光纖傳感技術(shù)論文范文

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第1篇

關(guān)鍵詞：光纖傳感；軍隊(duì)人才培養(yǎng)；課程建設(shè)與改革

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2016）09-0065-04

一、引言

光纖傳感技術(shù)是一門(mén)基礎(chǔ)理論與工程應(yīng)用緊密結(jié)合、理論與實(shí)踐能力并重的系統(tǒng)學(xué)科，既要求學(xué)員有扎實(shí)的光學(xué)、電學(xué)基礎(chǔ)，又要求學(xué)員能夠擺脫課本的束縛、根據(jù)實(shí)際工程應(yīng)用靈活運(yùn)用已學(xué)到的知識(shí)。為適應(yīng)這一形勢(shì)，2006年以來(lái)，我們針對(duì)技術(shù)類(lèi)本科生、軍事指揮類(lèi)本科生、碩士研究生和博士研究生的不同特點(diǎn)和未來(lái)適應(yīng)部隊(duì)工作的不同要求，建立了光纖傳感技術(shù)系列課程。

作為一門(mén)應(yīng)用學(xué)科，“學(xué)以致用”是光纖傳感技術(shù)系列課程的特色之一。為此，課程建設(shè)非常注重學(xué)員對(duì)課程知識(shí)的實(shí)踐應(yīng)用能力培養(yǎng)，在教學(xué)實(shí)踐中，結(jié)合課程特點(diǎn)和授課對(duì)象的學(xué)習(xí)特點(diǎn)，大力推進(jìn)教學(xué)方法與手段的研究改革，在多層次一體化課程體系建設(shè)、教學(xué)方法與手段改革、創(chuàng)新人才培養(yǎng)、教師隊(duì)伍建設(shè)等方面取得了較大成績(jī)，下面分別進(jìn)行介紹。

二、光纖傳感技術(shù)多層次一體化課程建設(shè)

我校早在上世紀(jì)90年代就開(kāi)設(shè)了《光纖傳感技術(shù)》課程，并作為光纖傳感專(zhuān)業(yè)研究生的必修專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，為培養(yǎng)光纖傳感技術(shù)人才起到了不可替代的作用。然而隨著光纖傳感技術(shù)在現(xiàn)代化信息戰(zhàn)爭(zhēng)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，部隊(duì)對(duì)光纖傳感專(zhuān)業(yè)的人才數(shù)量和質(zhì)量要求越來(lái)越高。我校原有的只針對(duì)研究生展開(kāi)的《光纖傳感技術(shù)》課程已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)培養(yǎng)部隊(duì)所需人才的緊迫要求。從2004年開(kāi)始我院開(kāi)始醞釀對(duì)光纖傳感技術(shù)課程進(jìn)行深入改革，將授課對(duì)象拓展到全校本科生和本院研究生，并從2006年開(kāi)始實(shí)行。經(jīng)過(guò)6年多的系統(tǒng)建設(shè)，最終建立起了完備的多層次光纖傳感系列課程。

由于本科生和研究生、本專(zhuān)業(yè)和非本專(zhuān)業(yè)學(xué)員、技術(shù)類(lèi)和軍事指揮類(lèi)學(xué)員的知識(shí)基礎(chǔ)和應(yīng)用方向差異太大，如何科學(xué)劃分課程層次、清晰明確課程內(nèi)容、準(zhǔn)確定位課程目標(biāo)是光纖傳感系列課程建設(shè)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

在廣泛調(diào)研軍隊(duì)需求、不同類(lèi)別學(xué)員的知識(shí)積累和興趣及國(guó)內(nèi)外學(xué)校同專(zhuān)業(yè)的課程設(shè)置基礎(chǔ)上，我們建立起了分別面向本科生和研究生、技術(shù)類(lèi)和軍事指揮類(lèi)、本院專(zhuān)業(yè)和全校學(xué)員的光纖傳感系列課程。新增了技術(shù)類(lèi)《光纖傳感技術(shù)》、軍事指揮類(lèi)《光纖傳感技術(shù)》，面向全校本科生專(zhuān)題研討課《基于虛擬儀器的光纖傳感技術(shù)》三門(mén)課程，原有針對(duì)研究生的《光纖傳感技術(shù)》則改為《光纖傳感系統(tǒng)》[1，2]。

