長周期光縴光柵及其級聯結構的傳感特性及應用 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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鬍興柳王彥楊忠 編

圖書標籤:

• 光縴光柵
• 長周期光柵
• 光縴傳感器
• 傳感技術
• 光縴通信
• 結構傳感
• 物理傳感
• 光學傳感器
• 光縴器件
• 傳感應用

店鋪： 火把圖書專營店

齣版社： 人民郵電

ISBN：9787115476494

商品編碼：29770483398

開本：16

齣版時間：2018-01-01

基本信息

• 商品名稱：長周期光縴光柵及其級聯結構的傳感特性及應用
• 作者：鬍興柳//王彥//楊忠
• 定價：88
• 齣版社：人民郵電
• ISBN號：9787115476494

其他參考信息（以實物為準）

• 齣版時間：2018-01-01
• 印刷時間：2018-01-01
• 版次：1
• 印次：1
• 開本：16開
• 包裝：平裝
• 頁數：204
• 字數：265韆字

內容提要

鬍興柳、王彥、楊忠著的《長周期光縴光柵及其 級聯結構的傳感特性及應用》係統地闡述瞭長周期光 縴光柵（LPG）傳感器及其級聯結構（LPGP）的傳感 特性及應用研究，共分11章。
     第1章介紹瞭LPG在通信和傳感領域的應用以及國 內外研究現狀；第2章采用耦閤模理論對LPG及LPGP進 行分析；第3章對LPG的主要參數進行頻譜分析和仿真 ；第4章對LPG的基本傳感特性進行瞭理論分析和實驗 研究；第5章研究設計LPG解調係統，實現對闆結構振 動信號的監測；第6章應用LPG實現基於小波包能量譜 分析的結構損傷識彆；第7章研究瞭LPG在土木工程結 構中耐久性健康監測的應用；第8章對LPGP的溫度、 應變、彎麯和摺射率傳感特性進行瞭理論和實驗研究 ；第9章研究瞭溫度和應變的同時測量技術；**0章 用LPGP來實現對超聲波的檢測，獲得相應的超聲場的 參數；**1章提齣瞭對LPGP減敏保護、溫度補償的封 裝設計。本書是一本有關智能監測與控製方麵的專著 ，反映瞭作者近年來在這一領域的主要研究成果。
     本書內容新穎，理論聯係實際，適閤大專院校及 科研院所光縴光柵、智能監測與控製領域的高年級本 科生、研究生閱讀，也可供相關領域的教師、科研人 員及工程技術人員作參考。
    

目錄

第1章 緒論
1.1 引言
1.2 LPG的理論研究現狀
1.3 LPG的製備技術
1.4 LPG的應用概況
1.4.1 LPG在通信領域的應用
1.4.2 LPG在傳感領域的應用
1.5 LPG的發展趨勢
1.6 本書的研究內容及結構
參考文獻
第2章 LPG及LPGP的理論分析
2.1 光縴光柵的結構
2.2 耦閤模理論
2.3 LPG模式耦閤
2.3.1 縴芯基模有效摺射率及其場分布
2.3.2 包層模有效摺射率及其場分布
2.3.3 耦閤特性分析
2.3.4 LPG的模式耦閤方程
2.4 LPGP模式耦閤
2.5 本章小結
參考文獻
第3章 LPG及LPGP譜特性的仿真和研究
3.1 錶徵LPG的譜特性的參數
3.2 LPG對結構參數的敏感特性分析
3.2.1 光柵參數對頻譜的影響
3.2.2 光縴結構參數對頻譜的影響
3.3 LPGP對結構參數的敏感特性
3.4 本章小結
參考文獻
第4章 LPG的傳感機理
4.1 LPG的溫度傳感
4.1.1 諧振波長的溫度特性理論分析
4.1.2 損耗峰幅值的溫度特性
4.1.3 溫度特性實驗研究
4.2 LPG的軸嚮應變傳感
4.2.1 軸嚮應變理論分析
4.2.2 軸嚮應變實驗研究
4.3 LPG的彎麯傳感
4.3.1 彎麯特性理論分析
4.3.2 彎麯特性實驗研究
4.4 LPG的摺射率傳感
4.4.1 摺射率特性理論分析
4.4.2 摺射率特性實驗研究
4.5 LPG的橫嚮負載傳感
4.5.1 橫嚮負載特性理論分析
4.5.2 橫嚮負載特性實驗研究
4.6 LPG的溫度補償技術
4.6.1 溫度補償方法
4.6.2 溫度補償實驗
4.6.3 其他溫度補償方法

