光纤折射率与湿度传感器 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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邵敏 著

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• 光纤传感器
• 湿度传感器
• 折射率
• 光纤光学
• 传感技术
• 光学传感器
• 环境监测
• 精密测量
• 光纤通信
• 材料科学

出版社： 国防工业出版社

ISBN：9787118104189

版次：1

商品编码：11827641

包装：平装

开本：32开

出版时间：2015-08-01

用纸：胶版纸

页数：144

字数：201000

正文语种：中文

内容简介

　　《光纤折射率与湿度传感器》从光纤折射率与湿度传感器的研究和设计层面展开讨论，介绍和综述了光纤折射率与湿度传感器的基本概念、原理、应用现状以及光纤折射率与湿度传感器所涉及的光纤原理。着重阐述了几种新型光纤折射率与湿度传感器的设计制作、原理和传感特性，并介绍了新的研究成果。
　　《光纤折射率与湿度传感器》主要作为从事光纤传感技术方面的科技人员和工程技术人员的参考书，也可作为高等院校光纤传感相关研究领域的研究生参考书。

目录

第1章 绪论
1.1 概述
1.2 光纤传感技术
1.3 光纤折射率传感器的研究现状
1.4 光纤湿度传感器的研究现状
1.5 光纤折射率传感器与湿度传感器的应用概况

第2章 光纤传感的基本理论
2.1 光纤布拉格光栅传感原理
2.1.1 光纤布拉格光栅的结构原理
2.1.2 光纤布拉格的耦合模方程
2.1.3 光纤布拉格光栅的传感原理
2.2 长周期光纤光栅传感原理
2.2.纤芯基模与包层模的有效折射率
2.2.2 长周期光纤光栅的模式耦合方程
2.2.3 长周期光纤光栅的传感原理
2.3 光纤干涉仪
2.3.光纤马赫一曾德干涉仪
2.3.2 光纤萨格纳克干涉仪
2.3.3 光纤迈克尔逊干涉仪
2.3.4 光纤法布里一珀罗干涉仪
2.4 本章小结

第3章 微纳光纤布拉格光栅的折射率与湿度传感特性
3.1 微纳光纤布拉格光栅折射率传感特性的理论模拟
3.1.1 纤芯有效折射率与纤芯直径和环境折射率的关系
3.1.2 微纳光纤布拉格光栅对环境折射率的响应规律
3.2 微纳光纤布拉格光栅的制作
3.3 折射率传感特性
3.4 湿度传感研究
3.4.利用光纤测量湿度的工作原理
3.4.2 湿度传感特性
3.5 本章小结

第4章 基于SMS光纤结构结合光纤布拉格光栅的传感器
4.1 SMS光纤结构的传感原理
4.2 SMS光纤结构的数值模拟分析
4.2.1 SMS光纤结构内部光场分布的数值模拟
4.2.2 多模纤芯直径对光场分布的影响
4.2.3 多模纤芯长度对光场分布的影响
4.2.4 各阶模式的光场分布
4.2.5 环境折射率对光场分布的影响
4.3 SMS光纤结构的折射率传感实验研究
4.3.1 SMS光纤结构的制作
4.3.2 折射率传感特性
4.4 基于SMS光纤结构结合光纤布拉格光栅传感器的制作
4.5 传感器的理论分析
4.6 传感器的实验研究
4.6.1 折射率传感特性
4.6.2 湿度传感特性
4.7 本章小结

第5章 基于光纤锥型马赫-曾德干涉仪的湿度传感器与折射率传感器
5.1 光纤锥型马赫-曾德干涉仪的基本原理
5.2 基于双光纤锥型马赫-曾德干涉仪的湿度传感器
5.2.1 传感器的制作
5.2.2 理论分析
5.2.3 干涉光谱的傅里叶分析
5.2.4 湿度传感特性
5.2.5 温度传感特性
5.3 基于多模光纤与光纤锥的马赫一曾德干涉仪的湿度传感器
5.3.1 传感器的制作
5.3.2 理论分析
5.3.3 湿度传感特性
5.3.4 温度传感特性
5.4 基于多模纤芯与光纤锥的马赫一曾德干涉仪的折射率传感器
5.4.1 传感器的制作
5.4.2 理论分析
5.4.3 折射率传感特性
5.4.4 温度传感特性
5.5 本章小结

第6章 STMS光纤结构的折射率和湿度传感特性
6.1 STMS光纤结构的传感原理
6.2 STMS光纤结构的数值模拟分析
6.2.光纤长度对光场分布的影响
6.2.2 多模纤芯直径对光场分布的影响
6.2.3 环境折射率对光场分布的影响
6.3 STMS光纤结构的制作
6.4 STMs光纤结构的传感特性研究
6.4.1 折射率传感特性
6.4.2 湿度传感特性
6.4.3 温度传感特性
6.4.4 湿度传感方案的构思
6.5 本章小结