（一）建立起針對(duì)本院技術(shù)類(lèi)本科生的《光纖傳感技術(shù)》課程內(nèi)容體系，以“扎實(shí)廣泛的技術(shù)基礎(chǔ)為核心，典型的系統(tǒng)應(yīng)用為亮點(diǎn)”

考慮到授課學(xué)員在學(xué)習(xí)本課程之前已經(jīng)在《光纖通信》、《光電檢測(cè)技術(shù)》等課程中對(duì)光纖和光纖器件等有初步了解，在本課程中首先介紹光纖傳感技術(shù)的概念和內(nèi)涵，然后針對(duì)光纖傳感系統(tǒng)的特點(diǎn)，介紹光纖、光纖器件、光纖傳感原理和光纖傳感信號(hào)解調(diào)原理。這四部分內(nèi)容涵蓋了強(qiáng)度型、偏振型、波長(zhǎng)型、相位型和分布式光纖傳感的系統(tǒng)構(gòu)成、傳感原理和關(guān)鍵技術(shù)，為光纖傳感基礎(chǔ)知識(shí)，具有信息量大、知識(shí)點(diǎn)多、覆蓋范圍廣泛的特點(diǎn)；最后以2-3種典型的光纖傳感系統(tǒng)為例，向?qū)W員示范在系統(tǒng)中如何對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行靈活應(yīng)用，啟發(fā)學(xué)員根據(jù)學(xué)到的基礎(chǔ)知識(shí)來(lái)分析理解新型光纖傳感系統(tǒng)。

（二）研究生的《光纖傳感系統(tǒng)》課程以“系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)為核心，系統(tǒng)設(shè)計(jì)為亮點(diǎn)”

與原有的研究生《光纖傳感技術(shù)》相比，新的課程內(nèi)容和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了大幅度的改革，突出“系統(tǒng)應(yīng)用”，大幅度削減了光纖傳感基礎(chǔ)知識(shí)，而是以四大類(lèi)典型光纖傳感系統(tǒng)為授課重點(diǎn)。課程中的四大類(lèi)典型光纖傳感系統(tǒng)選取了目前應(yīng)用最為廣泛或技術(shù)難度較高的光纖水聽(tīng)器系統(tǒng)、光纖陀螺系統(tǒng)、分布式光纖傳感系統(tǒng)和光纖光柵傳感系統(tǒng)，針對(duì)每一類(lèi)對(duì)其應(yīng)用背景、系統(tǒng)組成、系統(tǒng)指標(biāo)和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)分析，構(gòu)建課本知識(shí)到實(shí)際工程應(yīng)用的技術(shù)橋梁。在講解完每一類(lèi)典型光纖傳感系統(tǒng)后，特別設(shè)計(jì)了光纖傳感系統(tǒng)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，要求學(xué)員以分組的形式，根據(jù)特定應(yīng)用背景設(shè)計(jì)出光纖傳感系統(tǒng)，闡明系統(tǒng)特色和關(guān)鍵技術(shù)。

課程調(diào)整所面臨的最大難題在于：學(xué)習(xí)本課程的研究生既包括本校本專(zhuān)業(yè)的學(xué)員，也包括來(lái)自于外院和外校的本科非光信息專(zhuān)業(yè)的學(xué)員。對(duì)于前者，通過(guò)本科生階段的《光纖傳感技術(shù)》學(xué)習(xí)已經(jīng)具備了良好的基礎(chǔ)，在新課程學(xué)習(xí)中應(yīng)盡量避免內(nèi)容重復(fù)；對(duì)于后者，直接學(xué)習(xí)典型光纖傳感系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)存在一定難度，需要對(duì)光纖傳感基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行介紹。為此，在研究生的《光纖傳感系統(tǒng)》課程中，首先設(shè)定了3個(gè)課時(shí)對(duì)光纖傳感基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行回顧和總結(jié)，并點(diǎn)明各部分基礎(chǔ)知識(shí)所涉及的參考書(shū)。同時(shí)由于使用了與本科生《光纖傳感技術(shù)》課程同一系列的教材，為解決學(xué)員基礎(chǔ)參差不齊的難題提供了有效的解決辦法，而面向全校的《基于虛擬儀器的光纖傳感技術(shù)》則為畢業(yè)于本校其他專(zhuān)業(yè)的研究生學(xué)員提供了學(xué)習(xí)本課程的基礎(chǔ)。