光縴傳感技術的新篇章：長周期光縴光柵級聯結構及其前沿應用 在當今科技飛速發展的浪潮中，傳感技術作為信息獲取的關鍵一環，其重要性日益凸顯。從工業生産的精密監測到環境保護的實時預警，再到醫療健康的精準診斷，無不依賴於先進可靠的傳感係統。在眾多傳感技術中，光縴傳感以其獨特的優勢，如抗電磁乾擾、傳輸損耗低、體積小、易於組網等，已成為研究和應用的熱點。而光縴光柵，特彆是長周期光縴光柵（Long Period Fiber Grating, LPIG），作為一種高效的光學傳感元件，正以其優異的性能和廣闊的應用前景，引領著光縴傳感技術邁嚮新的高度。 本文旨在深入探討長周期光縴光柵的級聯結構在傳感特性和應用方麵所展現齣的巨大潛力。我們將從基礎理論齣發，逐步揭示其工作原理、結構特點，並重點剖析其在構建高性能傳感器陣列、實現多參數同步測量以及拓展傳感應用領域等方麵的突破性進展。 一、 長周期光縴光柵：超越單點傳感的精密之選 長周期光縴光柵，與傳統的短周期光縴光柵（Short Period Fiber Grating, SPIG）不同，其周期長度（通常在數百微米量級）遠大於光在光縴中的波長。正是這一“長周期”的特性，使得LPIG能夠耦閤光縴的基模（LP01）與高階模（LPmn, m>0或n>0）發生諧振。這種諧振現象錶現為在透射譜中産生一係列窄帶的吸收峰或透射峰，其中心波長對外界環境參數的變化極為敏感。 LPIG的傳感機製主要依賴於外界環境參數（如溫度、應變、摺射率、壓力等）引起的縴芯和包層模式摺射率的變化。當環境參數發生變化時，不同模式的有效摺射率也會隨之改變，從而導緻與特定高階模的諧振條件發生偏移，最終錶現為吸收峰/透射峰的中心波長發生移動。這種波長移動與環境參數之間存在著明確的函數關係，為傳感測量提供瞭基礎。 相較於SPIG，LPIG在傳感應用上具有以下顯著優勢： 高靈敏度： LPIG對外部環境參數的變化具有更高的靈敏度，能夠實現更精密的測量。 多模式耦閤： LPIG能夠耦閤多種高階模，為實現多參數傳感和增強信息提供瞭可能。 易於製作： LPIG的製作工藝相對成熟，可以通過紫外曝光、二氧化碳激光燒蝕等技術實現。 寬測量範圍： LPIG的傳感特性可以根據設計進行調控，適應不同的測量需求。 二、 級聯之妙：構建多功能、高分辨率傳感係統 在實際應用中，單一的LPIG可能難以滿足復雜環境監測或多參數同步測量的需求。此時，將多個LPIG以串聯（級聯）的方式集成到同一根光縴中，便能構建齣功能更強大、分辨率更高的傳感係統。LPIG的級聯結構能夠實現以下關鍵突破： 1. 實現多點、分布式傳感： 通過在不同位置刻寫具有不同中心波長響應的LPIG，可以在一條光縴上實現對多個獨立點的溫度、應變等參數進行同步監測。這種分布式傳感能力對於監測大型結構（如橋梁、隧道、管道）的健康狀況尤為重要，能夠及時發現潛在的風險點。 2. 提升傳感分辨率與區分度： 級聯結構中，不同LPIG的諧振峰波長可以設計得相互靠近或重疊。通過精細的光譜分析和算法處理，可以區分齣不同LPIG的響應，從而提高傳感係統的空間分辨率。此外，通過選擇性地激發不同的高階模，可以進一步優化傳感器的分辨率和抗乾擾能力。 3. 實現多參數同步測量： 這是LPIG級聯結構最激動人心的應用方嚮之一。不同的LPIG或LPIG中的不同諧振峰，對不同環境參數（如溫度和應變，或溫度和濕度，或摺射率和pH值）具有不同的敏感度。通過巧妙地設計級聯LPIG的參數，例如，使其對溫度的響應靈敏度遠高於對溫度的響應，或者對兩種參數的響應函數具有非綫性耦閤，便能通過解算一組方程組，同時推斷齣多個環境參數的數值。這種能力在復雜的工業過程控製、精細農業監測以及生物醫藥研究中具有不可估量的價值。 4. 增強抗乾擾能力： 在級聯結構中，可以通過增加LPIG的數量或設計特定的LPIG陣列，來提高傳感信號的冗餘度，從而降低單一傳感器失效對整體係統造成的影響。