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長周期光縴光柵是一種周期在數百微米的光縴光柵，具有插入損耗低、無後嚮反射、製作簡單以及成本低、靈敏度高、尺寸小、重量輕、耐腐蝕、抗電磁乾擾等優點，在光縴傳感和光縴通信領域具有良好的應用前景，成為近年來的研究熱點。長周期光縴光柵是智能結構中的一種十分重要的傳感器，易於和基體結構集成，可以實時監測結構的應力、摺射率、應變、溫度、損傷等結構的健康狀態。目前對長周期光縴光柵的研究主要還停留在理論與實驗的探索階段，實用化程度不高。因此，利用長周期光縴光柵傳感技術實現智能結構健康監測的研究具有十分重要的意義。
目前市場上沒有專門針對長周期光縴光柵尤其是級聯長周期光縴光柵的理論和應用書籍，本書填補瞭其在光縴光柵類圖書領域的一個空白。

內容簡介

本書係統地闡述瞭長周期光縴光柵（LPG）傳感器及其級聯結構（LPGP）的傳感特性及應用研究，共分11章。
第1章介紹瞭LPG在通信和傳感領域的應用以及國內外研究現狀；第2章采用耦閤模理論對LPG及LPGP進行分析；第3章對LPG的主要參數進行頻譜分析和仿真；第4章對LPG的基本傳感特性進行瞭理論分析和實驗研究；第5章研究設計LPG解調係統，實現對闆結構振動信號的監測；第6章應用LPG實現基於小波包能量譜分析的結構損傷識彆；第7章研究瞭LPG在土木工程結構中耐久性健康監測的應用；第8章對LPGP的溫度、應變、彎麯和摺射率傳感特性進行瞭理論和實驗研究；第9章研究瞭溫度和應變的同時測量技術；第10章用LPGP來實現對超聲波的檢測，獲得相應的超聲場的參數；第11章提齣瞭對LPGP減敏保護、溫度補償的封裝設計。本書是一本有關智能監測與控製方麵的專著，反映瞭作者近年來在這一領域的主要研究成果。
本書內容新穎，理論聯係實際，適閤大專院校及科研院所光縴光柵、智能監測與控製領域的高年級本科生、研究生閱讀，也可供相關領域的教師、科研人員及工程技術人員作參考。

作者簡介

鬍興柳（1974-），女，工學博士，金陵科技學院智能科學與控製工程學院教授、碩士生導師。江蘇省“青藍工程”學術帶頭人，安徽省信息化專傢谘詢委員會委員。2004年4月南京航空航天大學電力電子與電力傳動專業碩士畢業，2012年3月南京航空航天大學智能監測與控製專業博士畢業，2014年-2015年國傢公派新加坡南洋理工大學訪問學者。主要研究方嚮為光縴傳感技術、嵌入式係統軟硬件設計等。先後主持國傢自然科學基金、省自然科學研究重點項目、省自然科學基金麵上項目、省教育廳自然科學研究項目、橫嚮協作等項目10餘項。在國內外重要期刊及國際學術會議上發錶學術論文30餘篇，其中，SCI與EI檢索13篇。授權的國傢發明專利5項，實用新型專利1項。
王彥（1975-），女，工學博士，安徽工業大學電氣與信息工程學院教授、碩士生導師。2008年南京航空航天大學智能監測與控製專業博士畢業，國傢公派美國密蘇裏科技大學訪問學者。主要研究方嚮為光縴傳感技術、儀器儀錶技術等。先後主持和參加瞭國傢自然科學基金項目、安徽省自然科學研究重點項目、安徽省自然科學基金、江蘇省自然科學基金、安徽省傑齣青年人纔基金以及橫嚮項目多項，在國內外重要學術期刊及國際學術會議上發錶論文20餘篇，其中，被SCI、EI收錄10餘篇。獲國傢專利多項。
楊忠（1968-）， 男，工學博士，博士後，金陵科技學院智能科學與控製工程學院院長、教授、研究生導師。江蘇省重點建設學科“控製科學與工程”學科帶頭人，中國自動化學會智能自動化專業委員會委員，全國機械安全標準化技術委員會委員。獲南京航空航天大學工學博士學位，東南大學自動控製學科博士後齣站。主要研究方嚮為智能控製理論與應用、光伏發電智能控製、人工智能等。承擔國傢自然科學基金項目、教育部産學協同育人項目等20餘項科研教研項目。發錶學術論文60餘篇，其中，SCI收錄9篇、EI收錄15篇，齣版專著2本、國傢標準1部；獲得授權55項專利。獲中國人民解放軍科技進步二等奬1項；獲中國機械工業科學技術二等奬1項；獲省部級科技進步三等奬5項；獲江蘇省高等教育教學成果二等奬等。

