《光纤传感技术》教学探讨

武汉东湖学院电信学院 姚 平

《光纤传感技术》教学探讨

武汉东湖学院电信学院 姚 平

近年来，光纤传感技术在工程领域获得了巨大应用，越来越多的高校在本科阶段开 设《光纤传感技术》课程。本文介绍了光纤传感技术的发展及该课程的特点与现状，结合教学实际，对该课程的授课内容、方法等进行了探讨。

光纤传感 教学 实验

光纤传感技术的发展源于20世纪70年代，是光电技术发展最活跃的分枝之一。相比于传统的传感器，光纤传感器件具有诸多优点：光纤是由石英玻璃制成的，是一种绝缘体介质，且耐高压、耐腐蚀，能在易燃易爆的环境下可靠运行；光纤作为无源器件，对被测对象不产生影响；光纤体积小，重量轻，可以做成任意形状的传感器阵列与网络；光纤传感器的载体是光，其频率数量级为1014Hz，传感器的频带范围很宽，动态范围大，且不受电磁干扰。20世纪90年代，世界范围的光纤传感技术呈现产业化发展的趋势，形成了军事和民用两大应用领域，如国土安全防卫系统、电力工业的安全检测、生物医学、环境监测等。近十年里，随着光纤技术的发展，光纤传感关键器件的生产工艺逐步成熟，相关器件和配套技术不断完善。更重要的是国内巨大市场对光纤传感器需求的日益增长，催生了国内专业光纤传感器企业的诞生，标志着我国光纤传感技术进入工程应用阶段。

《光纤传感技术》是光电信息专业的一门专业课，然而，在大多数高校相关专业中，光纤传感技术仍然只作为传感技术的一章，或者在研究生阶段才开设此课程，在本科专业教中没有得到应有重视。本文介绍了《光纤传感技术》课程的教学现状，结合教学实际，对该课程的授课内容、方法进行了探讨。

一、主要问题

本科开设《光纤传感技术》遇到的问题主要有：学生的先修课程不足，该课程的主要先修课程包括物理光学、光纤光学、光纤通信等，许多高校在先修课程的安排上准备不足，导致的结果是基础知识占用了该课程许多课时，这也是许多学校在研究生学习阶段而非本科阶段开设此课程的原因；合适的教材不足，大部分的中文光纤传感技术教材均面向研究生，不适用于本科生；该课程基本安排在大四，学生学习的效果不是很好。

二、教材方面

适合于本科教学的光纤传感技术教材非常少，很多高校都是自编讲义或专著教材。现有的光纤传感技术著作大多详述光纤光学的理论基础和光纤传感器的传感原理，而对组成光纤传感器系统的光纤和常用光纤器件叙述不够，对具体参量的光纤传感方法分析不足，尤其缺少在工程上的应用。在有限的可选教材中，授课教师开课时不得不对章节内容进行大量取舍。其原因可能包含以下方面：课时限制，相比于光纤传感技术相关的大量知识点，32个课时显然是不够的；内容方面，作为一门工程技术类课程，该课程涉及许多理论和工程知识，正因如此，各教材在章节的设置中千差万别；专业导向性，各高校在专业的定位上多有偏向性，多与学院和专业设置相结合。

三、课程内容

光纤传感技术课程涉及的知识点非常多，分为四大类：

1.光纤技术基础。大部分本科并未开设如光纤光学之类的专业课，因此该课程需要包含这部分内容，详细内容如光纤的基础知识、常用的光纤器件、光纤耦合技术等。

光纤传感原理。该部分为课程的核心理论知识，光纤传感典型可分为四大类：强度、相位、波长、偏振态调制型光纤传感器，各种类型传感器对应的光学原理与效应，该部分还包含分布式光纤传感技术。

光纤传感工程技术，这部分主要包括光纤传感的网络技术、封装技术、多信息融合技术等。

光纤传感技术的应用实例，该技术在电力系统、石油与化工工业、生物生医生化领域、航空航天领域、国防领域、环境保护与监测等领域有广泛应用，教材中包含了大量的应用实例。

四、实验设置

作为一门工程应用极强的课程，该实验课程的设置尤为关键，要求加大实验课程设置，理论和实验课时比例为2∶1。通过实验课程的学习，学生加深了对光纤中光传输和传感的基本理论的理解，掌握了光纤传感的基本原理以及常用的传感器测量原理，了解了各种光纤传感正在发展的前沿课题，培养了应用光纤传感器的基本技能，提高了学生应用高科技产品的技能，增强了学生的科学素养。

光纤传感器实验主要包括：光纤位移传感器、光纤温度传感器、光纤光栅传感器、光纤干涉传感实验等。这些实验性教学对于高年级尤其是大四学生极有吸引力，对于专业的光电学生就业有很多好处。

五、结束语

通过光纤传感技术课程的学习与实践，学生对光学原理、激光原理等应用有了全面、深刻的体会，运用理论解决实际问题的能力得到提高，同时也促进了学生学习的积极性。

［1］赵 勇.光纤传感原理与应用技术［M］.北京：清华大学出版社，2007

［2］廖延彪，黎 敏，张 敏.光纤传感技术与应用［M］.北京：清华大学出版社，2009

［3］黎 敏，廖延彪.光纤传感器及其应用技术［M］.武汉：武汉大学出版社，2012

［4］孟 洲，胡永明，姚 琼，等.《光纤传感技术》研究生课程改革探讨［J］.中北大学学报，2007

［5］宋章启，张学亮.《光纤传感系统》课程研讨式教学［J］.高等教育研究学报，2013

ISSN2095-6711/Z01-2015-11-0104