熒光光縴溫度測量技術及應用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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賈丹平，傘宏力，趙立民 著

圖書標籤:

• 熒光光縴傳感器
• 溫度測量
• 光縴技術
• 光學傳感器
• 分布式溫度測量
• 生物醫學工程
• 工業應用
• 環境監測
• 材料科學
• 傳感技術

店铺： 北京爱读者图书专营店

出版社： 科学出版社有限责任公司

ISBN：9787030448156

商品编码：29596138225

包装：平装

出版时间：2016-04-01

基本信息

書名：熒光光縴溫度測量技術及應用

定價：66.0元

作者：賈丹平,傘宏力,趙立民

齣版社：科學齣版社有限責任公司

齣版日期：2016-04-01

ISBN：9787030448156

字數：200000

頁碼：

版次：31

裝幀：平裝

開本：B5

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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導語_點評_推薦詞

內容提要

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目錄

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作者介紹

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文摘

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序言

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序言

《光縴傳感技術在環境監測中的前沿進展》 概述 本書聚焦於光縴傳感技術在環境監測領域的最新研究成果與應用實踐，深入探討瞭多種光縴傳感技術在測量溫度、濕度、壓力、氣體成分、化學物質以及生物標記物等環境參數方麵的獨特優勢與突破性進展。通過梳理光縴傳感器的基本原理、結構設計、材料選擇、信號處理以及與數據分析平颱的融閤，本書旨在為環境科學、工程技術、公共衛生及相關交叉學科的研究人員、工程師和決策者提供一個全麵、深入的技術參考和發展視角。本書強調瞭光縴傳感技術在提升環境監測的精度、實時性、靈敏度和空間覆蓋範圍方麵的巨大潛力，尤其是在應對氣候變化、汙染防治、生態保護以及災害預警等重大挑戰中扮演的關鍵角色。 第一章 光縴傳感技術的基本原理與發展曆程 本章將從基礎理論齣發，係統闡述光縴傳感器的核心工作原理。我們將深入剖析光在光縴中傳輸的物理機製，包括全內反射、衍射、乾涉、散射等現象，以及它們如何被用於編碼和傳遞被測環境信息。 光縴傳感器的工作原理：本節將詳細介紹不同類型光縴傳感器的工作機製。 強度型光縴傳感器：講解光的強度變化與被測參數之間的關係，例如彎麯損耗、吸收損耗等。 相位型光縴傳感器：重點介紹光的相位變化，如法布裏-珀羅乾涉儀（FPI）、馬赫-曾德爾乾涉儀（MZI）等，它們如何對外界微小變化敏感。 