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第1章 光纤传感技术的基本概念 1

1.1 光纤的基本概念 1

1.1.1 光纤的结构 1

1.1.2 光纤的分类 2

1.1.3 光纤的主要特性 4

1.2 光纤传感器概述 4

1.2.1 光纤传感器的定义 4

1.2.2 光纤传感器的分类 5

1.3 光纤传感器的工作原理 8

1.3.1 光电／电光效应 8

1.3.2 磁光效应 9

1.3.3 声光效应 10

1.3.4 弹光效应 11

1.3.5 其他光学效应 14

1.4 光纤传感器件 19

1.4.1 光纤连接器 19

1.4.2 光纤耦合器 21

1.4.3 波分复用器 23

1.4.4 光开关 24

1.4.5 光隔离器 26

1.4.6 光环形器 27

1.4.7 光纤光栅 29

1.4.8 偏振控制器 32

参考文献 33

第2章 光纤传感系统 35

2.1 光纤传感技术概述 35

2.1.1 光纤传感器的基本组成及原理 35

2.1.2 光纤传感器的特点 36

2.1.3 光纤传感器的研究现状 36

2.2 光源 37

2.2.1 发光二极管 37

2.2.2 激光二极管 39

2.3 光探测器 46

2.3.1 光探测器的基本原理 46

2.3.2 光探测器的主要特性 48

2.4 光纤的耦合技术 50

2.4.1 光纤和光源的耦合 50

2.4.2 光纤和光纤的直接耦合 51

2.4.3 多模光纤通过透镜耦合 52

参考文献 52

第3章 强度调制型光纤传感器 53

3.1 强度调制传感原理 53

3.2 强度调制型光纤传感器的补偿技术 53

3.2.1 光桥平衡补偿技术及其改进方法 54

3.2.2 双光路法补偿技术 57

3.2.3 双波长法（双频法）补偿技术 58

3.2.4 Culshaw网络法补偿技术 58

3.2.5 Beheim网络法补偿技术 58

3.2.6 四端网络法补偿技术 59

3.3 强度调制型光纤传感器的类型及应用实例 59

3.3.1 强度调制型光纤传感器的类型 59

3.3.2 强度调制型光纤传感器的应用实例 67

参考文献 71

第4章 波长调制型光纤传感器 73

4.1 波长调制型光纤传感器的原理和结构 73

4.1.1 波长调制型光纤传感器的原理 73

4.1.2 波长调制型光纤传感器的结构 73

4.2 传光型波长调制光纤传感器的调制方法 74

4.2.1 波长调制机理 74

4.2.2 光纤pH值传感器 75

4.2.3 光纤磷光传感器 75

4.2.4 光纤黑体温度计 77

4.3 波长调制型光纤传感信号的解调方法 78

4.3.1 直接解调系统 78

4.3.2 窄带激光激射扫描系统 78

4.3.3 宽带光源滤波扫描系统 79

4.3.4 线性边带滤波法 80

4.3.5 干涉解调系统 81

参考文献 83

第5章 相位调制型光纤传感器 84

5.1 相位调制型光纤传感器和光纤相位调制的原理 84

5.1.1 相位调制型光纤传感器的基本原理 84

5.1.2 光纤相位调制的基本原理 85

5.2 光纤干涉仪的类型 87

5.2.1 迈克尔逊光纤干涉仪 87

5.2.2 马赫-泽德尔光纤干涉仪 88

5.2.3 萨格纳克光纤干涉仪 89

5.2.4 法布里-珀罗光纤干涉仪 90

5.3 相位调制型光纤传感器的信号解调技术 91

5.3.1 零差法 91

5.3.2 2×2耦合器构成的无源零差解调方法 92

5.3.3 基于3×3光纤耦合器的零差解调法 93

5.3.4 2×2和3×3耦合器结合的无源零差解调方法 94

5.3.5 针对振动幅度较大的信号进行相位解调的方法 95

5.3.6 相位检测中的几个问题 98

5.4 光纤干涉仪的传感应用实例 100

5.4.1 迈克尔逊光纤干涉仪的应用举例 100

5.4.2 马赫-泽德尔光纤干涉仪的应用举例 105

5.4.3 萨格纳克光纤干涉仪的应用举例 107

参考文献 109

第6章 偏振态调制型光纤传感器 111

6.1 偏振态调制型传感原理 111

6.1.1 弹光效应 111

6.1.2 Pockels效应 112

6.1.3 Kerr效应 112

6.1.4 Faraday效应 114

6.2 偏振态调制光纤传感器应用实例 115

6.2.1 光纤电流传感器 115

6.2.2 BSO晶体光纤电场传感器 116

参考文献 118

第7章 分布式光纤传感器 119

7.1 时域分布式光纤传感器的工作原理 119

7.1.1 光纤中的后向散射理论 120

7.1.2 OTDR技术 121

7.1.3 瑞利散射型分布式光纤传感技术 122

7.1.4 基于拉曼散射的分布式光纤传感技术 123

7.1.5 布里渊散射型分布式光纤传感技术 123

7.1.6 多种分布式温度传感方法的比较 126

7.1.7 FBG和BOTDR性能比较 127

7.2 分布式光纤传感器传感信号的解调方法 127

7.2.1 前言 127

7.2.2 FBG的解调原理 127

7.2.3 分布式FBG传感器波长检测方法 128

7.3 其他（准）分布式光纤传感器——光纤法珀传感器 132

7.3.1 光纤法珀传感器的分类及特点 134

7.3.2 光纤法珀传感器的复用 136

7.4 分布式光纤传感器的应用 138

参考文献 140

第8章 光纤光栅传感器 141

8.1 光纤光栅传感器的原理 142

8.2 光纤光栅传感器的特性 143

8.2.1 掺锗光纤的紫外（UV）吸收谱 143

8.2.2 掺锗光纤的紫外光激折射率变化 145

8.2.3 提高光纤光敏性的方法 146

8.3 光纤光栅传感器的相关技术 146

8.3.1 静态解调方法 147

8.3.2 动态解调方法 150

8.3.3 光纤光栅传感器网络 155

8.3.4 光纤光栅传感网络的复用技术 156

8.4 光纤光栅传感器的制作 165

8.4.1 横向干涉法 165

8.4.2 相位掩模法 166

8.4.3 逐点写入法 167

8.4.4 相位掩模投影成栅法 167

8.4.5 长周期光栅制作法 168

8.4.6 啁啾光栅制作法 168

8.5 光纤光栅温度传感器 169

参考文献 175

第9章 光纤传感器在温度测量领域的应用 176

9.1 光纤温度传感器测量温度的原理 176

9.1.1 光纤温度传感器的原理 178

9.1.2 光纤温度传感器应用 180

9.2 光纤温度传感器在冶金领域中的应用 183

9.2.1 接触式测量 184

9.2.2 非接触式测量 184

参考文献 184