第7章 基于长周期光纤光栅的折射率传感器
7.1 基于LPFG嵌入保偏Sagnac环的折射率传感器
7.1.1 传感器制作
7.1.2 折射率传感特性
7.1.3 温度传感特性
7.2 基于LPFG熔接多模光纤的折射率传感器
7.2.1 传感器制作与原理
7.2.2 折射率传感特性
7.3 本章小结

参考文献

前言/序言

《光纤折射率与湿度传感器》是一部深入探讨如何利用光纤技术开发高精度、高灵敏度湿度传感器的学术专著。本书系统地介绍了光纤传感的基本原理，特别是折射率传感机制，并将其巧妙地应用于湿度检测领域。全书内容涵盖了从理论模型构建、材料选择与制备，到传感器结构设计、实验验证及性能评估的完整流程，力求为研究人员和工程师提供一套全面且实用的技术指南。 第一章 光纤传感基础理论 本章将为读者建立坚实的光纤传感理论基础。首先，详细阐述光在光纤中的传播机制，包括全内反射原理、模式理论以及光纤的基本结构（纤芯、包层、涂覆层）。接着，深入剖析光纤传感器的核心工作原理，重点介绍基于折射率变化的传感机制。我们将讨论多种折射率敏感的物理效应，例如瑞利散射、拉曼散射、布里渊散射等，并重点讲解如何通过改变光纤周围介质的折射率来影响光在光纤中的传输特性，进而实现传感。此外，本章还将概述不同类型光纤传感器的分类，如干涉型、衍射型、吸收型等，并初步介绍它们在不同应用场景下的优劣势。 第二章 折射率对湿度响应的机制 本章将聚焦于光纤折射率传感器在湿度检测方面的特殊应用。我们将详细分析湿度变化如何影响材料的折射率，并进而影响光纤的传感信号。这包括对吸湿性材料（如聚合物、凝胶、多孔材料等）的物理化学特性的深入研究，探讨其吸湿膨胀、溶胀、分子结构变化等现象与折射率之间的定量关系。针对不同的湿度响应机制，例如通过改变材料的密度、介电常数、化学成分等间接影响其折射率，我们将进行详细的理论推导和模型构建。本章还将讨论环境因素（如温度、压力、挥发性有机物等）对湿度-折射率响应的影响，并提出相应的补偿或抑制方法。 第三章 湿度敏感材料的设计与制备 本章是本书的核心内容之一，着重介绍用于构建高效湿度传感器的敏感材料。我们将系统梳理当前主流的湿度敏感材料，并对其特性进行深入分析。这包括： 聚合物基材料： 详细介绍各类聚合物（如聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚氨酯、硅橡胶等）在湿度变化下的溶胀行为及其对折射率的影响。探讨如何通过共聚、改性、纳米化等手段调控聚合物的亲水性、膨胀系数和折射率。 纳米复合材料： 介绍将纳米粒子（如二氧化硅、氧化铝、金属氧化物、碳纳米管、石墨烯等）掺杂到聚合物基体中，如何构建具有更高灵敏度和响应速度的复合材料。分析纳米结构对水蒸气吸附、扩散以及折射率变化的影响。 多孔材料： 探讨多孔硅、金属有机框架（MOFs）、共价有机框架（COFs）等材料在湿度传感中的应用。分析其独特的孔隙结构如何促进水蒸气的吸附和扩散，以及孔内介质折射率变化对整体传感性能的影响。 水凝胶： 介绍水凝胶在湿度传感中的优势，包括其高吸水性、良好的柔韧性和可设计性。探讨交联密度、官能团等对水凝胶溶胀行为和折射率响应的影响。 在材料制备方面，本章将详细介绍常用的制备技术，如旋涂、浸涂、喷涂、模板法、自组装等，并重点阐述如何通过精确控制制备工艺来优化材料的形貌、厚度、均匀性和光学性能。 第四章 光纤湿度传感器结构设计与集成 本章将深入探讨光纤湿度传感器件的设计与集成技术。我们将介绍多种可行的传感器结构，并分析它们在湿度检测中的优劣势： 光纤光栅类传感器： 详细介绍基于长周期光栅（LPG）、布拉格光栅（FBG）的湿度传感器。分析在光栅结构上沉积湿度敏感材料后，湿度变化如何引起光栅参数（如周期、有效折射率）的改变，从而导致反射或透射光谱的移动。 干涉型传感器： 介绍马赫-曾德尔干涉仪、法布里-珀罗干涉仪等在湿度传感中的应用。分析湿度敏感材料覆盖在干涉臂上，如何通过改变其长度或折射率来引起干涉信号的变化。 表面等离激元共振（SPR）传感器： 探讨如何将光纤表面修饰上纳米金属薄膜，利用SPR效应实现高灵敏度的折射率检测。