此外，通過引入差分測量技術，如使用一對具有相似響應但對某一種環境參數不敏感的LPIG，可以有效消除環境噪聲或非目標參數的乾擾。 5. 構建新型傳感原理： LPIG的級聯結構也為探索和實現一些全新的傳感原理提供瞭平颱。例如，可以利用級聯LPIG與其它光學元件（如短周期光柵、布拉格光柵）的協同作用，實現對微小形變量、化學物質濃度等參數的超靈敏檢測。 三、 前沿應用：從理論走嚮實踐的無限可能 基於長周期光縴光柵級聯結構的傳感技術，已在眾多領域展現齣巨大的應用潛力，並已逐步從實驗室走嚮實際應用： 1. 結構健康監測（Structural Health Monitoring, SHM）： 橋梁與大壩： LPIG級聯傳感器可以嵌入橋梁或大壩的混凝土結構中，實時監測溫度、應變、振動等信息，評估結構的完整性和穩定性，提前預警潛在的損壞風險。 隧道與地下工程： 監測隧道內部的溫度、濕度、應變變化，以及周圍土體的壓力和位移，為施工安全和後期運營提供保障。 航空航天器： 在飛機、火箭等結構件上布置LPIG級聯傳感器，監測飛行過程中的溫度、應變、振動載荷，確保飛行安全，並為結構優化提供數據支持。 風力發電機： 監測風力發電機葉片、塔筒等關鍵部件的應變和溫度，優化運行策略，延長設備壽命，降低維護成本。 2. 工業過程控製與安全： 石油與天然氣管道： 監測管道內部的溫度、壓力、流速變化，以及外部環境的應變，檢測泄漏，保障能源輸送安全。 化工生産： 實時監測反應釜內的溫度、壓力、介質濃度等參數，實現精準控製，提高産品質量，並預警潛在的安全隱患。 電力設備： 監測變壓器、高壓輸電綫路等關鍵電力設備的溫度和應變，評估運行狀態，防止過載或短路引發事故。 3. 環境保護與氣象監測： 水體監測： 監測水溫、pH值、溶解氧、汙染物濃度等參數，評估水質狀況，為水資源管理提供依據。 大氣環境監測： 監測空氣溫度、濕度、風速、汙染物濃度等，為氣象預報和空氣質量評估提供數據。 地質災害監測： 監測地震活動區域的溫度、應變、地下水位變化，為地震預測和預警提供支持。 4. 生物醫學與健康監測： 體溫監測： 研發可植入式或可穿戴式LPIG傳感器，實現對人體體溫的精準、長時間監測。 血糖監測： 通過設計對特定生化物質敏感的LPIG，有望實現無創或微創的血糖實時監測。 生物力學分析： 監測人體運動時的關節應變、肌肉收縮等，為康復治療和運動科學研究提供數據。 5. 新興交叉領域： 智能交通係統： 監測道路錶麵溫度、應變、交通流量等，優化交通管理，提高齣行效率和安全性。 智慧農業： 監測土壤溫濕度、光照強度、CO2濃度等，實現精準灌溉、施肥，提高作物産量和品質。 水下探測與通信： 利用LPIG的聲學敏感性，開發新型水下聲呐傳感器，或與其他光縴通信係統結閤，拓展水下應用。 四、 未來展望：走嚮智能化、集成化的傳感網絡 長周期光縴光柵級聯結構作為一種高度集成化、功能化的傳感技術，其未來發展方嚮將更加聚焦於： 智能化與自適應性： 結閤先進的信號處理算法、機器學習和人工智能技術，實現傳感數據的智能分析、故障診斷和自適應校準。 微型化與集成化： 進一步優化LPIG的製作工藝，實現更小尺寸、更高集成度的傳感器芯片，方便嵌入各種復雜環境。 無綫化與低功耗： 探索低功耗數據傳輸與供電方案，實現傳感網絡的無綫部署和長期自主運行。 多物理場耦閤傳感： 研發能夠同時響應多種物理量（如電磁場、聲場、化學場）的LPIG級聯傳感器，構建全方位、多維度感知體係。 量子傳感融閤： 探索將LPIG傳感技術與量子傳感技術相結閤，實現更高精度、更高分辨率的測量。 總而言之，長周期光縴光柵的級聯結構，憑藉其獨特的傳感機理、靈活的結構設計和卓越的性能錶現，正在為光縴傳感領域注入新的活力。從精確測量到智能感知，從單點監測到分布式網絡，LPIG級聯技術正以前所未有的廣度和深度，滲透到現代社會的各個角落，為科技的進步和社會的發展貢獻著不可或缺的力量。對其進行深入研究和持續創新，必將為人類帶來更多意想不到的驚喜和突破。

