光纤光栅及其传感技术PDF电子书下载

第一章　光纤及光纤光栅的基本概念 1

1.1　光纤的基本概念 1

1.1.1　光纤的结构 1

1.1.2　光纤的材料 2

1.1.3　光纤的类型 3

1.1.4　光纤的特性 3

1.2　光纤光栅器件的基本概念 4

1.2.1　光纤光栅模式耦合理论 5

1.2.2　光纤光栅的加工工艺 6

1.2.3　光纤光栅的类型 11

1.3　光纤光栅器件在通信中的应用简介 15

1.3.1　光纤光栅激光器 15

1.3.2　光纤光栅放大器 18

1.3.3　色散补偿器 19

1.3.4　光分插复用器 19

1.3.5　光纤光栅波分复用器 20

1.3.6　光纤光栅波长转换器 20

1.3.7　光纤光栅滤波器 21

1.4　光纤光栅传感器基础 23

1.4.1　光纤光栅传感器基本原理 24

1.4.2　光纤光栅传感器术语及性能指标 24

参考文献 28

第二章　光纤光栅传感系统 30

2.1　光纤光栅系统的组成 30

2.1.1 光纤光栅传感系统的基本组成 30

2.1.2　光纤耦合器 30

2.1.3　光纤隔离器及环形器 34

2.1.4　光开关 35

2.1.5　波分复用器 43

2.2　光纤光栅传感系统中的光源 45

2.2.1　半导体激光器LD 46

2.2.2　发光二极管LED 47

2.2.3　放大自发辐射ASE光源 48

2.2.4　可调谐分布反馈DFB激光器 49

2.3　光纤光栅传感器的增敏与封装 51

2.3.1　光纤光栅应变增敏 51

2.3.2　光纤光栅温度增敏 51

2.3.4　嵌入式敏化与封装 52

2.3.3　光纤光栅温度减敏 52

2.3.5　粘敷式敏化与封装 53

2.4　光纤光栅传感器交叉敏感问题及其解决方法 54

2.4.1 温度测量 54

2.4.2　应变测量 54

2.4.3　应变与温度的分离测量 54

2.4.4　利用一只光纤光栅实现温度与力的分离测量 57

2.4.5　利用一只光纤光栅实现温度与位移的分离测量 58

2.4.6　压力与温度的分离测量方法 58

参考文献 60

第三章　光纤光栅传感器 63

3.1　光纤光栅温度传感器 63

3.1.1 用裸光纤光栅传感器对温度进行测量 63

3.1.2　对裸光纤光栅封装制成的温度传感器 64

3.1.3 带有机械结构的光纤光栅温度传感器 68

3.2　光纤光栅应变与位移传感器以及振动与加速度传感器 71

3.2.1　光纤光栅应变测量的基本公式 71

3.2.2　悬臂梁和简支梁 71

3.2.3　光纤光栅位移应变传感器 75

3.2.4　光纤光栅振动与加速度传感器 86

3.3　光纤光栅压力传感器 93

3.3.1　裸光纤光栅的压力测量 93

3.3.2　改进的光纤光栅压力传感器 94

3.4　光纤光栅电磁传感器 110

3.5　光纤光栅水声以及液体变化传感器 116

3.5.1　光纤光栅水声传感器 116

3.5.2　光纤光栅液体参数传感器 118

3.6.1　光纤光栅氢浓度传感器 123

3.6　用于氢以及碳氢化合物检测的光纤光栅传感器 123

3.6.2　光纤光栅碳氢传感器 127

3.7　光纤光栅折射率传感器 131

3.8　光纤光栅扭矩传感器 135

3.8.1　扭矩传感原理 135

3.8.2　光纤光栅扭矩传感器结构 136

3.9　基于双折射效应的光纤光栅称重传感器 142

参考文献 145

4.1.1 传感器网络 150

4.1.2　光纤光栅传感网络 150

4.1　光纤光栅传感网络的概念 150

第四章　光纤光栅传感网络与复用技术 150

4.2　光纤光栅传感网络常见的复用技术 151

4.2.1 光纤光栅传感网络的波分复用技术 151

4.2.2　光纤光栅传感网络的空分复用技术 157