（三）軍事指揮類(lèi)本科生的《光纖傳感技術(shù)》課程以“完善學(xué)員知識(shí)結(jié)構(gòu)為重點(diǎn)，突出軍事應(yīng)用特色為亮點(diǎn)”，為學(xué)員提供裝備相關(guān)知識(shí)基礎(chǔ)

課程針對(duì)軍事指揮類(lèi)本科學(xué)員培訓(xùn)的主要目標(biāo)，將軍事指揮類(lèi)本科生《光纖傳感技術(shù)》課程的主要任務(wù)確定為拓展軍事指揮類(lèi)學(xué)員的知識(shí)面，完善知識(shí)結(jié)構(gòu)，了解最新軍用傳感器技術(shù)，一方面可以充分發(fā)揮我軍現(xiàn)有裝備的作戰(zhàn)效能，另一方面可以掌握外軍作戰(zhàn)手段，有效克敵制勝。課程簡(jiǎn)化了基礎(chǔ)知識(shí)部分內(nèi)容，擴(kuò)充了典型光纖傳感部分，特別是注重光纖水聽(tīng)器、光纖陀螺和分布式光纖傳感器在軍事中的應(yīng)用，并拓展光纖水聽(tīng)器在聲納系統(tǒng)應(yīng)用中的相關(guān)知識(shí)，讓學(xué)員在進(jìn)行工作崗位后可以更快的掌握相關(guān)裝備的使用和維護(hù)。

（四）面向研究生的《虛擬光纖傳感技術(shù)》以“引導(dǎo)學(xué)員自主學(xué)習(xí)為核心，激發(fā)學(xué)員獨(dú)立思考為亮點(diǎn)”

課程以光纖傳感技術(shù)中相干檢測(cè)技術(shù)為背景，以虛擬儀器技術(shù)為手段，通過(guò)一個(gè)具體實(shí)例為研討對(duì)象，讓學(xué)員一邊學(xué)習(xí)新知識(shí)，一邊動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)，一邊學(xué)會(huì)自主學(xué)習(xí)。課程首先在學(xué)員高中已經(jīng)具備的光學(xué)知識(shí)基礎(chǔ)上講解干涉型光纖傳感的基本內(nèi)容，然后引導(dǎo)學(xué)員自習(xí)LabVIEW虛擬儀器語(yǔ)言，通過(guò)研討學(xué)習(xí)心得讓學(xué)員掌握LabVIEW基本知識(shí)，最后要求學(xué)員利用所學(xué)知識(shí)和工具完成光纖傳感中一個(gè)典型信號(hào)處理問(wèn)題。整個(gè)課程以學(xué)員自己動(dòng)手動(dòng)腦為主，精選了一門(mén)易學(xué)好用的虛擬儀器語(yǔ)言LabVIEW，使學(xué)員可以在四到五次課的時(shí)間內(nèi)學(xué)會(huì)，并結(jié)合光纖傳感技術(shù)系列課程的建設(shè)成果，讓學(xué)員可以在課程上針對(duì)典型的干涉型光纖傳感系統(tǒng)進(jìn)行信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)，一方面提升了學(xué)員的學(xué)習(xí)的積極性，另一方面加強(qiáng)了學(xué)員的自信心，并為學(xué)員以后的創(chuàng)新實(shí)踐奠定了基礎(chǔ)。

三、教學(xué)方法與手段改革

在教學(xué)過(guò)程中，在教學(xué)方法和教學(xué)手段上也進(jìn)行了一系列的改革，使用了大量的新技術(shù)、新手段、和新的教學(xué)方式。主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（一）充分運(yùn)用科研成果和虛擬儀器技術(shù)的特點(diǎn)，增加了大量的課堂演示實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)

在光纖傳感技術(shù)系列課程中引入堂演示實(shí)驗(yàn)，對(duì)于加深學(xué)員對(duì)知識(shí)的理解效果最為明顯。在課程建設(shè)中，充分利用所在實(shí)驗(yàn)室在光纖傳感技術(shù)研究上的優(yōu)勢(shì)，在每門(mén)課程講授中都加入了1～2個(gè)課堂演示實(shí)驗(yàn)。