波長型光縴傳感器：探討光的波長或光譜特徵改變，如布拉格光柵（FBG）傳感器，其反射或透射波長隨應變、溫度等參數變化。 偏振型光縴傳感器：分析光的偏振狀態變化，如偏振損耗、偏振平移等，與應力、磁場等參數的關聯。 光縴傳感器的基本構成：介紹光縴傳感器通常包含的關鍵組成部分，包括光源、光縴（傳感光縴、傳輸光縴）、調製/解調元件、探測器以及信號處理係統。 光縴傳感技術的發展曆程：迴顧光縴傳感技術從早期概念提齣到如今的蓬勃發展的關鍵節點。我們將介紹早期的一些裏程碑式研究，以及隨著激光技術、光電子技術、半導體技術、精密加工技術和先進材料科學的進步，光縴傳感器在性能、成本和集成度方麵取得的飛躍。 光縴傳感技術與傳統傳感技術的比較：分析光縴傳感器在電磁兼容性、抗腐蝕性、絕緣性、體積小巧、分布式傳感能力、高帶寬傳輸以及信號遠傳等方麵的獨特優勢，與傳統的電學、化學傳感器進行對比，闡述其在惡劣環境和特殊應用場景下的不可替代性。 第二章 環境監測中的關鍵參數與光縴傳感器的應用需求 環境監測是一個多維度、多尺度的復雜係統工程，涉及對各種物理、化學和生物參數的實時、準確測量。本章旨在梳理環境監測領域的核心關注點，並由此引申齣對光縴傳感器在這些領域應用的具體需求。 環境監測的重點領域： 大氣環境監測：包括空氣質量（PM2.5、PM10、O3、SO2、NOx、CO等）、溫濕度、風速風嚮、降水、氣壓等參數的監測。 水環境監測：涉及水質（pH、溶解氧、氨氮、重金屬離子、有機汙染物、濁度、電導率等）、水溫、水位、水流速度等參數的監測。 土壤環境監測：關注土壤濕度、溫度、pH值、養分含量（N、P、K）、重金屬汙染、有機汙染物殘留等。 生態環境監測：包括生物多樣性（如通過監測特定生物標記物）、植被健康、森林火災預警（溫度、濕度、煙霧）、海洋環境監測（溫度、鹽度、pH、溶解氧、汙染物）等。 工業汙染監測：煙氣排放監測（SO2、NOx、CO、HCl等）、廢水排放監測、泄漏檢測等。 災害預警與監測：地質災害（如滑坡、地震前的應力應變監測）、洪水監測（水位、流速）、極端天氣監測等。 光縴傳感器在環境監測中的應用需求分析： 高精度與高靈敏度：環境變化往往是細微的，要求傳感器能夠捕捉到微小的參數波動。 實時性與連續性：環境汙染事件的發展往往迅速，需要能夠進行連續、實時的監測以獲取早期預警和及時響應。 遠程與分布式監測：很多環境監測區域地勢復雜、人口稀少或存在危險，需要傳感器能夠進行遠距離傳輸和大規模、網格化的分布式布設。 多參數集成監測：單一參數的監測往往不足以全麵瞭解環境狀況，需要集成多種傳感能力於一體的解決方案。 抗乾擾性與可靠性：環境監測場所常常伴隨電磁乾擾、化學腐蝕、高低溫、高濕等惡劣條件，對傳感器的穩定性、耐久性和抗乾擾能力提齣嚴峻考驗。 低成本與易維護性：大規模部署的環境監測網絡需要考慮傳感器的成本效益和日常維護的便利性。 智能化與數據融閤：結閤物聯網、大數據和人工智能技術，實現數據的自動采集、分析、預警和決策支持。 第三章 基於光縴的光學原理在環境參數測量中的應用 本章將深入探討如何利用光縴的光學特性來測量各種環境參數，重點介紹不同光學效應在實際環境監測應用中的具體實現。 摺射率變化引發的光學信號調製： 比錶麵積與介電常數變化：很多環境參數（如濕度、氣體濃度、特定化學物質的吸附）會改變傳感材料的摺射率，從而影響光在光縴中的傳播。 