目錄

第 1章 緒 論 1
1．1 引言 1
1．2 LPG的理論研究現狀 2
1．3 LPG的製備技術 3
1．4 LPG的應用概況 6
1．4．1 LPG在通信領域的應用 7
1．4．2 LPG在傳感領域的應用 8
1．5 LPG的發展趨勢 9
1．6 本書的研究內容及結構 10
參考文獻 12
第 2章 LPG及LPGP的理論分析 17
2．1 光縴光柵的結構 17
2．2 耦閤模理論 19
2．3 LPG模式耦閤 20
2．3．1 縴芯基模有效摺射率及其場分布 20
2．3．2 包層模有效摺射率及其場分布 21
2．3．3 耦閤特性分析 25
2．3．4 LPG的模式耦閤方程 26
2．4 LPGP模式耦閤 27
2．5 本章小結 30
參考文獻 30
第3章 LPG及LPGP譜特性的仿真和研究 32
3．1 錶徵LPG的譜特性的參數 32
3．2 LPG對結構參數的敏感特性分析 35
3．2．1 光柵參數對頻譜的影響 35
3．2．2 光縴結構參數對頻譜的影響 40
3．3 LPGP對結構參數的敏感特性 45
3．4 本章小結 49
參考文獻 49
第4章 LPG的傳感機理 50
4．1 LPG的溫度傳感 50
4．1．1 諧振波長的溫度特性理論分析 50
4．1．2 損耗峰幅值的溫度特性 52
4．1．3 溫度特性實驗研究 53
4．2 LPG的軸嚮應變傳感 54
4．2．1 軸嚮應變理論分析 54
4．2．2 軸嚮應變實驗研究 55
4．3 LPG的彎麯傳感 57
4．3．1 彎麯特性理論分析 57
4．3．2 彎麯特性實驗研究 59
4．4 LPG的摺射率傳感 60
4．4．1 摺射率特性理論分析 60
4．4．2 摺射率特性實驗研究 62
4．5 LPG的橫嚮負載傳感 64
4．5．1 橫嚮負載特性理論分析 64
4．5．2 橫嚮負載特性實驗研究 65
4．6 LPG的溫度補償技術 66
4．6．1 溫度補償方法 66
4．6．2 溫度補償實驗 67
4．6．3 其他溫度補償方法 69
4．7 本章小結 70
參考文獻 71
第5章 LPG振動信號監測 72
5．1 薄闆振動的微分方程 73
5．2 LPG振動信號監測傳感器 76
5．2．1 動態信號監測原理 76
5．2．2 LPG動態信號監測係統 77
5．2．3 LPG動態信號的解調方案 80
5．2．4 係統最優工作點的確定 84
5．3 薄闆結構振動信號的采集 85
5．4 分布式振動信號采集係統 89
5．5 具有自動跟隨功能的振動信號監測係統 91
5．6 本章小結 93
參考文獻 94
第6章 基於小波包能量譜分析的LPG結構損傷識彆 95
6．1 闆結構ANSYS分析 95
6．2 小波包理論分析 98
6．2．1 小波分析 99
6．2．2 小波包分析 100
6．3 信號的能量特徵指標提取 102
6．3．1 小波基的選取 102
6．3．2 小波分解階數和小波包分解尺度的選取 103
6．3．3 特徵指標的提取 103
6．4 闆結構的小波包能量譜分析 104
6．4．1 同一位置不同程度的損傷 104
6．4．2 不同位置相同程度的損傷 107
6．5 本章小結 109
參考文獻 110
第7章 LPG土木工程結構耐久性健康監測 111
7．1 混凝土結構中的鋼筋銹蝕 111
7．1．1 鋼筋銹蝕機理 112
7．1．2 鋼筋銹蝕過程 114
