光纖傳感及應用課程標準

1、光纖傳感技術(shù)及應用課程標準（The optical fiber sensing technology and application）、課程概述（一）課程基本信息課程名稱光纖傳感技術(shù)及應用課程編碼0課程類型及 性質(zhì)專業(yè)選修考試/考查考試適用專業(yè)物理學專業(yè)（光電器件及其應用方 向）開課單位物理系總學時48總學分3（二）課程性質(zhì)與任務本課程是物理學專業(yè)（光電器件及其應用方向）的一門專業(yè)課，光纖傳感技術(shù)及 應用是伴隨著光導纖維及光通訊技術(shù)的發(fā)展而逐步形成的。通過本課程的學習，可以 使學生了解光纖中光傳輸和傳感的基本理論，使學生掌握光纖傳感的基本原理以及常用的傳感器測量原理；了解各種光纖傳感正在發(fā)展的

2、前沿課題。培養(yǎng)學生應用光纖傳 感器的基本技能，提高學生應用高科技產(chǎn)品的技能。增強學生的科學素養(yǎng)。使學生具 有理論聯(lián)系實際和實事求是的科學作風， 努力培養(yǎng)面向生產(chǎn)第一線的高素質(zhì)應用型人 才，培養(yǎng)學生對前期學習知識的綜合運用能力。二、課程目標（一）總體目標通過本課程的學習，培養(yǎng)學生應用光纖傳感器的基本技能，提高學生應用高科技 產(chǎn)品的技能。增強學生的科學素養(yǎng)。使學生具有理論聯(lián)系實際和實事求是的科學作風， 努力培養(yǎng)面向生產(chǎn)第一線的高素質(zhì)應用型人才，培養(yǎng)學生對前期學習知識的綜合運用能力。（二）具體目標1、知識目標（1）了解光在光纖中的傳播特點。（2）掌握光纖傳感器的強度調(diào)制、相位調(diào)制、偏振調(diào)制、波長調(diào)制

3、、頻率調(diào)制 等基本原理。（3）掌握光纖傳感器應用關(guān)鍵技術(shù)和典型系統(tǒng)構(gòu)成。（4）了解光纖傳感技術(shù)面臨的新課題和發(fā)展前景新類型光纖及其傳感應用、 新興光集成工藝及其與光纖傳感器的互通。2、能力目標（1）具有抽象思維能力、邏輯推理能力、空間想象能力和自學能力。（2）具有綜合運用所學知識分析和解決問題的能力。3、素質(zhì)目標（1）應用光纖傳感器的基本技能，提高學生應用高科技產(chǎn)品的技能。（2）設計簡單的光纖傳感器的技能。三、課程設計思路（一）課程設計的依據(jù)光纖傳感技術(shù)是以光電子學、機械學、材料學及計算機信息處理等為基礎的一門 新興技術(shù)。光纖是光波導的一種，具有損耗低、頻帶寬、線徑細、可撓性好、抗電磁 干擾，

4、耐化學腐蝕、原料豐富、制造過程能耗少、節(jié)約大量有色金屬等突出優(yōu)點，引 起了人們的高度重視。隨著光纖制造工藝的不斷發(fā)展、完善以及光電器件性能的不斷 提高，光纖的應用由最初的傳像、醫(yī)療診斷到通信網(wǎng)絡，從長距離光纖通信到光纖傳 感，廣泛應用于醫(yī)療、運輸、通信、服務、軍事、能源、教育等各種領(lǐng)域，為信息世 界的發(fā)展提供了一個有效的媒介。光纖的各種特性直接影響著光纖的各種應用，光纖 的各種應用又對光纖特性的改進提出了許多新要求、新課題。（二）課程目標、內(nèi)容結(jié)構(gòu)確定的思路主要目標是使學生了解掌握光纖傳感器中使用的光纖、光源、光探測器以及光纖 傳感器及其系統(tǒng)的原理、特點、應用。主要內(nèi)容包括：光纖傳感器中使用的