應用實例：基於摺射率變化的傳感器在濕度監測、氣體泄漏檢測（如甲烷、CO2）、揮發性有機物（VOCs）檢測等方麵具有廣泛應用。 吸收光譜技術在化學成分分析中的應用： 特定波長光的吸收：不同化學物質對特定波長的光具有選擇性吸收，可以通過測量光縴傳輸光的吸收光譜來識彆和量化物質。 應用實例：氣體成分監測（如CO2、CH4、NH3、SO2、NOx等），水體汙染物檢測（如COD、BOD、特定有機汙染物），以及某些生物標記物的檢測。 散射效應與拉曼光譜/瑞利散射： 拉曼散射：分子振動産生的非彈性散射，其散射光譜具有獨特的分子指紋，可用於物質的定性和定量分析。 瑞利散射：彈性散射，其強度與介質的密度、粒子尺寸等有關，可用於溫度、壓力和顆粒物濃度的測量。 應用實例：拉曼光譜在遠程化學成分分析、物質識彆、礦物成分分析等方麵具有潛力；瑞利散射在分布式溫度和應變監測中有重要應用。 乾涉效應與高靈敏度測量： 法布裏-珀羅乾涉儀（FPI）與馬赫-曾德爾乾涉儀（MZI）：微小的環境參數變化（如溫度、壓力、位移）會導緻乾涉腔長度或光程差變化，引起乾涉條紋的移動，從而實現高靈敏度測量。 應用實例：高精度溫度傳感器、壓力傳感器、應變傳感器，也可用於監測微小的形變或振動。 布拉格光柵（FBG）傳感技術： 光柵參數的敏感性：FBG的反射波長對溫度、應變、壓力等參數敏感，通過監測反射波長的漂移即可得知被測參數的變化。 應用實例：廣泛應用於結構健康監測（橋梁、隧道、大壩）、管綫監測、儲罐監測、地質災害監測，也是一種重要的溫度、應變測量工具。 錶麵等離子體共振（SPR）與生物/化學傳感： SPR原理：當光波與金屬薄膜錶麵的自由電子發生共振時，會産生SPR現象，其共振條件對介質的摺射率極其敏感。 應用實例：生物分子檢測（如病毒、細菌、蛋白質、DNA）、環境汙染物檢測、水體生物毒性評估等。 光縴光柵的復用技術： 時分復用（TDM）、波分復用（WDM）、空分復用（SDM）：通過在同一根光縴上集成多個傳感點，實現對更大範圍、更復雜環境的監測，提高傳感網絡的效率和經濟性。 第四章 光縴傳感器在特定環境監測場景下的應用案例分析 本章將選取幾個典型且具有代錶性的環境監測場景，詳細闡述光縴傳感器是如何被部署和應用的，以及其解決的具體問題和帶來的效益。 大氣汙染物與溫濕度的分布式監測： 案例：在城市區域或工業園區內，利用FBG或基於吸收光譜的光縴傳感器網絡，實現對SO2、NOx、O3、CO等氣體的實時濃度分布監測，並結閤溫濕度數據，為空氣質量預報和汙染溯源提供數據支持。 優勢：剋服瞭傳統點式監測站覆蓋範圍有限的缺點，能夠捕捉到局部的汙染熱點和變化趨勢。 水體質量與水位監測： 案例：在河流、湖泊、水庫或地下水係統中，部署基於SPR、吸收光譜或熒光傳感器的光縴探頭，實時監測pH、溶解氧、氨氮、重金屬離子、有機汙染物等指標，同時利用基於乾涉或FBG的水位傳感器監測水位變化。 優勢：實現對水體汙染的早期預警，為水資源管理和環境保護提供及時準確的信息。 土壤墒情與養分監測： 案例：在農田或生態修復區域，利用基於吸收或摺射率變化的光縴傳感器，監測土壤濕度、溫度、pH值以及氮、磷、鉀等養分含量，實現精準農業或生態監測。 優勢：為作物生長提供最佳條件，減少水和肥料的浪費，提高資源利用效率。 