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刘铁根，张红霞 等 著

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• 光纤传感
• 传感网络
• 光纤通信
• 传感器
• 智能传感
• 物联网
• 信息技术
• 测试测量
• 光电子技术
• 信号处理

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030544476

版次：01

商品编码：12277523

包装：平装

开本：16开

出版时间：2018-01-01

页数：364

字数：442000

正文语种：中文

内容简介

《光纤传感网》旨在对光纤传感网进行全景式的深入介绍和探索，不仅介绍了光纤传感网的基础理论知识，而且对光纤传感网的现状和未来发展趋势进行了综述和预测。《光纤传感网》系统介绍了光纤传感网的基本概念、组网方法、拓扑结构、鲁棒性评估模型、编码扩容、数据特征提取和智能传感网，并着重介绍了光纤传感网的应用。

目录

目录
序言
前言
第1章 光纤传感网概述 1
1.1 光纤传感网与物联网 1
1.1.1 物联网 1
1.1.2 光纤传感网基础知识 4
1.1.3 光纤传感网和光纤通信网 8
1.2 分立式光纤传感网 11
1.2.1 基于法布里珀罗传感单元的光纤传感网 12
1.2.2 基于光纤光栅传感单元的光纤传感网 l4
1.3 分布式光纤传感网 21
1.3.1 基于瑞利散射的分布式光纤传感网 21
1.3.2 基于拉曼散射的分布式光纤传感网 23
1.3.3 基于布里渊效应的分布式光纤传感网 24
1.3.4 基于光频域反射技术的分布式光纤传感网 27
1.3.5 基于长距离干涉技术的分布式光纤传感网 32
1.4 混合式光纤传感网 34
1.4.1 基于FBG和光频域反射技术的混合式光纤传感网 34
1.4.2 基于FBG和保偏光纤的混合式光纤传感网 39
1.5 光纤传感网发展现状及趋势 44
1.5.1 光纤传感网的发展现状 44
1.5.2 光纤传感网的应用领域 53
1.5.3 光纤传感网的发展趋势 56
第2章 光纤传感网的组网及拓扑结构 58
2.1 光纤传感网的组网方法 58
2.1.1 光纤传感网组网时的简单结构 58
2.1.2 光纤传感网组网的复用技术 59
2.1.3 光纤传感网组网时的其他技术 71
2.2 光纤传感网的拓扑结构 74
2.2.1 星形拓扑结构 74
2.2.2 环形拓扑结构 76
2.2.3 总线型拓扑结构 79
2.2.4 三角形拓扑结构 81
2.2.5 混合型拓扑结构 85
2.2.6 可自愈光纤传感网拓扑结构 88
2.3 光纤传感网的网络体系结构 93
2.3.1 物理体系结构 93
2.3.2 软件体系结构 94
2.3.3 通信体系结构 96
第3章 光纤传感网鲁棒性评估 102
3.1 光纤传感网的鲁棒性评估模型 102
3.1.1 支持向量机学习方法 103
3.1.2 光纤传感网鲁棒性评估模型建立 105
3.1.3 基本拓扑结构的光纤传感网鲁棒性表达式 108
3.2 鲁棒性影响因素分析 112
3.2.1 衰减系数α、阈值γ及传感器数目N的影响 112
3.2.2 监测区域的影响 115
3.3 鲁棒性评估模型的应用 117
3.3.1 蒙特卡罗方法的误差分析 117
3.3.2 基本拓扑结构的鲁棒性计算 120
3.3.3 鲁棒性评估实验 127
3.4 光纤传感网中传感器的优化布设 131
3.4.1 光纤传感网中传感器优化布设理论研究 132
3.4.2 维光纤传感网中传感器优化布设 141
3.4.3 二维光纤传感网中传感器优化布设 146
第4章 光纤传感网编码和扩容 151
4.1 分立式光纤传感网的复用 151
4.1.1 光纤光栅传感网复用技术 151
4.1.2 光纤法布里珀罗传感网复用技术 163
4.2 分布式光纤传感网的编码 172
4.2.1 分布式光纤传感网的光频域反射编码基本原理与种类 172
4.2.2 光时域反射编码技术 173
4.2.3 光频域反射编码技术 175
4.3 混合式光纤传感网的系统结构与扩容 183
4.3.1 混合式光纤传感网的系统结构 183
4.3.2 混合式光纤传感网的扩容 186
第5章 光纤传感网的数据处理 188
5.1 光纤传感网的信号去噪 188
5.1.1 传感信号处理算法 189
5.1.2 拉曼散射传感信号的采集和处理技术 194
5.2 光纤传感网的数据特征提取 200
5.2.1 基于功率谱分析的信号特征提取 200
5.2.2 基于时频分析的信号特征提取 205
5.3 光纤传感网的数据融合 209
5.3.1 多传感器数据融合理论 209
5.3.2 多传感器数据融合实例 219
5.4 光纤传感网的智能信息处理 228
5.4.1 光纤传感网数据库 229
5.4.2 光纤传感网的智能联动系统 232
5.4.3 光纤传感网远程信息系统 233
第6章 光纤智能传感网 241
6.1 具有自诊断功能的三角对称式光纤传感网 241
6.1.1 三角对称式光纤传感网的系统构成 241
6.1.2 自诊断的理论基础 242
6.1.3 故障点对自诊断的影响 247
6.1.4 依据概率分析优化网络的使用 250
6.1.5 自诊断理论依据的实验验证 257
6.2 多总线型光纤智能传感网的自诊断及自愈研究 260
6.2.1 多总线型光纤传感网的构建 260
6.2.2 智能控制系统对传感器故障自诊断及白愈的实现 264
6.2.3 控制节点的硬件设计 269
6.2.4 上下位机的软件设计 274
6.2.5 多种类型光纤传感器的加载实验 277
6.3 多环形光纤传感网的实验研究 280
6.3.1 多环形光纤传感网的设计 281
6.3.2 混合式光纤传感器的结构设计 284
6.3.3 控制系统软硬件设计 284
6.3.4 多参量传感实验结果分析 285
第7章 光纤传感网在工程实际中的应用 288
7.1 光纤传感网在航空航天领域的应用 288
7.1.1 光纤传感器在航空航天领域的应用 289
7.1.2 光纤传感网在航空领域的应用 290
7.1.3 光纤传感网在航天领域的应用 292
7.2 光纤传感网在电力电子领域的应用 295
7.2.1 高压光纤电压／电流互感 296
7.2.2 光纤拉曼传感网在电力电子领域的应用 304
7.2.3 光纤传感网在油罐群感温火灾探测系统中的应用 308
7.3 光纤传感网在土木工程中的应用 311
7.3.1 光纤传感技术在土木工程领域面临的问题 313
7.3.2 光纤传感技术在土木工程中的应用 316
7.3.3 光纤传感网在土木领域的具体应用实例 318
7.4 光纤传感网在安全监测领域的应用 320
7.4.1 光纤传感安防监测原理 321
7.4.2 基于双马赫曾德尔干涉原理的光纤传感安防系统 324
7.4.3 基于迈克耳孙干涉原理的光纤传感安防系统 327
7.4.4 基于光频域反射技术的光纤传感网监测系统 330
7.4.5 基于FBG和光频域反射技术的混合式光纤传感安防系统 333
7.4.6 基于FBG和分布式光纤扰动技术的混合式光纤传感安防系统 334
参考文献 337