5、光纖、光 源、光探測器以及光纖傳感器及其系統(tǒng)的原理、特點、應用。主要內(nèi)容包括：光纖的 結(jié)構(gòu)特性、光學特性和傳輸特性；光纖傳感器使用的光源；光纖光柵傳感器、光纖熒 光傳感器、光纖溫度傳感器、光纖氣體傳感器等原理、特點以及一般設計方法。（三）課程目標實現(xiàn)的途徑光纖傳感技術(shù)實驗課，通過典型工作任務的驅(qū)動教學，實現(xiàn)知識學習與技能訓練 目標。在教學方法上，注重學生自主學習、實現(xiàn)教學互動。同時注重培養(yǎng)學生的職業(yè) 素養(yǎng)和方法能力。四、教學內(nèi)容與教學要求模塊一 光纖基礎總學時（單位：學時 ）:8 講課:8第部分 光纖傳輸基本理論（講課 4 學時）具體內(nèi)容 :1）掌握斜光纖和子午光纖在階躍光纖中光波的傳輸特點；

6、2) 掌握斜光纖和子午光纖在梯度光纖中光波的傳輸特點；3) 光纖數(shù)值孔徑； 第部分 光波在光纖中傳輸?shù)哪Ｊ嚼碚?(講課 4 學時) 具體內(nèi)容 :1) 光纖中光波傳輸?shù)哪Ｊ剑?) 光纖損耗和色散；重點: 掌握階躍光纖及梯度光纖中光的傳輸機制，會用光線理論解釋其中光的傳 輸機制。難點: 階躍光纖及梯度光纖中光的傳輸機制，會用光線及光波理論解釋其中光的 傳輸機。教學方法與手段：講授。模塊二 光纖傳感基本原理 總學時(單位：學時 ):16 講課:16第部分 光強調(diào)制型光纖傳感原理 (講課 4 學時) 具體內(nèi)容 :1) 光纖傳感基本原理；2) 非功能性光強調(diào)制型光纖傳感原理；3) 物理效應型光強調(diào)制型光

7、纖傳感原理；4) 功能性光強調(diào)制型光纖傳感原理；第部分 光相位調(diào)制型光纖傳感與及解調(diào)方法 (講課 4 學時) 具體內(nèi)容 :1) 功能型光相位調(diào)制原理；2) 光相位解調(diào)原理；第部分 光偏振調(diào)制型光纖傳感原理及解調(diào)方法 (講課 4 學時) 具體內(nèi)容 :1) 功能型光偏振調(diào)制原理；2) 光偏振態(tài)的檢測；第部分 光波長，頻率調(diào)制型光纖傳感原理及解調(diào)方法(講課 4 學時) 具體內(nèi)容 :1) 光波長調(diào)制與解調(diào)原理；2) 光頻率調(diào)制原理；3) 分布式光纖傳感原理；4) 波域分布式光纖傳感原理；重點: 掌握光強調(diào)制、波長調(diào)制調(diào)制原理和干涉法解調(diào)方法。難點: 功能型光強、偏振調(diào)制原理。 教學方法與手段：講授。模

8、塊三 光纖傳感器及其應用總學時（單位：學時 ）:8 講課:8 第部分 光纖溫度傳感器（講課 2 學時）具體內(nèi)容 :1） 半導體吸收型光纖溫度傳感器；2） 光纖熒光溫度傳感器；3）熱輻射式光纖溫度傳感器；第部分 光纖液位傳感器（講課 2 學時） 具體內(nèi)容 :1） 液面敏感型光纖液位傳感器；2） 液內(nèi)敏感型光纖液位傳感器；3）壓敏型光纖液位傳感器第部分 白光干涉壓力和溫度傳感器的設計（講課 4 學時） 具體內(nèi)容 :1）光信號的檢測； 2）壓力與光參量變化關(guān)系 重點: 掌握溫度和液位光纖傳感器的設計原理。難點: 白光干涉壓力和溫度傳感器的設計原理。 教學方法與手段：講授及實驗。模塊四 實驗教學內(nèi)容