與專(zhuān)門(mén)的實(shí)驗(yàn)課不同，課堂演示實(shí)驗(yàn)的側(cè)重點(diǎn)在實(shí)驗(yàn)效果上，通常都是完整的光纖系統(tǒng)，包括光源、光傳輸鏈路、光接收模塊、顯示模塊等等，并注重演示效果。以往的光纖系統(tǒng)雖然功能性明顯，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。近年來(lái)，課題組所在的實(shí)驗(yàn)室在光纖傳感系統(tǒng)的工程可靠性研究上投入了大量精力，一些便攜式高可靠性的光纖傳感集成模塊在科研項(xiàng)目中得到廣泛應(yīng)用；這些科研成果的突破使得在課堂上演示一些復(fù)雜的光纖傳感系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)成為可能[5]。另一方面，由于虛擬儀器技術(shù)在光纖傳感技術(shù)中的廣泛應(yīng)用，復(fù)雜的信號(hào)解調(diào)可以通過(guò)電腦直觀的顯示在課堂多媒體系統(tǒng)中，“所見(jiàn)即所得”的方式使得課堂演示實(shí)驗(yàn)的效果非常直觀和可信。以研究生的《光纖傳感系統(tǒng)》課程為例，我們選取了光纖光柵應(yīng)變系統(tǒng)作為課堂演示實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。在硬件上，這套系統(tǒng)的光收發(fā)模塊為集成化的便攜式光纖光柵解調(diào)儀，采用法蘭盤(pán)對(duì)接可串接起多個(gè)光纖傳感陣列；而復(fù)雜的信號(hào)解調(diào)系統(tǒng)則全部通過(guò)虛擬儀器技術(shù)在電腦上軟件實(shí)現(xiàn)，解調(diào)結(jié)果直接顯示在電腦程序界面中。通過(guò)這套系統(tǒng)，我們完整地演示了光纖傳感器設(shè)計(jì)、光纖傳輸鏈路構(gòu)成、復(fù)用光纖傳感網(wǎng)絡(luò)、和光纖傳感信號(hào)解調(diào)等多項(xiàng)知識(shí)內(nèi)容，學(xué)員普遍反映通過(guò)這一演示實(shí)驗(yàn)對(duì)光纖傳感系統(tǒng)有了清晰深刻的了解。

（二）借鑒國(guó)外大學(xué)相關(guān)專(zhuān)業(yè)的教學(xué)模式，在考核中引入小型綜合設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，充分考察學(xué)員的綜合素質(zhì)

課題組的兩位教員具有國(guó)外留學(xué)的經(jīng)歷，在課程建設(shè)中充分參考國(guó)外大學(xué)在光纖傳感技術(shù)課程的教學(xué)方法，在作業(yè)環(huán)節(jié)引入小型光纖傳感綜合設(shè)計(jì)內(nèi)容，并將其作為課程考核評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的一部分，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)員綜合素質(zhì)的培養(yǎng)和考核評(píng)價(jià)。

光纖傳感綜合設(shè)計(jì)參考了香港理工大學(xué)和英國(guó)南安普頓大學(xué)的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，以對(duì)知識(shí)的綜合運(yùn)用為主要考察目標(biāo)。本科生光纖傳感技術(shù)采用適當(dāng)?shù)木C合設(shè)計(jì)題目難度，重視對(duì)知識(shí)融會(huì)貫通和綜合應(yīng)用能力的考察，一般在授課過(guò)程中只進(jìn)行1次；研究生除了要求基礎(chǔ)知識(shí)綜合應(yīng)用能力，更注重對(duì)實(shí)際工程應(yīng)用系統(tǒng)的完整性和前沿問(wèn)題的拓展性考察[6]，一般則開(kāi)設(shè)2～3次。綜合設(shè)計(jì)作業(yè)由學(xué)員分組完成，小組內(nèi)成員根據(jù)資料調(diào)研、方案設(shè)計(jì)、報(bào)告撰寫(xiě)等工作內(nèi)容的不同進(jìn)行明確分工，并推選一位組員參加課堂專(zhuān)門(mén)設(shè)置答辯環(huán)節(jié)。

（三）針對(duì)授課內(nèi)容的層次劃分和授課對(duì)象的學(xué)習(xí)特點(diǎn)，科學(xué)合理設(shè)置研討專(zhuān)題

