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第1章 绪言 1

第2章 光纤干涉测量的理论基础 3

2.1 引言 3

2.2 光的经典本质是光频电磁波 3

2.3 光的量子本质是光子流 5

2.3.1 光子的能量E 5

2.3.2 光子的质量m 6

2.3.3 光子的动量p 6

2.3.4 偏振态 6

2.3.5 光子简并度？ 7

2.4 光的干涉 7

2.5 相干光 10

2.6 光的非单色性对干涉条纹的影响 12

2.7 光源的大小对干涉条纹的影响 14

2.9.1 等厚条纹 17

2.8 光程 17

2.9 薄膜干涉 17

2.9.2 等倾干涉 19

2.10 部分相干理论 21

2.10.1 实多色场的复值表示 22

2.10.2 时间相干性、自相干函数与复自相干度 22

2.10.3 空间相干性、互相干性函数和复相干度 27

2.10.4 准单色条件、互强度和复相干因子 31

2.10.5 准单色光的传播和衍射 34

第3章 干涉型光纤传感器原理 40

3.1 引言 40

3.1.1 光纤传感器光学测量的基本原理 40

3.2 相位调制传感技术 41

3.1.4 环境特性 41

3.1.3 电光转换特性(光源的稳定性) 41

3.1.2 光辐射的频谱特性 41

3.3 一般调制原理及方式 42

3.4 光纤相位调制机理 43

3.4.1 应力应变效应 44

3.4.2 温度效应 45

3.4.3 光纤相位调制的干涉测量 45

3.5 微分干涉仪 50

3.5.1 相位压缩原理 50

3.5.2 微分干涉仪的结构 52

3.6 全保偏光纤迈克尔逊干涉仪 53

3.7 三光束光纤干涉仪 55

3.8 全光纤白光干涉仪 58

3.8.2 窄带光谱光源系统 59

3.8.1 宽带光谱光源系统 59

3.8.3 梳状光谱光源系统 60

3.9 相位解调技术 60

3.9.1 主动零差检测(Active Homedyne) 61

3.9.2 外差检测(Heterodyne) 62

第4章 光纤干涉测量 65

4.1 引言 65

4.2 迈克尔逊(Michelson)干涉位移传感器 65

4.3 马赫-曾德尔(Mach-Zehnder)干涉测量 67

4.3.1 静态磁场传感仪 67

4.3.2 数字式光纤温度传感器 69

4.3.3 直流电压传感器 73

4.3.4 3×3耦合器组成的光纤水听器 74

4.3.5 水声信号的光纤DSPI检测 79

4.3.6 水声信号的偏振干涉检测 84

4.3.7 天然气管道和油库的压力智能检测系统 87

4.4.1 一种Sagnac电流传感器 89

4.4 萨格纳克(Sagnac)干涉测量 89

4.4.2 光纤陀螺仪 91

4.4.3 组合晶体光纤陀螺 95

4.4.4 天然气管道泄漏检测定位系统 97

4.5 法布里-帕罗(Fabry-Perot)干涉测量 99

4.5.1 应变传感器 99

4.5.2 温度传感器 102

4.5.3 双干涉式微位移测量 106

4.5.4 声发射传感器 109

4.5.5 加速度传感器 113

4.5.6 F-P微弱磁场传感器 116

4.6 杨氏干涉激光谱线线宽的测量 119

4.7 速度干涉仪测量光纤长度 120

5.1.1 Bragg光纤光栅传感器 123

第5章 光纤光栅传感器 123

5.1 引言 123

5.1.2 “3S”系统的物理描述 125

5.1.3 “3S”系统的体系结构与技术难点 125

5.2 Bragg光纤光栅传感器 126

5.2.1 Bragg光纤光栅的应变特性 126

5.2.2 压力传感器 129

5.2.3 电压传感器 132

5.2.4 电流传感器 135

5.2.5 温度传感器 137

5.3 长周期光纤光栅的磁场传感器(仿真) 139

5.4 应变和温度的同时测量 143

5.5 光纤光栅传感器复用技术 146

6.1.1 OFSA结构与组阵原理 150

6.1 引言 150

第6章 光纤传感阵列 150

6.1.2 传输系统参数估算 152

6.1.3 系统实例 153

6.2 全保偏光纤水听器阵列 153

6.3 高速列车实时追踪的光纤光栅压力传感系统 155

6.4 有源波、空分复用光纤光栅传感网络 157

第7章 光纤干涉测量数字信号的处理和分析 161

7.1 引言 161

7.2 确定性信号的数字式处理和分析 161

7.2.1 离散傅里叶变换 162

7.2.2 数字信号处理中存在的问题及其解决方法 168

7.2.3 快速傅里叶变换(FFT) 175

7.3 随机信号的处理与分析 186

7.3.1 均值、均方值、方差 188

7.3.2 概率密度函数 189

7.3.3 相关 191

7.3.4 功率谱密度函数(功率谱) 199

7.3.5 相干函数(凝聚函数) 205

7.3.6 倒频谱 205

7.3.7 地下水管泄漏的相关检测 206

7.4 弱信号检测的混沌模型及应用 210

7.5 波长扫描干涉仪测距的信号处理 215

7.5.1 系统结构及测量原理 215

7.5.2 干涉信号处理 215

7.6 最小二乘相位解包络方法 220

7.6.1 引言 220

7.6.2 最小二乘法解相基本原理 221

7.6.3 实验与讨论 222

参考文献 224