分析湿度变化如何影响周围介质的折射率，进而导致SPR峰位置的移动。 其他结构： 简要介绍其他可能的光纤传感器结构，例如利用光纤端面、侧壁等作为传感区域的设计。 本章还将讨论如何将湿度敏感材料有效地涂覆或集成到光纤传感结构上，并探讨不同集成方式（如直接涂覆、浸入、封装等）对传感器性能的影响。同时，还将涉及传感器接口设计、连接与封装技术，以确保传感器的稳定性和长期可靠性。 第五章 传感器性能测试与表征 为了全面评估所开发的光纤湿度传感器的性能，本章将详细介绍各种测试方法和表征技术。这包括： 灵敏度（Sensitivity）： 如何通过实验测量传感信号（如光谱移动、光强变化等）随湿度变化的斜率来定量表征传感器的灵敏度。 响应时间（Response Time）： 介绍如何测量传感器对湿度变化的快速响应能力，包括上升时间和下降时间。 迟滞性（Hysteresis）： 分析传感器在湿度增加和降低过程中，传感信号是否一致，以评估其迟滞效应。 重复性（Repeatability）和稳定性（Stability）： 如何通过多次循环测试和长期监测来评估传感器的重复测量精度和长期工作稳定性。 选择性（Selectivity）： 讨论如何评估传感器对湿度的特异性响应，以及如何抑制对其他环境因素（如温度、挥发性气体）的干扰。 工作范围（Working Range）： 确定传感器能够准确测量湿度的范围。 功耗与尺寸： 探讨传感器的功耗需求和物理尺寸，以便于实际应用。 本章还将介绍常用的实验设备，如湿度发生器、温湿度控制系统、光谱仪、光源、数据采集系统等，并提供详细的实验操作指南和数据处理方法。 第六章 温度与湿度联合传感及其补偿 湿度测量往往伴随着温度变化，温度是影响湿度传感器性能的关键因素之一。本章将深入探讨如何实现温度和湿度的联合传感，并提出有效的补偿策略。 多参数传感原理： 介绍如何设计能够同时响应温度和湿度的传感器结构，例如利用对温度和湿度都敏感的材料，或者结合多种传感原理。 温度对湿度传感器的影响机制： 详细分析温度变化如何影响湿度敏感材料的吸附/解吸特性、膨胀系数、折射率等，进而影响湿度传感信号。 补偿方法： 独立温度传感： 介绍如何在同一个光纤传感器件上集成一个独立的温度传感器（如基于光纤光栅的温度传感器），并利用温度信号对湿度信号进行校正。 数学模型补偿： 建立湿度、温度与传感信号之间的耦合数学模型，通过模型拟合来分离温度和湿度的影响。 材料设计补偿： 探索设计对温度不敏感或温度影响极小的湿度敏感材料。 联合标定与数据处理： 介绍如何进行温度和湿度的联合标定，以及如何利用多变量回归、机器学习等算法进行数据处理和补偿。 第七章 光纤湿度传感器的实际应用与发展前景 本章将展望光纤湿度传感器在各个领域的广阔应用前景，并探讨其未来的发展趋势。 典型应用领域： 环境监测： 室内空气质量监测、大气湿度监测、土壤湿度监测。 工业过程控制： 干燥过程、发酵过程、仓储环境控制。 医疗健康： 呼吸监测、体温湿度监测、生物样品湿度检测。 食品安全： 食品包装内部湿度监测、食品干燥度评估。 航空航天与能源： 飞机内部湿度控制、燃料电池湿度监测。 与其他传感技术的对比分析： 比较光纤湿度传感器与传统的电阻式、电容式、电阻率式等湿度传感器的优劣势，突出光纤传感器的独特优势，如抗电磁干扰、绝缘性好、远传性强、体积小、响应速度快等。 未来发展趋势： 微型化与集成化： 开发更小巧、更易于集成的光纤传感器件。 多功能化： 集成更多传感功能，如同时测量温度、气体浓度等。 智能化： 结合微处理器和无线通信技术，实现数据的无线传输和智能化分析。 新型材料的开发： 探索具有更高灵敏度、更宽测量范围、更长使用寿命的新型湿度敏感材料。 机器学习与人工智能的应用： 利用先进的算法提高传感器的精度和鲁棒性。 本书旨在为读者提供一个关于光纤折射率与湿度传感器开发的全面视角，从理论基础到实际应用，帮助研究人员深入理解其工作原理，掌握设计与制备的关键技术，并为开发新型高性能湿度传感器提供理论指导和工程参考。