研討式教學(xué)我校近年來(lái)大力推廣的教學(xué)方式之一。由于光纖傳感技術(shù)具有經(jīng)典與前沿相結(jié)合、理論與工程應(yīng)用相結(jié)合的特點(diǎn)，在系列課程建設(shè)中，課題組在原有研究生《光纖傳感技術(shù)》的研討式專(zhuān)題內(nèi)容基礎(chǔ)上，進(jìn)行了深入的思考和大膽的拓展，將課程中的研討專(zhuān)題劃分為三大類(lèi)：經(jīng)典理論知識(shí)的研討、前沿研究的研討和學(xué)位論文研究方法的研討。

經(jīng)典理論知識(shí)的研討要求學(xué)員在授課之前對(duì)相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行預(yù)習(xí)，并在課堂上對(duì)全體學(xué)員講解自己對(duì)該問(wèn)題的理解。如在進(jìn)行“光纖干涉儀傳感系統(tǒng)”的授課時(shí)，要求學(xué)員預(yù)習(xí)時(shí)弄明白兩個(gè)問(wèn)題：什么是隨機(jī)相位衰落？什么是偏振誘導(dǎo)信號(hào)衰落？進(jìn)行研討時(shí)不要求學(xué)員對(duì)這兩個(gè)問(wèn)題進(jìn)行深入剖析，但要求學(xué)員用精煉的語(yǔ)言闡明問(wèn)題的物理含義。學(xué)員普遍認(rèn)為這種研討專(zhuān)題不是特別復(fù)雜，通過(guò)預(yù)習(xí)教材即可，但大部分學(xué)員會(huì)準(zhǔn)備PPT課件，且自愿上講臺(tái)講述的學(xué)員一般在以往的學(xué)習(xí)過(guò)程中接觸過(guò)與該專(zhuān)題相關(guān)的研究工作，因此在其課件上還會(huì)加入自己以往的工作、自己對(duì)該問(wèn)題的擴(kuò)展認(rèn)知及自己尚未弄明白的問(wèn)題等。這種教學(xué)效果是在深入了解學(xué)員的知識(shí)積累基礎(chǔ)上，通過(guò)巧妙設(shè)置研討專(zhuān)題取得的。

前沿研究的研討要求學(xué)員進(jìn)行大量的資料查閱，特別是光纖傳感前沿研究課題的查閱。對(duì)于某一個(gè)問(wèn)題，由于課堂講授的時(shí)間受限或者教材中沒(méi)有系統(tǒng)的描述，對(duì)該問(wèn)題的課堂講授可能不夠全面，在這種情況下，教師會(huì)提供相關(guān)信息，要求學(xué)員查閱該文獻(xiàn)并進(jìn)行精讀，然后在課堂上進(jìn)行研討。這種研討專(zhuān)題分為兩種：一種是教師提供明確的檢索信息，由學(xué)員查閱到該文獻(xiàn)后精度文獻(xiàn)，分析文獻(xiàn)的精華及不足；另一種則是教師提供所要解決的問(wèn)題，由學(xué)員對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行解讀，提煉關(guān)鍵檢索信息，進(jìn)行檢索后，對(duì)檢索文獻(xiàn)進(jìn)行初步分析，總結(jié)該問(wèn)題的研究現(xiàn)狀。學(xué)員反映這種研討專(zhuān)題的難度稍大于第一種，但一般稍花時(shí)間都能解決。

學(xué)位論文研究方法的研討目的在于：無(wú)論是本科生還是研究生，在學(xué)習(xí)完相應(yīng)的光纖傳感技術(shù)課程后馬上就要投入到學(xué)位論文工作中。通過(guò)對(duì)這類(lèi)問(wèn)題的研討，學(xué)員逐漸掌握了在未來(lái)從事學(xué)位論文研究中必須具備的研究方法，這類(lèi)的研討主要培養(yǎng)學(xué)員的仿真計(jì)算能力和光纖傳感系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能力。例如在講授完光纖光柵的基本理論之后，學(xué)員反映耦合模理論的公式很繁瑣，難以一眼看出其中的物理特性，為此，我們安排了相關(guān)理論的仿真計(jì)算研討，要求學(xué)員根據(jù)課堂講授的公式進(jìn)行理論仿真，計(jì)算光纖光柵反射光譜，并繪制帶寬、反射率等關(guān)鍵參數(shù)隨著光柵參數(shù)的變化曲線。學(xué)員在課堂研討時(shí)要講述自己的關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置和仿真結(jié)果。通過(guò)這種研討方式，學(xué)員對(duì)光纖光柵的反射譜特性建立了深入的了解，效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于課堂直接講授相關(guān)結(jié)論。

