高等学校“十一五”规划教材·电子与通信工程系列：光纤测量与传感技术（第3版） pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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孙圣和，王廷云，徐影 著

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• 光纤测量
• 光纤传感
• 通信工程
• 电子工程
• 传感器技术
• 光纤技术
• 高等教育
• 教材
• 仪器仪表
• 测试技术

出版社： 哈尔滨工业大学出版社

ISBN：9787560314440

版次：3

商品编码：11285233

包装：平装

丛书名： 高等学校“十一五”规划教材·电子与通信工程系列

开本：16开

出版时间：2007-09-01

用纸：胶版纸

页数：275

正文语种：中文

内容简介

　　《高等学校“十一五”规划教材·电子与通信工程系列：光纤测量与传感技术（第3版）》系统地讨论了光纤测量和光纤传感器的基本原理、方法、实现及应用。《光纤测量与传感技术》选材合理，基本概念清楚，叙述深入浅出，理论密切结合实际，内容新颖。主要内容包括光纤的基本原理，光纤系统转换器和元件连接，光纤衰减和色散测量，光纤传感器基本原理，光纤传感器应用——机械量传感器、热工量传感器、电磁量传感器、医用传感器和监测大气污染传感器。《光纤测量与传感技术》以光纤测量与传感的原理、方法和应用为主线，力求有一定的先进性和实用性，从而开阔读者的眼界，并对光纤测量与传感有一个全面、深入的了解。
　　《高等学校“十一五”规划教材·电子与通信工程系列：光纤测量与传感技术（第3版）》可作为高等院校测量技术及仪器、通信工程、电子科学及技术专业的本科生和研究生的教材，也可供有关科研人员、工程技术人员及教师参考。

目录

第一章 光纤的基本原理
1.1 引言
1.2 光纤波导的原理
1.3 光纤的分类
1.4 光纤的特性
1.5 光纤的衰减机理
1.6 光纤的色散机理

第二章 光纤系统转换器和元件连接
2.1 引言
2.2 电光转换器——光源
2.3 光电转换器——光探测器
2.4 光纤连接器和固定接头
2.5 光纤定向耦合器

第三章 光纤衰减测量
3.1 引言
3.2 衰减测量的光激励
3.3 剪断法
3.4 插入损耗法
3.5 背向散射法
3.6 光时域反射计
3.7 光频域反身计

第四章 光纤色散测量
4.1 引言
4.2 时域法
4.3 频域法
4.4 时域法和频域法的比较

第五章 光纤传感器基本原理
第六章 光纤机械量传感器
第七章 光纤热工量传感器
第八章 光纤电磁量传感器
第九章 医用光纤传感器
第十章 监测大气污染光纤传感器
参考文献

精彩书摘

　　要测量光纤的特性，开发光纤的应用，必须对光纤波导的原理及其重要的光学特性有基本的了解。本章首先介绍光纤波导的基本原理及其分类，然后讨论光纤的各种特性，重点讨论传输特性（即光学特性），包括衰减和色散，最后介绍光纤元件（接头、连接器等）的特点及在系统中应用时的要求。
　　1.2光纤波导的原理
　　光纤是传光的纤维波导或光导纤维的简称。通常，它是由高纯度的石英玻璃为主掺少量杂质锗（Ge）、硼（B）、磷（P）等的材料制成的细长的圆柱形，细如发丝（通常直径为几微米到几百微米）。实用的结构有两个同轴区，内区称为纤芯，外区称为包层。通常，在包层外面还有一层起支撑保护作用的套层。
　　因为光是电磁波，所以光在光纤中的传输可用麦克斯韦波动方程来分析。当光纤的断面尺寸比光波长大得多时，可用射线的概念来处理。
　　射线光学的基本关系式是有关其反射和折射的菲涅耳（Fvesnel）定律。
　　全反射现象是光纤传输的基础。现在，我们来看一根具体的光纤，纤芯折射率n1大于包层折射率n2，n0为空气折射率。为分析方便，我们讨论光线为子午光线的情况。子午光线是指在子午平面上传播的光线。子午平面是与纤轴相交且与纤壁垂直的所有平面。在光纤内传播的子午光线，简称内光线，遇到纤芯与包层的分界面的入射角大于θc时，才能保证光线在纤芯内产生多次全反射，使光线沿光纤传输。然而，内光线的入射角大小又取决于从空气中入射的光束进入纤芯所产生的折射角θt，因此，空气和纤芯界面上入射光的入射角θi就限定了光能否在光纤中以全反射形式传输。
　　与内光线入射角的临界角θc相对应，光纤入射光的入射角θi有一个最大值θmax0当θi≤θmax时，入射光在光纤内将以大于或等于θc的入射角在纤芯和包层界面上产生多次的全反射。当光线以θi>θmax入射到端面上时，内光线将以小于θc的入射角投射到纤芯和包层界面上。这样的光线，由于每次射到界面上只是部分反射，故很快就会漏出光纤。因此，θmax确定了光纤的接收锥半角。下面讨论θmax的确定。
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前言/序言