《光纤通信系统原理与设计》 内容简介： 本书系统地阐述了光纤通信系统的基本原理、关键技术、组成部分以及工程设计方法。全书共分十八章，内容涵盖了从光信号的产生、传输到接收的整个过程，深入浅出地介绍了现代光纤通信系统所涉及的理论基础和工程实践。 第一部分：光纤通信基础理论 第一章 光纤通信概述： 追溯光纤通信的发展历程，介绍其在现代信息社会中的战略地位和广泛应用。分析光纤通信相比于传统电通信的优势，如高带宽、低损耗、抗电磁干扰等。阐述光纤通信系统的基本构成，包括光源、光调制、光传输、光放大、光解调和光检测等核心环节。展望未来光纤通信技术的发展趋势，如超大容量、全光网络、量子通信等。 第二章 光波导理论： 深入探讨光在光纤中传输的物理基础。详细讲解全内反射原理，这是光纤通信的核心机制。介绍光波导的几何形状和折射率分布对光传播模式的影响，包括单模光纤和多模光纤的结构特点、导模和泄露模的区分。分析光纤的有效折射率、模式场直径等关键参数，并推导波导方程，理解不同模式的传播特性。 第三章 光纤的基本特性： 详细介绍用于光纤通信的各类光纤，特别是单模光纤。阐述光纤的衰减机理，包括吸收衰减、瑞利散射衰减以及弯曲损耗，并分析不同波长下的衰减特性，为系统设计提供依据。深入探讨色散效应，包括材料色散、波导色散和偏振模色散，分析它们对传输信号的影响，并介绍补偿技术。讲解光纤的非线性效应，如受激布里渊散射（SBS）、受激拉曼散射（SRS）和自相位调制（SPM）、交叉相位调制（XPM），以及这些效应如何限制传输距离和速率。 第四章 光源技术： 重点介绍用于光纤通信系统的主要光源——激光器和发光二极管（LED）。详细阐述半导体激光器的基本工作原理，包括PN结、受激发射、增益阈值等。介绍不同类型的半导体激光器，如DFB（分布式反馈）激光器、FP（法布里-珀罗）激光器、VCSEL（垂直腔面发射激光器）等，分析它们的性能特点、功率、谱宽、稳定性等指标，以及在不同应用场景下的选择。介绍LED的结构和工作原理，分析其在低速、短距离通信中的适用性。 第五章 光调制与解调技术： 深入研究如何将电信号转换为光信号进行传输，以及如何将接收到的光信号恢复成电信号。详细介绍直接调制和外调制技术。在外调制方面，重点讲解电光调制器（如电光调制器、声光调制器）和磁光调制器的工作原理，分析其调制深度、带宽、插入损耗等参数。讲解幅度调制（AM）、频率调制（FM）、相位调制（PM）和脉冲位置调制（PPM）等调制方式。在解调方面，详细介绍相干检测和非相干检测原理，重点讲解PIN光电二极管和雪崩光电二极管（APD）的结构、工作原理、响应速度、量子效率等性能参数。 第二部分：光纤通信系统构成与设计 第六章 光探测技术： 详细介绍用于接收和转换光信号的光探测器。重点分析PIN光电二极管和雪崩光电二极管（APD）的工作原理、材料选择、性能指标（如响应时间、量子效率、噪声电流、暗电流）以及它们在不同速率和灵敏度要求下的应用。介绍光电倍增管（PMT）作为高灵敏度探测器的原理，并分析其在特定科研领域的应用。 第七章 光放大技术： 解决光信号在传输过程中衰减的问题，是实现长距离、高带宽光纤通信的关键。重点介绍掺铒光纤放大器（EDFA）的工作原理，包括能级跃迁、受激发射、泵浦源的作用。分析EDFA的关键参数，如增益、增益平坦度、噪声系数、输出功率、泵浦波长等。介绍拉曼放大器的原理及其在超大容量传输系统中的应用。简要提及半导体光放大器（SOA）及其特点。 第八章 光传输系统设计： 综合运用前述理论知识，进行实际的光传输系统的工程设计。分析系统传输速率、传输距离、误码率（BER）等关键指标。讲解链路功率预算的计算方法，包括发射功率、接收灵敏度、光纤损耗、连接器损耗、放大器增益等。分析色散补偿的必要性和方法，包括色散补偿光纤（DCF）、光栅补偿器、全光补偿技术等。研究非线性效应的影响及抑制方法。 第九章 数字光传输系统： 重点介绍现代光纤通信系统中广泛采用的数字传输技术。详细阐述PCM（脉冲编码调制）编码、格雷码等数字编码方式。深入分析误码率（BER）的定义、测量方法以及影响BER的关键因素（如噪声、信号强度、符号间干扰）。讲解前向纠错（FEC）编码技术，其在提高传输可靠性和降低误码率方面的作用。介绍差错检测与纠正机制。 第十章 光复用技术： 实现在一根光纤中同时传输多个独立的光信号，是提高光纤利用率和传输容量的关键。详细介绍波分复用（WDM）技术，包括粗波分复用（CWDM）和密集波分复用（DWDM）。讲解波分复用器的原理，包括棱镜、光栅、薄膜滤波器等。分析不同通道的波长间隔、数量以及对系统设计的影响。介绍光分插复用器（OADM）的功能。 第十一章 光交换技术： 介绍在光域直接进行信号路由和交换的技术，以实现全光网络。讲解光开关的原理和分类，包括机电式、热光式、电光式、微机电系统（MEMS）光开关等。分析其切换速度、损耗、串扰等性能。介绍光路由器的基本结构和工作方式。 第十二章 光网络架构： 探讨不同类型的光网络架构，及其在不同应用场景下的优势。介绍点对点（P2P）连接、环形网络、总线型网络、星型网络等基础拓扑结构。重点讲解多节点、复杂互联的光纤网络，如SDH（同步数字体系）、OTN（光传送网）等。分析网络的可靠性、可扩展性、管理和维护方面的考虑。 第三部分：前沿与应用 第十三章 相干光通信： 介绍一种更先进的光通信技术，通过利用光载波的相位信息来编码和传输数据，从而显著提高频谱效率和传输速率。深入分析相干检测的原理，包括本振光、探测器、数字信号处理（DSP）等。介绍调制格式，如QPSK、16QAM、64QAM等。分析相干光通信在超长距离、超大容量传输中的优势。 第十四章 光纤到户（FTTH）技术： 探讨将光纤直接铺设到家庭或企业中的技术，是实现高速宽带接入的重要途径。介绍FTTH的不同接入方案，如GPON（吉比特无源光网络）、EPON（以太网无源光网络）等。分析无源光网络的结构特点、OLT（光线路终端）和ONU（光网络单元）的功能。 第十五章 光纤传感技术概述（非重点，仅作引申）： 简要介绍光纤传感技术的基本原理，即利用光纤作为传感介质，通过测量光信号在光纤中的变化来感知物理量的变化。提及温度、压力、应变、折射率等可被光纤传感的参数。本书重心在于通信系统，此处仅为拓展思路，不深入探讨具体的传感机理和应用。 第十六章 光通信的可靠性与维护： 讨论确保光纤通信系统稳定运行的关键因素。分析系统故障的常见原因，如光纤断裂、连接器松动、元器件损坏等。介绍系统监测、故障诊断和维护的技术与流程。讲解冗余设计和备份策略在提高系统可靠性中的作用。 第十七章 光通信与相关技术融合： 探讨光纤通信与其他新兴技术，如5G、物联网（IoT）、人工智能（AI）等如何相互促进，共同构建未来信息基础设施。分析光通信在支持海量设备连接、低延迟通信、大数据传输等方面的关键作用。 第十八章 光通信系统工程实践案例： 提供几个典型的光纤通信系统设计和部署的工程案例，例如长途干线网、城域网、数据中心互连等。通过实际案例，帮助读者理解理论知识在工程实践中的应用，并学习解决实际工程问题的方法。 本书适合高等院校通信工程、电子工程、信息工程等相关专业的本科生、研究生，以及从事光纤通信系统设计、开发、运营和维护的工程师阅读。通过学习本书，读者将能够全面掌握光纤通信系统的原理和设计方法，为投身于信息通信领域的技术发展奠定坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

