光纤传感技术与应用

1 光纤传感器

1.1 概述

1.1.1 光纤传感器的定义及分类

1.1.2 光纤传感器的特点

1.2 振幅调制传感型光纤传感器

1.2.1 光纤微弯传感器

1.2.2 光纤受抑全内反射传感器

1.2.3 光纤辐射传感器

1.3 相位调制传感型光纤传感器

1.3.1 引言

1.3.2 光纤MZ干涉仪和光纤Michelson干涉仪

1.3.3 光纤Sagnac干涉仪

1.3.4 光纤FabryPerot干涉仪

1.3.5 光纤环形腔干涉仪

1.3.6 白光干涉型光纤传感器

1.3.7 光纤干涉仪的传感应用

1.4 偏振态调制型光纤传感器

1.4.1 光纤电流传感器

1.4.2 光纤偏振干涉仪

1.5 波长调制型光纤传感器

1.5.1 引言

1.5.2 光纤光栅的分类

1.5.3 光纤布拉格光栅传感原理

1.5.4 光纤布拉格光栅在光纤传感领域中的典型应用

1.5.5 长周期光纤光栅在传感领域的应用

1.5.6 光纤光栅折射率传感技术

1.6 光纤荧光温度传感器

1.6.1 光纤荧光温度传感原理

1.6.2 荧光寿命测温

1.6.3 荧光强度比测温

1.6.4 荧光传感材料

1.6.5 荧光测温系统

1.6.6 荧光测温系统在工业界的应用

1.7 分布式光纤传感器

1.7.1 概述

1.7.2 散射型分布式光纤传感器

1.7.3 偏振型分布式光纤传感器

1.7.4 相位型分布式光纤传感器

1.7.5 微弯型分布式光纤传感器

1.7.6 荧光型分布式光纤传感器

1.7.7 应用

1.8 聚合物光纤传感器

1.8.1 概述

1.8.2 多模聚合物光纤传感器及其应用

1.9 光子晶体光纤及其在传感中的应用

1.9.1 概述

1.9.2 光子晶体光纤在传感中的应用

1.9.3 高双折射光子晶体光纤

1.9.4 双模光子晶体光纤传感器

1.9.5 掺杂的微结构聚合物光纤传感器

1.9.6 其他传感应用

1.10 传光型光纤传感器

1.10.1 振幅调制传光型光纤传感器

1.10.2 相位调制传光型光纤传感器

1.10.3 偏振态调制传光型光纤传感器

1.11 光纤传感技术的发展趋势及课题

1.12 小结

思考题与习题

参考文献

2 多传感器的光网络技术

2.1 概述

2.2 光纤网络的连接技术

2.2.1 网络损耗的主要来源

2.2.2 光网络常用无源及有源光纤器件

2.3 光网络技术

2.3.1 可用于构成光传感网的传感器

2.3.2 成网技术

2.4 光传感网实例——光纤光栅在传感中的应用

2.4.1 光纤光栅在传感应用中需考虑的一般问题

2.4.2 光纤光栅传感网络

2.5 小结

思考题与习题

参考文献

3 光电传感器中的光纤技术

3.1 概述

3.2 光纤的基本特性

3.3 均匀折射率光纤的特性

3.3.1 子午光线的传播

3.3.2 斜光线的传播

3.3.3 光纤的弯曲

3.3.4 光纤端面的倾斜效应

3.3.5 圆锥形光纤

3.4 光纤的损耗

3.4.1 吸收损耗

3.4.2 散射损耗

3.5 光纤的色散

3.6 光纤的耦合技术

3.6.1 光纤和光源的耦合

3.6.2 光纤和光纤的直接耦合

3.6.3 多模光纤通过透镜耦合

3.7 光纤中光波的控制技术

3.7.1 光纤偏振器

3.7.2 光纤滤波器

3.7.3 光纤光栅

3.7.4 光隔离器

3.7.5 光调制器

3.8 小结

思考题与习题

参考文献

4 光传感信号处理技术

4.1 概述

4.2 相位调制型光传感器的信号解调技术

4.2.1 双光束干涉理论

4.2.2 干涉仪的信号解调

4.3 光纤锁相环法

4.3.1 光纤锁相环的原理

4.3.2 光纤锁相环系统的理论分析

4.3.3 小结

4.4 相位生成载波方法

4.4.1 概述

4.4.2 PGC方法原理

4.4.3 PGC方法注意事项

4.4.4 PGC信号频谱分析

4.4.5 PGC两种方案的比较

4.4.6 小结

4.5 外差法

4.5.1 概述

4.5.2 外差法原理

4.5.3 外差法频谱分析

4.5.4 外差法的优缺点和注意事项

4.5.5 小结

4.6 干涉型光纤传感器复用解复用方法

4.6.1 概述

4.6.2 频分复用

4.6.3 时分复用

4.6.4 时分波分复用

4.7 小结

思考题与习题

参考文献

5 光传感器的封装技术

5.1 概述

5.2 光传感器的封装方式

5.2.1 机械固定式

5.2.2 胶粘固定式

5.2.3 焊接固定式

5.2.4 金属焊固定式

5.3 光器件封装实例

5.3.1 同轴封装

5.3.2 蝶式封装

5.3.3 带尾纤全金属化封装

5.3.4 MiniDiL封装

5.3.5 无源对准技术

5.4 石英平面光路器件的封装技术

5.4.1 PLC封装技术

5.4.2 各种PLC组件封装技术

5.5 光表面安装技术

5.5.1 光表面安装技术的基本结构与特点

5.5.2 光表面安装技术的研究进展

5.6 小结

思考题与习题

参考文献

6 多传感器信息融合技术

6.1 概述

6.2 多传感器信息融合的基本原理

6.3 多传感器信息融合的系统结构

6.3.1 检测级融合结构

6.3.2 位置级融合结构