光纤传感：从原理到应用的先进技术 光纤传感技术，作为一门融合了光学、电子学、材料科学以及信息科学的交叉学科，正以前所未有的速度渗透到科学研究、工业生产、环境保护、医疗健康乃至日常生活等方方面面。其核心优势在于利用光纤作为信息载体，将物理量、化学量或生物量转化为光信号的变化，并通过对这些光信号的精确测量和分析，实现对被测对象的实时、远程、高灵敏度监测。这本书将深入探讨光纤传感技术的方方面面，为读者构建一个全面而深入的知识体系。 一、光纤传感的基本原理与关键技术 本书的首部分将系统梳理光纤传感技术的基石——基本原理。我们将从光的传播特性出发，阐述光在光纤中的引导机制，以及光纤结构和材料对光信号的影响。在此基础上，详细介绍各种光纤传感的物理效应。 折射率变化型传感： 这是最基本也是最广泛应用的传感机理。当被测量的参数（如温度、压力、应力、湿度等）改变时，会直接或间接引起光纤核心或包层折射率的微小变化。我们将深入分析光纤的弹光效应、热光效应、压光效应等，并重点讲解如何利用法布里-珀罗干涉、马赫-曾德尔干涉、Sagnac干涉等经典光学干涉原理，将折射率的变化转化为光强或相位变化，从而实现测量。 散射型传感： 光纤中的瑞利散射、拉曼散射和布里渊散射是重要的信息载体。瑞利散射主要用于光时域反射计（OTDR）等距离测量应用。拉曼散射和布里渊散射则对温度和应力极其敏感，通过分析散射光的频率偏移和强度变化，可以实现分布式传感。我们将详细讲解这些散射机制的物理基础，以及如何通过光谱分析技术提取有用的传感信息。 光纤光栅传感： 光纤光栅（FBG）是近年来发展迅速的光纤传感技术。通过在光纤核心中周期性地改变折射率，可以形成对特定波长光具有反射或透射特性的光栅。FBG对温度和应力的响应尤为显著，其反射光谱峰位的移动直接反映了温度和应力的变化。本书将详细介绍FBG的制备方法（如紫外曝光法、电子束曝光法等），以及不同类型FBG（如长周期光纤光栅LPFG）的工作原理和应用。 光纤传感器件： 除了上述基本原理，我们还将介绍一些特殊结构的光纤传感器件，如光纤耦合器、光纤调制器、偏振光纤等，它们在构建复杂传感系统和实现特定功能时起着至关重要的作用。 二、光纤传感系统的构建与关键器件 光纤传感系统并非孤立的光纤，而是由光源、光纤、传感器件、光电探测器以及信号处理单元组成的有机整体。本书将着重阐述系统的设计原则和关键器件的选择。 光源的选择： 根据传感原理和应用需求，选择合适的光源至关重要。我们将讨论激光器（如半导体激光器、固体激光器）和宽带光源（如超辐射发光二极管、稀土掺杂光纤光源）的特性，以及它们在不同传感系统中的优劣势。 光纤的选择： 光纤的类型（如单模光纤、多模光纤、偏振保持光纤、塑料光纤等）和特性（如损耗、色散、非线性效应、抗弯曲性等）直接影响传感系统的性能。我们将深入分析不同类型光纤的结构、传输特性及其在特定应用场景下的适配性。 光电器件： 光电探测器是将光信号转化为电信号的关键。本书将介绍PIN光电二极管、雪崩光电二极管（APD）、光电倍增管（PMT）等常用探测器的原理和性能指标，以及如何根据信号强度、响应速度等要求进行选择。 信号处理与解调： 原始的光信号往往需要经过复杂的信号处理和解调才能提取出有用的测量信息。我们将介绍时域、频域和相域解调技术，包括锁相放大、傅里叶变换、快速傅里叶变换（FFT）、数字信号处理（DSP）等算法，以及如何通过这些技术实现高精度、高分辨率的测量。 