拿到《光纤传感网》这本书，我原本以为会是一次关于如何构建一个集成化的、智能化感知系统的深度探索。书中有不少章节都在细致地介绍各种各样基于光纤的光学传感器，从分布式传感技术，到各种特定物理量的检测原理，都做了较为详尽的梳理。这对于理解光纤传感技术本身的物理基础和技术细节，无疑是有所助益的。例如，书中对一些常见的传感机制，如布里渊散射、拉曼散射，甚至是利用光纤光栅的原理进行测量，都做了详细的阐述。然而，当目光聚焦到“网”这个核心概念时，我却感到书本的深度略显不足。书中对“网络”的构成要素，例如通信协议、数据传输速率、网络拓扑结构，以及如何实现多节点之间的协同工作等方面的探讨，都显得比较浅显，更多的是一些概念性的罗列，而缺乏深入的技术解析和设计指南。我期待的，是能够看到一些关于如何根据不同的应用场景，设计出兼具高可靠性、高效率和低成本的光纤传感网络的具体方案。例如，在大型基础设施监测领域，如何构建一个覆盖范围广、能够实时预警的传感网络？在环境监测领域，如何处理海量的传感器数据，并从中提取出有价值的信息？这些更偏向于工程实践和系统设计的方面，在这本书中并没有得到充分的展开，让我感觉它更像是关于“传感器”的集成，而非“网络”的构建。