6.3.3 目标识别级融合结构

6.4 多传感器信息融合的理论方法

6.4.1 模型建立

6.4.2 实际系统的性能优化工具和方法

6.4.3 传感器系统及其神经网络学习算法的应用

6.5 多传感器数据融合的典型应用

6.5.1 基于传感器融合的反潜战

6.5.2 在线水质监测

6.5.3 多传感器直线度误差测量与分离技术

6.6 小结

思考题与习题

参考文献

7 光电传感技术在电力系统的应用

7.1 概述

7.1.1 电力系统对传感器的要求

7.1.2 电力系统用光传感器的主要类型

7.2 光纤电流传感器

7.2.1 辐射内调制型光纤电流传感器

7.2.2 电热型和磁光型光纤电流传感器

7.2.3 光纤光栅电流传感器

7.2.4 三相光纤电流传感器系统的研究

7.3 光学电压传感器

7.3.1 主要类型、原理与结构

7.3.2 典型应用

7.4 光纤电功率传感器

7.5 开关设备的传感器——非电量传感器

7.5.1 光纤超声波传感器——局部放电定位

7.5.2 光纤探针传感器

7.5.3 光纤荧光传感器

7.5.4 半导体光纤温度传感器

7.6 典型应用及产品实例

7.6.1 光电式高压电流传感器

7.6.2 NxtPhase的高压电流传感器

7.6.3 ABB公司的电压互感器

7.6.4 数字光学仪用互感器

7.7 小结

思考题与习题

参考文献

8 光电传感技术在石油与化工行业的应用

8.1 概述

8.2 分布式光纤温度和压力传感器

8.2.1 基于拉曼散射的光时域反射计与分布式光纤温度传感器

8.2.2 基于光纤布拉格光栅的准分布式温度/压力传感

8.3 井下油气水光谱分析仪

8.3.1 概述

8.3.2 吸收式光谱分析仪的设计

8.4 地震勘探中的光纤传感器

8.4.1 概述

8.4.2 无指向性光纤声传感器

8.4.3 光纤加速度传感器

8.5 小结

思考题与习题

参考文献

9 光电传感技术在生物、生医生化领域的应用

9.1 概述

9.2 光生物传感器

9.2.1 概述

9.2.2 光生物传感器的主要类型、原理与结构

9.2.3 DNA传感器

9.2.4 光学免疫传感器

9.2.5 无标记测试传感器

9.3 生物传感器的典型应用例

9.3.1 表面等离子体谐振生物传感器与SPR分析技术

9.3.2 生物传感器的固定化技术

9.4 光医学传感器

9.4.1 概述

9.4.2 光纤体压计

9.4.3 光纤血流计

9.4.4 液芯光纤温度传感器

9.4.5 医用内窥镜

9.5 光生化传感器

9.5.1 概述

9.5.2 原理与结构

9.5.3 基本类型

9.6 小结

思考题与习题

参考文献

10 光电传感技术在航空航天领域的应用

10.1 概述

10.2 光纤陀螺仪

10.2.1 开环光纤陀螺仪

10.2.2 闭环光纤陀螺仪

10.2.3 消偏干涉型光纤陀螺仪

10.2.4 高精度光纤陀螺仪

10.2.5 影响IFOG性能的主要误差源

10.3 航天飞行器姿态控制

10.4 自主定位导航技术

10.4.1 组合导航系统

10.4.2 机载惯性导航系统

10.5 精确制导武器

10.5.1 机载战术导弹的惯性制导

10.5.2 航空火力控制系统

10.5.3 航空弹药的制导

10.6 智能材料与智能结构

10.6.1 概述

10.6.2 智能材料中的光纤传感器

10.6.3 光纤智能材料结构工艺

10.7 典型应用实例

10.7.1 减振降噪

10.7.2 LN100M先进模式定位系统

10.7.3 LN195

10.7.4 惯性检测单元LN200S

10.8 小结

思考题与习题

参考文献

11 光电传感技术在国防领域的应用

11.1 概述

11.2 光纤水听器

11.2.1 概述

11.2.2 干涉型光纤水听器工作原理

11.2.3 光纤水听器的种类

11.2.4 光纤水听器中应考虑的问题

11.3 光学传感器在安全防范中的应用

11.3.1 概述

11.3.2 全光纤的智能安全防范系统的设计

11.4 其他光学传感技术的应用

11.5 小结

思考题与习题

参考文献

12 光电传感器在环境保护与监测中的应用

12.1 概述

12.2 气体传感技术及其应用

12.2.1 染料指示剂型光纤气体传感

12.2.2 光纤荧光气体传感

12.2.3 光纤折射率变化型气体传感

12.2.4 光谱吸收型气体传感

12.3 光谱吸收技术用于气体测量的发展状况

12.3.1 气体在近红外波段的吸收

12.3.2 光谱吸收型光纤传感技术的发展概况

12.4 高灵敏度的光学气体测量方法

12.5 基于光子晶体光纤的气体传感技术

12.6 小结

思考题与习题

参考文献

本书在全面介绍各类光纤传感器的基础上，分析和讨论了在设计和应用光纤传感器时要注意的一些基本问题和关键技术，并给出了光纤传感器的典型应用实例。其中包括光纤和光纤器件的选用、连接和封装，光纤传感网，相位调制型光纤传感器的信号解调，以及光纤传感器在电力、石油化工、生医生化、航空航天、环保、国防等领域的典型应用。本书选材广泛，既反映了光纤传感技术的最新发展，又有一定深度。本书可作为高校物理电子和光电子、光学、光学仪器等专业的本科生和研究生的教材或参考书，也可供相关专业技术人员选用和设计光纤传感器时参考。