4.2.3　光纤光栅传感网络的时分复用技术 158

4.2.4　光纤光栅传感网络的副载波频分复用技术 159

4.2.5　光纤光栅传感网络的相干域复用技术 160

4.2.6　混合复用FBG传感网络 161

参考文献 166

第五章　光纤光栅传感信号的解调方法 168

5.1　单光纤光栅传感信号的解调技术 168

5.1.1　复合干涉解调法 168

5.1.2　被动式波长比率解调法 169

5.1.3　波分复用（WDM）光纤耦合器解调法 171

5.1.4　非平衡Mach-Zehnder干涉解调法 172

5.1.5　锁模解调法 173

5.1.6　基于光纤Fabry-Perot滤波器解调法 174

5.1.7　非平衡扫描迈克耳逊干涉仪解调法 175

5.1.9　基于波长选择性探测器的解调法 176

5.1.8　斜光纤光栅（TFBG）解调法 176

5.1.10　傅里叶变换谱法 178

5.1.11 FBG自解调法 178

5.1.12 匹配光纤光栅滤波法 179

5.1.13　波长扫描极值法 180

5.1.14 高折射环形镜边缘滤波法 181

5.1.15　保偏光纤环路调谐法 181

5.2　多光纤光栅分布式传感信号的解调技术 182

5.2.2 匹配FBG可调滤波检测法 183

5.2.1　CCD分光计法 183

5.2.3 可调谐光纤F-P滤波器检测法 184

5.2.4　非平衡M-Z干涉仪检测法 185

5.2.5 结合时域地址查询技术的非平衡Miehelson干涉解调检测法 186

5.2.6　可调窄带光源检测法 189

5.2.7　连续波调频技术 190

5.2.8 宽带光源／副载波检测法 191

5.2.9　可调制激光器解调系统 192

参考文献 194

6.1　光纤光栅传感器在结构健康监测方面的应用 196

第六章　光纤光栅传感器的应用 196

6.1.1 光纤传感器在混凝土结构中的适应性研究 198

6.1.2　光纤传感器用于结构应变监测 199

6.2　光纤光栅传感器在石油工业中的应用 199

6.2.1 温度和压力的测量 200

6.2.2　流量及多相流测量 205

6.2.3　测井技术 207

6.2.4　地震波检测 207

6.3　光纤光栅传感器在航天器及船舶中的应用 208

6.2.5 长距离石油管线监测 208

6.4　光纤光栅传感器在船舶航运业中的应用 210

6.5　光纤光栅传感器在电力工业中的应用 212

6.6　光纤光栅传感器在医学中的应用 213

6.7　光纤光栅传感器在化学领域中的应用 214

6.8　光纤光栅传感器在核工业中的应用 214

参考文献 215

第七章　新结构新材料光纤光栅器件 219

7.1　啁啾莫尔（重叠写入）型光纤光栅 219

7.2　双轴（保偏）光纤光栅 221

7.2.1 双轴光纤光栅的概念 222

7.2.2　边孔光纤光栅的特性 223

7.3　双包层光纤光栅 226

7.4　变包层光纤光栅 227

7.5　多模光纤光栅 230

7.6　少模光纤光栅 231

7.7　光纤光栅耦合器 233

7.7.1　分离式光纤光栅耦合器 233

7.7.2　融和式光纤光栅耦合器 234

7.8　光子晶体光纤光栅器件 235

7.8.1　掺锗光敏纤芯光子晶体光纤光栅 236

7.8.2　聚合物填充金属镀层的大尺寸空气孔包层长周期光子晶体光纤光栅 237

7.8.3　无掺杂光子晶体光纤布喇格光栅 239

7.8.4　无掺杂纯硅大模面积长周期光子晶体光纤光栅 240

7.9　聚合物光纤光栅器件 241

7.9.1 聚合物光纤光栅的基本光学性质 241

7.9.2　聚合物光纤光栅的制作方法 242

7.9.3　聚合物光纤光栅的性能 243

7.10　阶跃变化折射率长周期光纤光栅 244

7.11　传感用光纤光栅 244

参考文献 246