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第1章 光纤传感技术的发展综述 1

1.1 光纤传感技术的国内外现状 2

1.2 光纤传感技术的发展趋势 5

1.3 光纤传感研究的一些关键技术 7

1.3.1 光纤布拉格光栅 7

1.3.2 光时域反射计 8

1.3.3 分布式温度传感器——分布式拉曼温度传感器 8

1.3.4 分布式布里渊光时域分析仪和反射计 9

1.3.5 分布式瑞利光频域反射计 9

1.4 光纤传感网络的前沿 12

1.4.1 分布式光纤传感网 13

1.4.2 干涉型光纤传感网 14

1.4.3 光纤光栅传感网 15

1.4.4 国内光纤传感网的发展趋势 15

1.4.5 光纤传感网的发展趋势 16

1.5 光纤传感技术的应用 17

1.5.1 结构健康监测国际研究进展 17

1.5.2 结构健康监测国际论坛 18

1.5.3 结构健康监测传感器 19

1.5.4 基于光纤传感的复合材料结构健康检测传感器 19

1.5.5 基于光纤传感器的土木结构健康监测 21

1.5.6 基于光纤传感网络的其他工业应用 22

参考文献 23

第2章 大容量光纤传感网络器件与技术 27

2.1 面向大容量光纤传感网络的光栅阵列 27

2.1.1 大容量光纤传感网络对光栅阵列的要求 27

2.1.2 相位掩模法制备光栅的理论与关键技术 29

2.1.3 大规模光纤光栅阵列的在线制备 37

2.2 弱光纤光栅阵列的复用与信号解调 44

2.2.1 光纤光栅阵列的复用技术 44

2.2.2 大规模光纤光栅时分阵列的理论研究 46

2.3 基于相敏查询的弱光纤光栅传感系统解调方法与技术 54

2.3.1 相敏查询方法的理论研究 54

2.3.2 相敏查询系统的设计与实现 59

2.4 基于相敏查询的弱光纤光栅解调系统的实验验证 64

2.4.1 弱光纤光栅序列寻址 64

2.4.2 弱光纤光栅阵列波长测量 65

2.4.3 串扰引起光谱失真 65

2.4.4 光纤光栅传感网络系统稳定性测试 66

2.5 基于弱光纤光栅阵列的分布式振动探测系统 67

2.5.1 分布式振动探测系统原理 67

2.5.2 弱光纤光栅序列反射光信号时序分析 68

2.5.3 干涉条纹可见度分析 68

2.5.4 弱光纤光栅参数设计 70

2.5.5 相位解调技术 71

2.5.6 偏振衰落现象 74

2.5.7 基于弱光栅阵列的分布式振动探测系统实验验证 75

参考文献 82

第3章 长距离分布式光纤传感网研究进展 84

3.1 长距离光纤布里渊光时域分析仪 84

3.1.1 长距离BOTDA国内外研究现状 84

3.1.2 基于环形腔光纤随机激光放大的BOTDA 85

3.1.3 基于随机光纤激光与低噪声LD混合放大的BOTDA 92

3.1.4 数字图像处理在长距离BOTDA传感中的应用 98

3.2 长距离光纤相位敏感型光时域反射计 101

3.2.1 长距离Φ-OTDR国内外研究进展综述 101

3.2.2 基于双向一阶拉曼放大的Φ-OTDR 103

3.2.3 Φ/B-OTDR融合系统 110

3.2.4 基于分区式混合放大的Φ-OTDR 117

3.3 长距离光纤分布式传感网的应用 125

3.3.1 基于Φ-OTDR的列车定位与测速系统 125

3.3.2 基于光纤分布式声波传感的石油管道安全监测系统在石油工业中的应用 129

参考文献 134

第4章 高精度光纤气体传感及网络技术 139

4.1 引言 139

4.2 光谱吸收型光纤气体传感技术 141

4.2.1 气体的光吸收理论 141