评分☆☆☆☆☆

《光纤传感网》这本书，在我看来，更像是一本技术百科的目录，它罗列了光纤传感领域一些基本的技术分支和应用方向，但并没有深入地剖析它们是如何有机地结合在一起，形成一个协同工作的“网络”。书中对各种光纤传感器的分类、原理和性能特点的介绍，确实是比较详尽的，比如对于光纤温度传感器、应变传感器、液位传感器等，都有一定的介绍。这对于初次接触光纤传感技术的读者来说，或许能够建立起一个初步的认识框架。然而，我对于“网”的构建，也就是如何将这些分散的、独立的传感器节点有效地连接起来，形成一个功能强大、管理便捷的系统，在这本书中并没有找到我想要的答案。它对于网络协议的选择、数据传输的效率优化、网络节点的管理策略，以及整个网络的可靠性保障等关键问题，都只是点到为止，没有进行深入的探讨。我更希望能够看到一些关于如何设计一个具有弹性和可扩展性的光纤传感网络的案例，例如如何应对海量数据的传输和处理，如何在复杂的环境中保证网络的稳定性，以及如何通过智能化手段来提升网络的监测和预警能力。这本书更多的是提供了“有什么”的素材，而对于“如何组合”和“如何优化”这两大关键问题，则显得有所欠缺，让我在构思更复杂的传感网络系统时，感到信息不足。