結構健康監測與災害預警： 案例：在橋梁、大壩、隧道、礦井等基礎設施中，布置FBG光縴傳感器陣列，實時監測結構的應力、應變、位移和溫度變化，及時發現潛在的結構損傷或變形，預測滑坡、坍塌等災害風險。 優勢：提高基礎設施的安全性和可靠性，減少潛在的安全隱患和經濟損失。 工業過程安全與泄漏檢測： 案例：在石油化工、天然氣輸送管綫、危險品存儲等場所，利用光縴傳感器監測溫度、壓力、應變以及特定氣體泄漏，實現對工藝過程的實時監控和潛在泄漏的快速預警。 優勢：提高工業生産的安全性，防止事故發生。 海洋環境監測： 案例：部署在海洋中的光縴傳感器，用於監測海水溫度、鹽度、pH值、溶解氧、汙染物以及海底地質活動，為海洋科學研究、漁業管理和海洋資源開發提供關鍵數據。 優勢：在嚴酷的海洋環境下，光縴傳感器的耐腐蝕性、抗壓性和信號遠傳能力尤為重要。 第五章 光縴傳感技術的挑戰與未來發展趨勢 盡管光縴傳感技術在環境監測領域取得瞭顯著成就，但仍麵臨一些挑戰，同時也孕育著巨大的發展潛力。本章將探討這些挑戰，並展望未來的發展方嚮。 當前麵臨的挑戰： 傳感器件的集成與小型化：雖然光縴本身縴細，但包含檢測層的傳感器件有時仍顯笨重，不利於大規模、高密度的部署。 傳感網絡的多功能集成：實現一根光縴同時監測多種參數，需要復雜的傳感原理和信號處理技術。 低成本製造與批量化生産：某些高性能光縴傳感器件的製造工藝復雜，成本較高，限製瞭其大規模應用。 數據處理與智能分析：隨著傳感網絡規模的擴大，海量數據的存儲、傳輸、處理和智能分析成為瓶頸，需要更先進的算法和平颱。 標準化與互操作性：缺乏統一的行業標準，導緻不同廠商的設備難以兼容，影響瞭傳感網絡的建設和數據共享。 長期穩定性與可靠性：在極端環境下，傳感器的長期工作穩定性和可靠性仍需進一步提高。 能量消耗：盡管光縴傳感器本身功耗低，但與之配套的信號處理和數據傳輸係統可能需要考慮能源供應問題，尤其是在偏遠地區。 未來發展趨勢： 新型光縴傳感材料的開發：開發具有更高靈敏度、選擇性和穩定性、更適閤特定環境參數測量的功能性光縴和傳感塗層材料，如納米材料、量子點、MOFs（金屬有機框架）等。 智能光縴傳感器件的設計：集成微機電係統（MEMS）或納米技術，實現傳感、信號處理和通信功能的芯片化，進一步提升傳感器的集成度和智能化水平。 分布式傳感技術的突破：發展更長距離、更高空間分辨率、更寬監測範圍的分布式光縴傳感技術，如分布式聲波傳感（DAS）、分布式溫度傳感（DTS）和分布式化學傳感。 光縴傳感器與人工智能、大數據深度融閤：利用機器學習、深度學習等AI技術，實現環境數據的自主學習、模式識彆、異常檢測、精準預測和智能決策。 無綫光縴混閤傳感網絡：結閤光縴的穩定傳輸和無綫傳感器的靈活性，構建更具魯棒性和普適性的混閤傳感網絡。 低成本、模塊化、可插拔的光縴傳感節點：降低部署和維護成本，提高傳感網絡的靈活性和可擴展性。 在極端環境和新興領域的應用拓展：如深海、深空、核環境、生物醫學等特殊領域的應用探索。 結論 本書全麵迴顧瞭光縴傳感技術在環境監測領域的關鍵進展，深入剖析瞭其基本原理、應用需求、技術實現以及麵臨的挑戰。光縴傳感技術憑藉其獨特的優勢，正在深刻地改變著我們監測和理解環境的方式。隨著技術的不斷進步和新材料、新方法的湧現，光縴傳感技術必將在未來的環境保護、可持續發展和人類福祉提升中發揮更加舉足輕重的作用。本書旨在為讀者提供一個清晰的認知框架，激發新的研究思路，並推動光縴傳感技術在環境監測領域的廣泛應用與創新。

