3.4.3　振動傳感器    3.4.4　溫度傳感器    3.4.5　磁場傳感器    3.4.6　電流傳感器　3.5　相位調(diào)制型光纖傳感器的發(fā)展　習題與思考　第4章  波長調(diào)制型光纖傳感器第5章  偏振態(tài)調(diào)制型光纖傳感器第6章  分布式光纖傳感器第7章  光傳感器網(wǎng)絡技術(shù)第8章  光傳感器的封裝技術(shù)第9章  新材料光纖傳感器及應用技術(shù)第10章  光電微型傳感器第11章  納米傳感器參考文獻

圖書封面

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