根據(jù)光纖傳感課程層次劃分，不同的光纖傳感技術(shù)課程對(duì)三種研討專(zhuān)題的應(yīng)用程度也不相同，本科生的光纖傳感技術(shù)課程以經(jīng)典理論知識(shí)的研討為主，并設(shè)置1～2次前沿研究的研討；研究生的光纖傳感技術(shù)課程則以前沿研究的研討專(zhuān)題和學(xué)位論文研究方法的研討專(zhuān)題為主，對(duì)特別重要的概念設(shè)置少量經(jīng)典理論知識(shí)的研討專(zhuān)題。

四、以光纖傳感技術(shù)課程為支撐的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)

光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用范圍極廣，一套實(shí)用的光纖傳感系統(tǒng)可以很龐大很復(fù)雜，也可以很小巧靈活。針對(duì)這一特點(diǎn)，課題組教師在學(xué)院本科生和研究生的各項(xiàng)教學(xué)活動(dòng)中，積極開(kāi)展與光纖傳感技術(shù)相關(guān)的各項(xiàng)活動(dòng)。

針對(duì)本科生的光纖傳感技術(shù)系列課程，在授課結(jié)束后，在光電設(shè)計(jì)大賽、畢業(yè)設(shè)計(jì)等教學(xué)活動(dòng)中開(kāi)設(shè)了大量關(guān)于光纖傳感技術(shù)應(yīng)用的課題，引起學(xué)員濃厚的興趣和廣泛的參與熱情。一方面，參與光纖傳感技術(shù)相關(guān)的本科畢業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)員數(shù)量大幅度提高。以技術(shù)類(lèi)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)為例，2013、2014年參與光纖傳感技術(shù)相關(guān)課題的學(xué)生均達(dá)到光信息專(zhuān)業(yè)學(xué)員總數(shù)的50%以上。另一方面，學(xué)員完成課題的質(zhì)量也得到大幅度提升，近年來(lái)有8名本科生獲得學(xué)校創(chuàng)新資助，從側(cè)面反映出光纖傳感技術(shù)課程教學(xué)效果的日漸提高。這些競(jìng)賽成果也作為評(píng)價(jià)授課效果的標(biāo)準(zhǔn)之一，并將學(xué)員在課外延拓活動(dòng)中的效果和意見(jiàn)及時(shí)反饋到教學(xué)過(guò)程中[3，4]。

針對(duì)研究生的光纖傳感技術(shù)系列課程，一方面鼓勵(lì)學(xué)員在課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上努力拓展研究深度，在光纖傳感研究領(lǐng)域不斷創(chuàng)新。在課題組所在實(shí)驗(yàn)室所培養(yǎng)的研究生中，有3名研究生獲得學(xué)校創(chuàng)新資助，1名研究生獲得湖南省創(chuàng)新資助，其課題都是光纖傳感領(lǐng)域的研究重點(diǎn)和難點(diǎn)。此外還有5項(xiàng)研究生參與申請(qǐng)的光纖傳感技術(shù)相關(guān)專(zhuān)利；另一方面，鼓勵(lì)學(xué)員積極參與到與光纖傳感技術(shù)相關(guān)的科研項(xiàng)目中，在實(shí)際工程環(huán)境中對(duì)課程知識(shí)進(jìn)行融會(huì)貫通。目前在光纖信息專(zhuān)業(yè)的畢業(yè)研究生中，參加過(guò)光纖傳感相關(guān)的湖上或海上試驗(yàn)的學(xué)員達(dá)到95%以上，為其真正走向工作崗位后充分適應(yīng)部隊(duì)對(duì)光纖傳感技術(shù)人才的需要積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

五、高素質(zhì)教師隊(duì)伍建設(shè)

作為教育的重要媒介，教師是活動(dòng)中的主要因素。教員整體素質(zhì)的高低，直接影響著教學(xué)質(zhì)量的高低。因此，建立一支教學(xué)水平高、結(jié)構(gòu)合理的高素質(zhì)師資隊(duì)伍顯得尤為重要。