评分☆☆☆☆☆

一本偶然在书店瞥见的书，封面设计朴实无华，书名《光纤折射率与湿度传感器》并未激起我太大的兴趣，毕竟我对光纤和传感器这类专业领域涉猎不深。然而，在书架间游走时，它却像一块磁石般吸引着我，或许是书名中“折射率”这个词，勾起了我对物理世界好奇的本能。我随手翻开，便被书中流畅的文字和清晰的逻辑所折服。尽管我不懂其中的具体原理，但作者通过生动的比喻和深入浅出的讲解，将复杂的光纤传感技术变得触手可及。我仿佛看到了细小的光纤在空气中舞动，捕捉着湿度的微妙变化，然后将这些信息转化为肉眼可见的信号。这本书让我看到了科技的奇妙之处，也让我对那些默默无闻但却至关重要的技术有了更深的敬意。它不只是一个技术手册，更是一次关于探索与发现的启程，让我对未来的科技发展充满了无限遐想。

评分☆☆☆☆☆

我是一个对生活充满好奇，喜欢追寻新事物的人，偶然间被《光纤折射率与湿度传感器》这本书吸引。我并不需要掌握书中的专业技术，但我喜欢通过阅读来了解世界是如何运作的。这本书给我带来的，是关于“看不见”的科学如何改变我们生活的启示。我了解到，原来我们日常生活中常常感受到的湿度变化，背后竟然有如此精妙的光纤技术在支撑。书中描述的光纤传感器，可以在工业生产、环境监测甚至医疗健康等领域发挥重要作用。我脑海中不禁浮现出，未来智能家居是如何通过这些传感器感知空气中的每一丝变化，从而为我们提供最舒适的生活环境。这本书让我觉得，科学其实离我们并不遥远，它就在我们身边，默默地为我们的生活带来便利和惊喜，这种发现过程让我感到非常满足。

评分☆☆☆☆☆

作为一名长期耕耘在某个特定领域的研究者，我对《光纤折射率与湿度传感器》这本书的评价，更多地来自于其潜在的研究价值和前沿性。尽管书中详述的原理我已烂熟于心，但作者在对现有理论进行梳理的同时，还巧妙地融入了大量最新的研究成果和实验数据。我尤其欣赏作者在探讨折射率与湿度相互作用时的严谨态度，以及对不同光纤材料在湿度传感方面的优劣进行客观分析。书中对于传感器设计中的一些细节问题，如封装、校准以及长期稳定性等，也提供了不少颇具参考价值的见解。这让我看到了该领域未来的发展方向，也激发了我进一步深入研究的灵感。它不仅仅是对现有知识的总结，更是在为该领域的研究人员指明前进的方向，是一本值得反复研读的学术著作。

评分☆☆☆☆☆

我向来对那些能够颠覆固有思维的书籍情有独钟，而《光纤折射率与湿度传感器》恰恰满足了我对“颠覆”的期待。我并非是光纤领域的专业人士，但书中关于“折射率”概念的拓展应用，让我眼前一亮。作者并没有仅仅局限于教科书式的讲解，而是将折射率这一基础物理量，与湿度传感这样一个看似不直接相关的应用场景巧妙地结合起来。这种跨界思维，展现了作者对物理原理深刻的理解和广阔的想象力。书中关于如何通过精确测量光纤折射率的变化来推断湿度的阐述，让我对“间接测量”这一概念有了全新的认识。它挑战了我原有的认知框架，让我意识到，解决问题的方法往往存在于看似毫不相关的领域之中，而这种跨学科的探索精神，正是推动科技进步的根本动力。

评分☆☆☆☆☆

这本《光纤折射率与湿度传感器》带给我的，是一场视觉与认知的双重冲击。我是一名对设计和美学有着极高追求的读者，起初是被书中排版的精致所吸引。每一页的布局都恰到好处，字体的选择和行距的设置都充满了匠心。然而，更让我惊喜的是，当深入阅读后，我发现内容本身也如同一件精美的艺术品。作者将光纤传感器的抽象概念，通过一系列精美的插图和图表，变得具象化、可视化。我可以看到光线如何在光纤中传播，如何与环境中的水分发生互动，以及这些互动如何被转化为数据。书中的配色方案也恰到好处，没有喧宾夺主，却能有效地突出重点。这不仅仅是一本关于技术的书籍，更是一本关于如何将科学知识以最优雅、最直观的方式呈现出来的教科书。它让我意识到，即使是枯燥的技术，也能被赋予生命和美感，从而吸引更广泛的读者群体。