三、光纤传感技术的具体应用领域 光纤传感技术的强大之处在于其广泛的适用性。本书将聚焦于当前最为活跃和具有代表性的应用领域，深入剖析光纤传感在此类应用中的独特优势和实现方式。 工业监测与过程控制： 结构健康监测（SHM）： 在桥梁、隧道、大坝、飞机机翼等大型结构中，嵌入光纤传感器可以实时监测应力、应变、振动、温度等参数，及时发现潜在的安全隐患，提高结构的使用寿命和安全性。 工业过程参数测量： 在化工、石油、电力等行业，光纤传感器可以安全地测量高温、高压、腐蚀性介质等极端环境下的温度、压力、液位、流量等参数，克服传统传感器在恶劣环境下的局限性。 设备故障诊断： 通过监测设备的振动、温度等变化，可以提前预警设备的运行异常，预防重大故障的发生，降低维护成本。 环境监测与保护： 水质监测： 利用光纤传感器可以实时监测水体中的pH值、溶解氧、化学污染物（如重金属离子、有机污染物）等，为水资源保护和污染治理提供数据支持。 气体泄漏检测： 特定气体对特定波长的光具有吸收或散射特性，利用光纤光谱技术可以实现对有毒有害气体的远程、实时检测，保障公共安全。 土壤监测： 监测土壤的湿度、温度、盐度以及污染物含量，为精准农业和土壤修复提供依据。 大气监测： 监测空气质量、污染物浓度、温室气体等，为气候变化研究和环境治理提供数据。 医疗健康领域： 微创介入式传感： 光纤探针具有细小、柔韧、绝缘的特点，可以深入人体内部进行精准测量，如测量血管内的血压、血氧，监测肿瘤的温度等，实现微创诊断和治疗。 生物化学传感： 将生物分子（如抗体、酶）固定在光纤表面，可以构建高度特异性的生物传感器，用于检测疾病标志物、药物浓度等。 影像诊断： 利用光纤可以将光信号传导至体内，结合新型成像技术，实现体内成像，辅助医生进行诊断。 航空航天与国防领域： 飞机与航天器结构监测： 监测飞行器在极端环境下的结构应力、温度、振动等，提高飞行安全性。 战场环境监测： 实时监测战场区域的温度、湿度、气体成分等，为军事行动提供态势感知。 目标探测与识别： 利用光纤传感的灵敏性，可以探测和识别微弱的信号，如声波、振动信号。 其他新兴应用： 智能交通系统： 监测道路的应力、应变，预测路面状况，以及监测车辆流量。 新能源领域： 监测风力发电机叶片、太阳能电池板的运行状态。 食品安全检测： 快速检测食品中的有害物质和农药残留。 四、光纤传感技术的发展趋势与未来展望 光纤传感技术并非停滞不前，而是不断进化。本书的最后部分将对这一领域未来的发展方向进行展望。 分布式传感技术的深化： 进一步提高分布式传感的测量精度、空间分辨率和监测范围，实现对更大范围、更复杂结构的精细化监测。 多功能集成化与智能化： 开发能够同时测量多种参数的集成化光纤传感器件，并结合人工智能和大数据技术，实现传感数据的智能分析、故障诊断和预测性维护。 新型传感材料与机制的探索： 研发具有更高灵敏度、更宽测量范围、更强适应性的新型光纤材料（如特种光纤、纳米材料）和新型传感机理。 无线光纤传感的实现： 探索将能量采集和无线传输技术与光纤传感结合，实现真正意义上的无线、无源光纤传感器。 成本的降低与规模化应用： 随着技术的成熟和生产工艺的改进，光纤传感技术的成本将逐步降低，有望在更多民用领域实现规模化应用。 通过对光纤传感技术基本原理、关键器件、广泛应用以及未来趋势的系统性阐述，本书旨在为从事光纤传感研究、开发和应用的读者提供一个全面、深入的学习平台，助力其在该前沿领域取得突破。