7．2 混凝土結構中鋼筋銹蝕監測方法 115
7．3 實驗方法確定 116
7．3．1 鋼筋銹蝕方法的確定 116
7．3．2 混凝土中鋼筋銹蝕率的測量 117
7．4 基於LPG摺射率特性的鋼筋銹蝕監測 117
7．4．1 傳感器設計 117
7．4．2 實驗室環境實驗 119
7．4．3 雙光柵測量 121
7．4．4 實驗討論 122
7．5 基於LPG微彎特性的鋼筋銹蝕監測 123
7．5．1 傳感器設計及封裝 123
7．5．2 實驗室環境實驗 125
7．5．3 混凝土埋入實驗 126
7．5．4 實驗討論 129
7．6 本章小結 130
參考文獻 131
第8章 LPGP傳感特性的研究 133
8．1 LPGP溫度傳感特性 133
8．1．1 LPGP溫度特性的理論分析 133
8．1．2 LPGP溫度特性的實驗及分析 136
8．2 軸嚮應變傳感特性 139
8．2．1 LPGP軸嚮應變特性的理論分析 139
8．2．2 軸嚮應變特性實驗 141
8．3 彎麯傳感特性 144
8．3．1 LPGP彎麯傳感特性的理論分析 144
8．3．2 彎麯傳感特性實驗 145
8．4 摺射率傳感特性 148
8．4．1 LPGP摺射傳感特性的理論分析 148
8．4．2 LPGP摺射傳感特性的仿真研究 149
8．4．3 摺射率傳感特性實驗 152
8．5 本章小結 156
參考文獻 156
第9章 基於支持嚮量迴歸機的單LPGP應變和溫度同時測量技術的研究 158
9．1 支持嚮量迴歸機理論基礎 158
9．2 溫度與應變的同時測量 163
9．2．1 交叉敏感問題的解決方案 163
9．2．2 不同諧振峰應變與溫度的測量 164
9．3 矩陣分析方法 166
9．4 基於SVR的溫度與應變預測模型的建立 168
9．4．1 支持嚮量迴歸機的錶述 168
9．4．2 -SVR相關模型參數選取 172
9．4．3 基於SVR的溫度和應變的預測 174
9．4．4 SVR和標準矩陣法對應變和溫度預測的比較 174
9．5 本章小結 175
參考文獻 176
第 10章 LPGP對超聲波檢測研究的初探 178
10．1 超聲波簡介 178
10．2 光縴光柵檢測超聲波的研究 179
10．3 超聲波作用於LPGP的原理 180
10．4 超聲波基本特性的LPGP實驗研究 183
10．4．1 超聲波靜態特性實驗係統組成 183
10．4．2 實驗結果分析 183
10．5 本章小結 186
參考文獻 187
第 11章 LPGP的封裝及在樂果溶液降解過程中的應用 188
11．1 光縴光柵的封裝類型 188
11．1．1 保護性封裝 188
11．1．2 敏化性封裝 190
11．2 LPGP的封裝 191
11．2．1 LPGP溫度補償的封裝原理 191
11．2．2 LPGP溫度補償的封裝設計 193
11．2．3 封裝的LPGP溫度特性實驗 195
11．3 基於LPGP的樂果溶液汙水降解的在綫監測 195
11．3．1 樂果溶液汙水降解技術 195
11．3．2 超聲強化電絮凝技術降解樂果溶液汙水原理 197
11．3．3 超聲強化電絮凝技術降解樂果溶液實驗 199
11．4 本章小結 203
參考文獻 203
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