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第1章 绪论1

1.1 引言1

1.2 光纤光栅的发展与分类2

1.2.1 光纤光栅传感技术的发展2

1.2.2 光纤光栅的分类4

1.3 光纤光栅在传感领域中的应用7

1.4 光纤光栅制作技术8

1.4.1 干涉写入法8

1.4.2 逐点写入法9

1.4.3 组合写入法9

1.5 光纤光栅退火及稳定性评价11

1.5.1 光纤光栅衰变模型11

1.5.2 光纤光栅退火实验12

1.6 光纤光栅封装技术14

1.6.1 保护性封装14

1.6.2 敏化封装16

1.6.3 补偿性封装21

参考文献23

第2章 光纤光栅传感特性分析28

2.1 光纤光栅的理论模型28

2.2 光纤光栅轴向应变特性分析31

2.2.1 轴向均匀应变作用下光纤光栅特性分析31

2.2.2 轴向非均匀应变作用下光纤光栅特性分析34

2.2.3 光纤光栅轴向受力实验38

2.3 光纤光栅温度特性分析41

2.4 光纤光栅交叉敏感特性42

2.5 光纤光栅横向受力特性分析43

2.5.1 光纤光栅横向均匀受力特性分析43

2.5.2 光纤光栅横向局部受力特性分析49

2.5.3 光纤光栅横向不均匀受力特性分析65

2.5.4 光纤光栅横向受力实验73

2.6 光纤光栅扭转特性分析80

2.6.1 高双折射光纤光栅扭转模型80

2.6.2 光纤光栅扭转特性实验84

参考文献88

第3章 新型光纤光栅传感器91

3.1 光纤光栅埋入式应变传感器91

3.1.1 应变传递分析91

3.1.2 结构设计96

3.1.3 性能测试97

3.2 光纤光栅温度传感器99

3.2.1 结构设计99

3.2.2 性能测试101

3.3 光纤光栅应变和温度同时测量传感器102

3.3.1 基于预应变的FBG传感头设计103

3.3.2 温度和应变特性标定实验105

3.4 光纤光栅位移传感器108

3.5 光纤光栅加速度传感器111

3.6 基于悬臂梁的光纤光栅振动传感器114

3.7 光纤光栅剪力传感器116

3.7.1 理论分析117

3.7.2 实验标定分析119

3.8 光纤光栅流量传感器120

3.8.1 涡街流量传感器测量原理120

3.8.2 靶式FBG流量传感器123

3.9 光纤光栅化学传感器125

3.9.1 温湿度测量原理及结构设计126

3.9.2 温湿度测量实验及结果127

3.10 光纤光栅电磁传感器128

3.10.1 测量系统结构129

3.10.2 标定及结果分析130

参考文献132

第4章 光纤光栅传感网络复用技术135

4.1 光纤光栅传感网络组成135

4.1.1 光纤光栅传感网络的一般形式135

4.1.2 光纤无源器件136

4.1.3 光纤有源器件140

4.2 光纤光栅的复用技术144

4.2.1 波分复用系统（WDM）144

4.2.2 空分复用系统（SDM）145

4.2.3 时分复用系统（TDM）146

4.2.4 混合复用系统147

4.2.5 连续波调频技术复用系统（FMCW）149

参考文献154

第5章 光纤光栅解调技术158

5.1 静态解调方法158

5.1.1 匹配光纤光栅滤波解调158

5.1.2 可调谐光纤F-P滤波器检测法160

5.1.3 可调窄带光源检测法161

5.2 动态解调法162

5.2.1 干涉解调法162

5.2.2 边沿滤波法164

5.2.3 啁啾光纤光栅解调法166

5.3 基于F-P滤波器技术的分布式FBG解调系统的设计167

5.3.1 解调系统总体结构167

5.3.2 解调系统技术分析167

5.3.3 系统复用原理168

5.3.4 系统复用特性分析170

5.4 光纤光栅传感网络解调实验173

5.4.1 基于F-P滤波技术的应变解调实验173

5.4.2 基于FMCW技术的振动解调实验176

参考文献177

第6章 优化算法在光纤光栅谱型分析中的应用180

6.1 遗传算法在光纤光栅中的应用180

6.1.1 遗传算法的基本原理180

6.1.2 基于遗传算法光纤光栅轴向均匀受力反射谱寻优182

6.1.3 基于遗传算法光纤光栅横向均匀受力反射谱寻优191

6.2 蚁群算法在光纤光栅中的应用194

6.2.1 蚁群算法的基本原理194

6.2.2 基于蚁群算法光纤光栅轴向均匀受力反射谱寻优198

6.3 粒子群算法在光纤光栅中的应用202

6.3.1 粒子群算法基本原理202

6.3.2 基于粒子群算法光纤光栅轴向均匀受力反射谱寻优205

6.3.3 基于粒子群算法光纤光栅横向均匀受力反射谱寻优205

6.4 和声搜索算法在光纤光栅中的应用207

6.4.1 和声搜索算法基本原理207

6.4.2 基于AHS算法光纤光栅轴向均匀受力反射谱寻优213

6.4.3 基于AHS算法光纤光栅横向均匀受力反射谱寻优214

6.5 优化算法在光纤光栅中的应用实验215

6.5.1 光纤光栅横向均匀受力蚁群算法谱型分析实验215

6.5.2 光纤光栅横向均匀受力遗传算法谱型分析实验217

6.5.3 光纤光栅轴向均匀受力AHS算法谱型分析实验218

6.5.4 光纤光栅横向均匀受力AHS算法谱型分析实验220

参考文献222

第7章 光纤光栅传感器工程应用226

7.1 光纤光栅传感器在桥梁状态监测中的应用226

7.1.1 桥梁工况及监测内容226

7.1.2 FBG传感器在斜拉桥施工中的应用228

7.1.3 FBG传感器在斜拉桥静载试验中的应用237

7.1.4 FBG传感器在斜拉桥动载试验中的应用241

7.2 光纤光栅传感器在大坝监测中的应用247

7.2.1 设计依据与原则248

7.2.2 安全监测设计248

7.2.3 监测系统组成254

7.2.4 设计实例255

7.3 光纤光栅在航空航天材料结构健康监测中的应用259

7.3.1 航空航天用复合材料简介259

7.3.2 光纤光栅传感器在航空航天健康监测中的应用261

7.4 光纤光栅传感器在石油工业中的应用265

7.4.1 测井技术265

7.4.2 火灾报警268

参考文献271