評分☆☆☆☆☆

這本書的一個突齣優點在於它對實驗數據處理和誤差分析所給予的重視程度。在很多光縴傳感器的研究中，理論模型和實際測量之間總存在一個難以逾越的鴻溝，主要原因就在於對環境噪聲、光縴製造公差以及測量係統固有缺陷的處理不夠到位。這本書在這方麵做得非常到位，專門闢齣一個章節詳細討論瞭“噪聲源的建模與抑製”。作者不僅列舉瞭常見的環境噪聲（如溫度波動、振動乾擾），還深入探討瞭光源自身的相對強度噪聲（RIN）對低信噪比測量的影響，並給齣瞭基於數字信號處理和先進濾波算法的有效對策。更令人印象深刻的是，作者在展示最終的實驗結果時，總是會附帶一套詳盡的“不確定度分析”，清晰地標明瞭係統誤差和隨機誤差的來源與貢獻比例，這為後續研究者進行交叉驗證和結果對比提供瞭極高的可信度基礎，讓這本書的結論更具說服力和可復現性。

評分☆☆☆☆☆

這本書在工程應用案例的選擇上，展現齣瞭極強的時代感和前瞻性。它沒有僅僅停留在展示一些已經成熟的、被廣泛應用的傳統傳感器案例，而是花瞭大量篇幅去探討一些處於研發前沿的、對環境極端敏感的測量場景。比如，對於高壓電纜內部溫度的實時監測，傳統熱敏電阻的響應速度和空間分辨率都無法滿足要求，書中對如何利用特定結構的傳感單元，結閤光縴的微彎效應進行高精度定位和快速響應的探討，邏輯嚴密，數據翔實。我特彆關注瞭其中關於“多點陣列集成”的章節，作者深入剖析瞭在同一根光縴上如何通過優化耦閤係數和反饋機製，實現對數十個獨立測量點的遠程、同步、高保真讀取，這對於大型工業設施的健康監測體係構建具有直接的指導意義。與其說這是一本理論書，不如說它是一本結閤瞭深厚理論功底和前沿工程實踐的“藍圖指南”，讓我對未來的研究方嚮有瞭更明確的錨點。

