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XuetangX

光纤传感技术

South China Agricultural University via XuetangX

Overview

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《光纤传感技术》是一门系统剖析光纤如何实现精密“感知”的专业核心课程。本课程内容详实、逻辑严密,主要围绕以下五大知识模块展开深入讲授:

一、 物理基石与硬件基础
课程从传感与光纤传感的基本概念切入,先夯实物理基础。详细讲解光纤的基本结构、传光原理(光的折射与全反射)、损耗与色散特性,并延伸至光子晶体、微纳光纤等特种传感光纤。同时,深入剖析法拉第效应、弹光效应等传感器中的核心光学效应,并系统介绍光纤连接器、耦合器、隔离器等无源器件的性能与耦合机理,构建完整的硬件认知。

二、 系统架构与分类体系
在系统层面,课程讲授光纤传感系统的整体组成,涵盖光源选择、光电探测器原理以及光源与光纤的直接与透镜耦合技术。进而依据光纤在系统中的作用(功能性、非功能性、拾光型)和光信号调制类型(强度、偏振、频率、相位),建立清晰的技术分类图谱。

三、 四大核心调制技术(课程主干)
这是课程的重中之重,分门别类拆解光信号的调制与解调:

  1. 强度调制:剖析反射式、透射式、微弯式等原理,并重点攻克光桥平衡、双光路法等光强补偿技术以提升稳定性。

  2. 波长/频率调制:探究荧光/磷光传感的光谱与寿命机理,讲解光纤PH值传感及黑体辐射型温度传感(亮度/比色测量)。

  3. 相位调制:讲授干涉仪原理与相位检测,专章深度解析基于Sagnac效应的光纤陀螺仪(含干涉式、谐振式分类及解调技术),并拓展白光干涉、微分干涉等前沿测量新动向。

  4. 偏振态调制:讲解基于电光、磁光及克尔磁光效应的偏振态变化传感机制。

四、 分布式与光纤光栅传感(工程应用核心)
突破点式传感局限,课程详解基于瑞利、拉曼、布里渊散射的分布式光纤传感技术及OTDR技术。同时,专设光纤光栅(FBG/LPFG)模块,从光栅制备(相位掩模法等)出发,深度推演光栅的应变(轴向/横向)与温度传感理论、温度标定方法,并详细拆解板式、套管式等工程封装结构及分布式测温系统设计。

五、 新型材料与前沿拓展
紧跟时代脉搏,介绍光子晶体光纤、聚合物(塑料)光纤及微纳光纤等新型材料传感器的概念、制造工艺、独特传输特性及前沿应用场景。

总体而言,本课程由浅入深地讲透了光纤传感“是什么、靠什么原理、怎么造系统、怎么用”的全链路核心知识。


Syllabus

  • 绪论
    • 光纤传感器的介绍
  • 光纤传感技术的基本概念
    • 光纤的基本性质
    • 传感用光纤
    • 传感用光纤无源器件
  • 光纤传感系统
    • 光纤传感器分类
    • 光纤传感系统
  • 强度调制型光纤传感器
    • 强度调制光纤传感原理
    • 反射式强度调制型光纤传感器
    • 透射式强度调制型光纤传感器
    • 光模式强度调制型光纤传感器
    • 折射率强度调制型光纤传感器
    • 光吸收系数强度调制型光纤传感器
  • 波长/频率调制型光纤传感器
    • 光纤黑体辐射型温度传感器
    • 频率调制型光纤传感技术
    • 光纤PH值传感器
    • 光纤磷光/荧光传感器
    • 波长调制型传感器的基本原理和分类
  • 相位调制型光纤传感器
    • 相位调制型传感器的基本原理
    • 常用的光纤干涉仪的类型
    • 光纤陀螺仪
  • 偏振态调制型光纤传感器
    • 分布式光纤传感技术
      • 分布式光纤传感器技术的定义
      • 分布式光纤传感技术的分类
    • 光纤光栅传感器
      • 光纤光栅的基本知识
      • 光纤光栅应变传感器
      • 光纤光栅温度传感器
    • 新型材料的光纤传感器
      • 光子晶体光纤传感器
      • 聚合物光纤传感器
      • 微纳光纤传感器
      • 塑料光纤传感器
    • 期末考试

      Taught by

      Amanda

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