9、實驗一：電容式傳感器的位移特性實驗 ?（實驗 4 學時） 實驗目的和要求： ?1了解電容式傳感器的工作原理。 ?2. 熟悉電容式傳感器的位移特性。 ? 實驗內(nèi)容： ?1. 觀察電容式傳感器的工作過程。 ?2. 記錄電容式傳感器的位移特性實驗的實驗數(shù)據(jù)。 ? 主要實驗儀器與器材： ?1. 傳感器應用平臺； ?2. 萬用表。 實驗二：壓電式傳感器振動實驗 ?（實驗 4 學時） 實驗目的和要求： ?1. 了解壓電式傳感器振動實驗的工作原理。 ?2. 熟悉壓電式傳感器振動實驗。 ? 實驗內(nèi)容： ?1. 觀察壓電式傳感器振動實驗的工作過程。 ?2. 記錄壓電式傳感器振動的實驗數(shù)據(jù)。？ 主要實驗儀器與器材

10、：？1傳感器應用平臺；？2.萬用表。？實驗三：霍爾式傳感器位移實驗？?？（實驗4學時） 實驗目的和要求：？1. 了解霍爾式傳感器的工作原理。？2. 熟悉霍爾式傳感器位移實驗。？實驗內(nèi)容：？1. 觀察霍爾式傳感器的工作過程。？2. 記錄霍爾式傳感器位移的實驗數(shù)據(jù)。？ 主要實驗儀器與器材：？1傳感器應用平臺；？2.萬用表。？實驗四：光纖傳感器位移實驗？（實驗4學時） 實驗目的和要求：？1. 了解光纖傳感器的工作原理。？2. 熟悉光纖傳感器位移實驗。？實驗內(nèi)容：？1. 觀察光纖傳感器的工作過程2. 記錄光纖傳感器位移的實驗數(shù)據(jù)。？ 主要實驗儀器與器材：？1. 傳感器應用平臺；？2. 萬用表。（三）課

11、程學時安排模塊（或 項目、任 務、單元）教學內(nèi)容教學環(huán)節(jié)備注理論 教學學時實驗 教學學時模塊一光纖傳輸基本理論4基礎光波在光纖中傳輸?shù)哪Ｊ嚼碚?基礎模塊二光相位調(diào)制型光纖傳感與及解調(diào)方法4基礎光相位調(diào)制型光纖傳感與及解調(diào)方法4基礎光偏振調(diào)制型光纖傳感原理及解調(diào)方 法4基礎光波長，頻率調(diào)制型光纖傳感原理及解 調(diào)方法4基礎模塊三光纖溫度傳感器2提高光纖液位傳感器2提高白光干涉壓力和溫度傳感器的設計4提高模塊四電容式傳感器的位移特性實驗4拓展壓電式傳感器振動實驗4拓展霍爾式傳感器位移實驗4拓展光纖傳感器位移實驗？4拓展總學時48五、課程實施建議（一）教學方法建議該課程應采取板書和多媒體結(jié)合的教學手段

12、提高教學效率，通過多媒體展現(xiàn)更多物理學和光電信息科學領(lǐng)域的科研熱點和前沿內(nèi)容，增強學生的學習興趣。（二）教材選用建議教材：1. 光纖傳感器及其應用技術(shù)，黎敏，廖延彪 武漢大學出版社，參考書目：1 .光纖傳感器及其應用技術(shù)，黎敏，廖延彪 武漢大學出版社，2 光纖測量與傳感技術(shù).孫圣和，王廷云.哈爾濱工業(yè)大學出版社.20023. 光纖傳感器新進展.靳偉、阮雙琛.科學出版社.2006.（三）課程資源開發(fā)與利用建議1. 嚴格按照大綱基本要求實施教學過程2. 豐富教學方式，活躍教學氣氛，提高教學質(zhì)量3. 注意知識的內(nèi)在聯(lián)系，啟發(fā)學生獨立思考，解決問題能力（四）考核方式建議1 .計分制：百分制2 .總評成績構(gòu)成：平時成績（30）% ;期末成績（70）% ；（1）平時成績構(gòu)成：作業(yè)（50）% ;出勤（50）%;（2）期末成績：考核形式閉卷或開卷六、附錄（一）編制依據(jù)根據(jù)物