評分☆☆☆☆☆

全書的語言風格呈現齣一種內斂而精確的學術美感，很少齣現煽情或誇張的詞匯，完全以事實和邏輯為驅動力。作者的文字組織非常緊湊，幾乎沒有多餘的贅述，每一個句子都承載著明確的信息負載。這使得閱讀過程充滿挑戰，因為你必須保持高度的專注力，稍有走神就可能錯過一個關鍵的限定條件或一個重要的推論。我曾嘗試在非工作狀態下閱讀，結果發現效果甚微，這本書本質上要求讀者進入一種“心流”狀態，全神貫注地與作者的思維節奏同步。不過，正是這種高強度的信息密度，保證瞭它作為一本高級參考資料的價值。它不是用來睡前放鬆的讀物，而是需要你拿齣紙筆、反復演算和對照圖錶的“工作伴侶”。這種毫不妥協的專業性，恰恰是科研人員所需要的品質，它尊重瞭讀者的智力水平，並期望讀者能夠跟上其嚴謹的步伐。

評分☆☆☆☆☆

我花瞭整整一個周末來啃這本書的理論基礎部分，不得不說，作者在闡述核心物理機製時的那種“慢工齣細活”的態度，簡直是教科書級彆的典範。特彆是關於波導色散與非綫性效應耦閤作用的分析，很多同類書籍往往一筆帶過，或者直接給齣復雜的最終公式，讓讀者望而卻步。然而，這本書卻采用瞭一種“剝洋蔥”式的講解方法，從麥剋斯韋方程組在特定介質中的簡化形式齣發，逐步引入摺射率的波長依賴性，再到更高階的色散項的物理意義，每一步都有詳盡的數學推導和清晰的物理圖像對應。我尤其欣賞作者在引入一些關鍵假設時，都會明確指齣其適用範圍和局限性，這對於一個嚴謹的科研人員來說至關重要，因為它避免瞭知識的誤用。讀完這部分，我感覺自己對光在光縴中傳輸的本質，不再是停留在“會用公式”的層麵，而是真正理解瞭“為什麼是這個公式”，這種從源頭上去把握事物規律的感覺，是閱讀其他碎片化資料所無法比擬的。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀和排版著實令人眼前一亮。封麵設計簡約而不失深度，那種低飽和度的藍與白灰的搭配，很符閤科學專著的穩重氣質，拿在手裏沉甸甸的，讓人感覺內容必然紮實可靠。內頁的紙張選擇瞭略帶米黃色的啞光紙，閱讀起來長時間也不會感到眼睛疲勞，這對於需要長時間研讀技術細節的讀者來說，是非常貼心的考量。更值得稱贊的是，圖錶的清晰度達到瞭專業水準。那些復雜的物理模型示意圖和實驗裝置圖，綫條銳利，標注詳盡，即便是初次接觸該領域的人，也能通過圖示迅速把握核心概念的幾何關係和物理布局。再談談目錄的邏輯性，它不像某些教科書那樣生硬地堆砌知識點，而是呈現齣一種清晰的遞進關係：從基礎理論的鋪陳，到核心器件的原理剖析，再到係統集成和實際應用案例的探討，條理清晰，層層深入，仿佛引導著讀者進行一次結構化的學習攀登，而不是盲目地在知識的海洋裏漂浮。這種對物理形態和閱讀體驗的重視，體現瞭齣版方對學術質量的嚴格把控，也極大地提升瞭閱讀的愉悅感。