评分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀設計非常吸引人，封麵采用瞭一種深邃的藍色調，配上抽象的、仿佛流動著的彩色光綫圖案，讓人一眼就能感受到其中蘊含的科技感和神秘感。內頁的紙張質感也相當不錯，印刷清晰，墨色飽滿，閱讀起來非常舒適，長時間盯著看也不會覺得眼睛疲勞。排版布局上，作者顯然是花瞭不少心思，章節之間的過渡自然流暢，圖文並茂的部分安排得恰到好處，既有詳盡的理論推導，也有直觀的示意圖，大大降低瞭理解復雜概念的門檻。特彆是對於初次接觸這個領域的讀者來說，這種精心打磨的視覺體驗無疑是一劑強心針，讓人有持續深入閱讀下去的動力。整體而言，這本書在物理呈現上達到瞭一個相當高的水準，單從書籍本身來說，它就具備瞭優秀教材或專業參考書的特質，讓人願意把它長期擺在案頭，時不時翻閱品味。

评分☆☆☆☆☆

這本書的結構編排展現齣一種非常清晰的邏輯遞進關係，仿佛是為一位循序漸進的學習者量身定製的教程。開篇對光縴傳感的基本原理做瞭紮實的基礎鋪墊，從材料特性到光路設計，基礎打得極其牢固。隨後，作者沒有急於介紹高精尖技術，而是耐心地梳理瞭不同類型的光縴傳感器的特性對比，這種橫嚮比較的視角非常寶貴，幫助我迅速定位瞭哪種技術路綫最適閤我當前的項目需求。最讓我印象深刻的是，在討論到特定應用案例時，作者總能從“為什麼選擇這種方式”的角度切入，而不是簡單地陳述“如何實現”。這種探究源頭的敘述方式，極大地激發瞭我對技術發展脈絡的好奇心，讓我不僅僅停留在“知道怎麼做”，更能理解“為什麼要這麼做”。

评分☆☆☆☆☆

作為一名長期從事相關領域研發的人員，我通常對市麵上的新書抱持審慎的態度，因為很多所謂的“前沿”內容往往隻是對現有文獻的簡單羅列。然而，這本書在數據分析和不確定度評定方麵的論述，體現齣瞭作者深厚的實踐功底和批判性思維。書中關於係統誤差來源的剖析細緻入微，特彆是對環境溫度漂移和光縴老化效應的量化分析，提供瞭比標準教科書更為細緻的參數模型。更令人稱道的是，作者並未將“準確性”視為一個終極目標，而是圍繞“可信度”展開討論，詳細闡述瞭貝葉斯推斷在數據融閤中的應用，這對於追求高可靠性測量的應用領域來說，無疑是提供瞭強有力的理論支持和工具箱。這種對測量本質的深刻洞察，使得本書的價值遠遠超齣瞭技術手冊的範疇。

评分☆☆☆☆☆

閱讀這本書的過程，與其說是學習知識，不如說是一次與資深專傢的深度對話。作者的文字風格極其嚴謹，但又不失溫度，他似乎總能預見到讀者在哪個節點會産生疑問，並提前在腳注或附錄中給齣補充說明或曆史背景。例如，在介紹某一類專有光縴製備工藝時，作者穿插瞭一段關於該工藝在冷戰時期早期研究的簡短曆史迴顧，這使得原本枯燥的工藝流程瞬間變得生動有趣，充滿瞭人文關懷。這種在技術細節中融入時代背景和發展曆程的處理手法，極大地提升瞭閱讀體驗的層次感。它不再是冷冰冰的參數堆砌，而是有血有肉的技術演進史，讓人在掌握核心技術的同時，也對整個學科的發展脈絡有瞭更宏觀的把握。

评分☆☆☆☆☆

我花瞭大量時間研讀瞭書中關於信號處理與數據采集那一部分，感覺作者在理論的深度和工程的實用性之間找到瞭一個絕妙的平衡點。很多同類書籍往往過於沉溺於晦澀的數學模型，讓人望而卻步，但這本書的講解方式卻非常“接地氣”。它沒有迴避深奧的傅裏葉變換和濾波理論，而是巧妙地將這些抽象概念與實際測量中的噪聲抑製、漂移校正緊密結閤起來，舉例都非常貼近工業現場可能遇到的真實場景。例如，對於背景光乾擾的處理，書中的算法描述不僅給齣瞭嚴謹的數學公式，還配上瞭清晰的流程圖，甚至提到瞭不同微控製器平颱上的實現要點。這使得我對如何將實驗室成果轉化為可靠的現場監測係統，有瞭更清晰的路綫圖，極大地拓寬瞭我的工程視野，這種實操層麵的指導價值，是單純的理論書籍難以比擬的。