评分☆☆☆☆☆

说实话，《光纤传感网》这本书，让我对这个领域有了初步的认知，但同时，也激发了我更多的好奇和一些困惑。从书本的字里行间，我能感受到作者想要传达的是光纤传感技术在构建感知网络方面的巨大潜力。它详细介绍了一些光纤传感器的基本工作原理，比如利用光纤对外界物理量（如温度、应变、压力）的敏感性，通过测量光信号的变化来获取信息。这部分内容对于我理解单个传感器的功能非常有帮助。但是，当书本开始探讨“网”这个概念时，我发现它更多的是在描绘一个愿景，而不是提供一个清晰的蓝图。我期待的是能够看到关于如何将这些分散的传感器连接起来，形成一个有机的整体的详细论述。例如，在构建一个区域性的光纤传感网络时，我们应该考虑哪些关键因素？如何选择合适的网络拓扑结构？如何实现传感器之间的数据共享和协同工作？书中对此的阐述，感觉比较理论化，缺少一些实际操作层面的指导。我尤其想了解在实际部署中，可能会遇到哪些挑战，比如信号衰减、干扰、功耗问题，以及如何通过网络设计来规避这些问题。这本书更像是在科普光纤传感器的“是什么”，而对于“如何构建一个真正意义上的网络”这个问题，则显得有些意犹未尽，留下了一些未解之谜，让我这位读者在思考如何将这些技术落地时，需要再花一番力气去搜寻其他的资料。

评分☆☆☆☆☆

最近手头刚好拿到一本名为《光纤传感网》的书，抱着了解前沿技术的心态翻阅了一下。不得不说，这本书在某个层面触及了信息技术与物理世界交互的一个重要节点，其潜在的应用前景无疑是巨大的。然而，以一个旁观者的视角来看，我对书中所阐述的“网”的概念，以及如何将其构建成一个真正有价值的“网络”，仍有许多疑问。它似乎侧重于对组成网络的“节点”——也就是各种光纤传感器——的介绍，比如它们如何感知环境变化，如何将这些变化转化为光信号。但这对于“网”的构建，例如信息的汇聚、传输、处理以及最终的应用，却显得不够深入。我更感兴趣的是，当这些传感器布设开来，形成一个庞大的感知系统时，我们如何有效地管理和利用这些海量数据？书中有提到一些网络协议和数据管理的概念，但给人的感觉是比较泛泛而谈，缺乏具体的实现路径或者案例分析。比如，在实际应用中，如何设计一套能够支持海量传感器接入，并且能够根据不同需求进行数据筛选和分析的网络架构？如何保证在复杂的网络环境下，信息的完整性和实时性？尤其是在一些对时效性要求极高的场景，比如工业自动化或者环境监测，一个不够高效的网络将会是巨大的瓶颈。这本书在宏观层面勾勒了光纤传感网的图景，但在具体“如何织网”的关键环节，留白之处过多，让我这位读者在思考下一步行动时，显得有些无所适从。

评分☆☆☆☆☆

这本《光纤传感网》的书，我之前确实是抱着很大的期望去翻阅的，想着能在这上面深入了解一下光纤传感技术在网络构建上的应用。然而，读完之后，我感觉它更像是一本技术手册的入门级导览，而不是我所期待的能够提供深刻洞察和前沿思考的著作。书中的一些基础概念介绍得还算清晰，对于初学者来说，或许能建立起一个初步的框架。比如，光纤传感器的基本原理、不同类型的传感器（如分布式传感、点式传感）的特点，以及它们在数据采集方面的优势，都有所提及。但是，当我试图深入了解如何将这些分散的光纤传感器有效地整合到一个“网络”中时，我感到有些困惑。书中对于网络拓扑结构的设计、数据传输的协议选择、以及网络的安全性和可靠性保障等方面的探讨，显得有些蜻蜓点水，缺乏具体的技术细节和可操作的指导。很多时候，它只是罗列了一些可能性，但并没有深入分析不同方案的优劣，或者提供实际的案例分析来支撑。我期待的是能够看到一些关于如何设计一个高效、稳定、可扩展的光纤传感网络的详细流程，例如在实际工程中，如何根据应用场景选择合适的传感器布局，如何进行信号的处理和融合，以及如何构建一个能够实时监控和反馈的系统。这些方面，这本书并没有给予我足够的信息。总的来说，它更像是一个“知道了什么”，而不是一个“怎么做”的指南，对于有一定基础，想进一步提升光纤传感网构建能力的读者来说，可能需要寻找其他更专业的书籍来弥补这一不足。