4.2.2 直接吸收型传感器 142

4.2.3 吸收型光纤传感器的传感单元 146

4.2.4 空芯光纤气体传感系统 149

4.2.5 多点光纤气体传感系统 154

4.3 光声光谱气体传感技术 160

4.3.1 光声光谱气体检测技术原理 160

4.3.2 光纤声波激发技术 162

4.3.3 光纤声波传感器 164

4.3.4 全光纤光声光谱气体检测技术 172

4.4 光热光谱气体传感技术 175

4.4.1 气体吸收中的光热效应 175

4.4.2 光纤热透镜检测技术 177

4.4.3 光纤光热相位调制和干涉仪检测技术 178

4.4.4 讨论与展望 188

4.5 其他光纤气体传感技术 189

4.5.1 光纤荧光气体检测技术 190

4.5.2 基于敏感膜的光纤气体检测技术 193

4.5.3 光纤拉曼气体检测技术 200

参考文献 204

第5章 功能集成传感光纤关键技术 215

5.1 引言 215

5.1.1 发展传感光纤的原因 215

5.1.2 功能集成传感光纤的国内外研究现状 215

5.2 偏心光纤的传输特性 220

5.2.1 偏心光纤及其制备方法 220

5.2.2 偏心光纤传输光场特性 221

5.2.3 偏心光纤的基模有效折射率 224

5.2.4 偏心基心模的截止频率 225

5.3 偏心光纤的感测特性 228

5.3.1 偏心光纤的倏逝场特性 228

5.3.2 偏心光纤的倏逝场分布 230

5.3.3 用作分布式传感的偏心光纤传感灵敏度和传感长度 234

5.3.4 偏心光纤作为分布式燃油传感器的应用 236

5.4 多芯光纤的种类、制备方法及其传输特性 237

5.4.1 发展多芯光纤的因由 237

5.4.2 多芯光纤的种类与结构 238

5.4.3 多芯光纤的制备方法 239

5.4.4 多芯光纤的传输特性 239

5.4.5 多芯光纤的弯曲传输特性 242

5.5 多芯光纤传感技术概述 244

5.5.1 多芯光纤力学参量传感器 244

5.5.2 多芯光纤温度传感器 246

5.5.3 多芯光纤折射率传感器 247

5.5.4 多芯光纤多参量传感器 248

5.6 多芯光纤光栅感测特性 251

5.6.1 多芯光纤光栅传感器概况 251

5.6.2 多芯光纤光栅的制备方法 253

5.6.3 多芯光纤光栅弯曲传感技术 261

5.7 小结 270

参考文献 271

第6章 光纤传感接入组网器件与技术 278

6.1 光纤传感接入组网技术 278

6.2 光纤传感接入网光源器件 280

6.2.1 宽带多波长连续光源 280

6.2.2 窄线宽单纵模光纤激光器 285

6.2.3 低重复频率调Q光纤激光器 291

6.2.4 超短脉冲锁模光纤激光器 293

6.2.5 2好惨μm波段光纤激光器 294

6.2.6 宽光谱混沌光源 303

6.2.7 超低偏振光源 305

6.3 光纤传感接入网信号调制与放大 308

6.3.1 光纤传感光源的内调制技术 308

6.3.2 光纤传感光源的外调制技术 311

6.3.3 光纤传感信号的光放大技术 315

6.3.4 光纤传感接入链路的双向光放大技术 320

6.4 光纤传感接入网的信号探测和解调 321

6.4.1 高灵敏、大动态、高速探测技术 321

6.4.2 相干探测技术 325

6.4.3 宽带高精度光谱快速扫描技术 336

6.5 光纤传感接入网的智能管理技术 339

6.5.1 光纤传感分配网技术 340

6.5.2 光纤传感器地址解析技术 341

6.5.3 光纤传感接入网生存性监测技术 346

参考文献 351