评分☆☆☆☆☆

我是一名通信工程的本科毕业生，目前在一家光通信设备公司从事技术支持工作。在实际工作中，经常会遇到一些需要用到光纤测量和传感技术的场景，比如光纤的损耗测试、色散测量、以及一些基于光纤的光信号监测等。这本书我是在工作一段时间后才开始阅读的，当时我遇到了一些技术瓶颈，希望能通过深入学习来解决。它的内容深度和广度都非常适合我这样的在职工程师，能够帮助我巩固已有的知识，并且拓展新的视野。我尤其喜欢书中对一些复杂概念的解释，通常会先从基础理论入手，然后逐步深入，并且配以丰富的图示和实例，这使得我能够更好地理解和消化。

评分☆☆☆☆☆

这本书我读了有一段时间了，确实给我留下了不少深刻的印象。初次翻开它，就被其厚重的篇幅和严谨的排版所吸引。我是一名在读的通信工程专业研究生，在学习光通信的课程时，对光纤的测量和传感技术产生了浓厚的兴趣。一直想找一本能够系统梳理这方面知识的书籍，于是就锁定了这本书。它的封面设计简洁大气，书脊上的信息清晰明了，一看就是正规的教材。拿到手后，我迫不及待地翻阅了目录，发现涵盖了从光纤的基本原理，到各种测量方法，再到传感的应用，内容体系非常完整，这让我对它充满了期待。

评分☆☆☆☆☆

作为一个对通信技术充满好奇心的自学者，我一直在寻找能够引领我入门光纤测量与传感领域的书籍。我之前阅读过一些关于光通信基础知识的书，但总感觉在测量和传感方面不够深入。这本书的出现，正好填补了我的知识空白。我最欣赏的是它清晰的逻辑结构，每一章都紧密相连，层层递进，让我能够循序渐进地掌握知识。它没有过于理论化的堆砌，而是将实际应用和原理紧密结合，这对于我这样的初学者来说非常友好。我常常会花很多时间去理解书中的每一个公式，每一个示意图，力求将其中的精髓都吸收进去。

评分☆☆☆☆☆

我是一个对新技术充满热情的工程师，尤其对通信领域的发展动态非常关注。光纤测量与传感技术是当前光通信领域中一个非常重要的分支，它的发展直接关系到通信系统的性能和可靠性。这本书我之所以会关注，是因为它作为“十一五”规划教材，并且已经出到了第三版，这说明它的内容经过了时间的检验，并且一直在不断更新，是非常有价值的参考资料。我非常期待通过阅读这本书，能够更深入地了解光纤测量和传感技术的最新进展，以及它们在未来的通信网络中可能扮演的角色。我相信，这本书能够为我提供坚实的理论基础和广阔的视野。

评分☆☆☆☆☆

这本书的语言风格非常学术化，用词严谨，逻辑清晰，这一点对于我这样的学术研究者来说是至关重要的。我是一名高校教师，平时需要给本科生讲授光电子技术相关的课程，同时也在进行相关的科研项目。在教学和科研过程中，经常需要参考最新的技术文献和理论知识。这本书的第三版，我相信在内容上一定有更新和改进，能够反映当前领域的发展水平。我在阅读时，也经常会思考如何将书中的内容融入到我的教学中，如何引导学生去理解这些复杂的测量和传感原理，以及如何将这些原理应用到实际的科研课题中。