（一）從教學(xué)和科研兩個(gè)方面錘煉教師隊(duì)伍，使教師的教學(xué)水平和科研能力相互促進(jìn)共同提高

科學(xué)研究是教師工作的重要組成部分，是提高教學(xué)水平的重要手段，也是提高自身素質(zhì)的重要途徑。對(duì)于光纖傳感技術(shù)系列課程而言，學(xué)即能致用是其重要特點(diǎn)之一，教學(xué)和科研的相互促進(jìn)作用尤為明顯。課題組全部教員均參加了多個(gè)重大科研項(xiàng)目。通過(guò)重大科研項(xiàng)目的歷練，教員的學(xué)術(shù)水平得到很大的提高，一方面教員接觸了學(xué)術(shù)前沿，開(kāi)拓了學(xué)術(shù)視野，經(jīng)歷了科研實(shí)踐，在課堂教學(xué)中自然會(huì)將科研最新成果、專(zhuān)業(yè)發(fā)展動(dòng)向帶進(jìn)課堂，另一方面，教員在參與重大科研項(xiàng)目時(shí)對(duì)光纖傳感的技術(shù)內(nèi)容有了更加深刻的認(rèn)知，對(duì)于在課堂上清楚明白的講好各個(gè)知識(shí)點(diǎn)至關(guān)重要。同時(shí)，通過(guò)教學(xué)活動(dòng)中對(duì)課程內(nèi)容的反復(fù)推敲及與學(xué)員之間展開(kāi)的研討交流，可以加深教員對(duì)技術(shù)環(huán)節(jié)的領(lǐng)悟，甚至激發(fā)教員的靈感。通過(guò)在科研和教學(xué)兩個(gè)方面同時(shí)錘煉，促進(jìn)教師知識(shí)更新和自身進(jìn)步，提高教師的創(chuàng)新能力和教學(xué)質(zhì)量，將真正做到科研教學(xué)一體化。

（二）鼓勵(lì)教員進(jìn)行對(duì)外交流，充分借鑒國(guó)內(nèi)外同類(lèi)專(zhuān)業(yè)課程的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)

課題組有兩名教員具有國(guó)（境）外留學(xué)經(jīng)歷，其他教員也多次參加國(guó)內(nèi)外的學(xué)術(shù)活動(dòng)和教學(xué)活動(dòng)交流，在課程建設(shè)過(guò)程中充分利用了這一優(yōu)勢(shì)。在教員已經(jīng)帶回的國(guó)外大學(xué)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，鼓勵(lì)教員在回到學(xué)校后仍然定期與留學(xué)單位交流，及時(shí)獲取留學(xué)單位最新的課程設(shè)置和教學(xué)安排信息，并通過(guò)交流，不斷補(bǔ)充自身的不足，更新課程內(nèi)容，豐富教學(xué)手段，提高自身教學(xué)水平。在對(duì)外學(xué)術(shù)活動(dòng)交流中，有意識(shí)的了解其他院校同類(lèi)專(zhuān)業(yè)課程的教學(xué)情況，對(duì)于感興趣的單位積極主動(dòng)與對(duì)方聯(lián)系進(jìn)行實(shí)際考察。活躍的對(duì)外交流活動(dòng)極大地激發(fā)了教師的教學(xué)熱情，并不斷提高其教學(xué)水平。

（三）加強(qiáng)青年教師的教學(xué)技能培訓(xùn)

目前，課題組教員是一支相對(duì)年輕化的隊(duì)伍，很多才剛剛博士畢業(yè)，青年教師充滿(mǎn)熱情，思想活躍，比較了解學(xué)員的思想，與學(xué)員進(jìn)行交流方面具有優(yōu)勢(shì)。但是，他們大多沒(méi)有經(jīng)過(guò)系統(tǒng)的教學(xué)技能訓(xùn)練，普遍缺乏教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。為了使青年教師盡快掌握教學(xué)技能，提高業(yè)務(wù)能力與水平，課題組指定認(rèn)真負(fù)責(zé)、教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富的老教師擔(dān)當(dāng)青年教師的導(dǎo)師，對(duì)青年教師實(shí)行“一對(duì)一”的“傳、幫、帶”指導(dǎo)，指導(dǎo)青年教師備課、編寫(xiě)教案；采取措施督促教員投入足夠的精力。教員上崗前，必須經(jīng)過(guò)教研室、系所、學(xué)院三級(jí)試講，每次授課必須重新編寫(xiě)教案、編寫(xiě)課件、編制教學(xué)日歷；在教學(xué)過(guò)程中，教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)、督導(dǎo)組、院系領(lǐng)導(dǎo)經(jīng)常性聽(tīng)查課，督促教學(xué)水平的提高。

通過(guò)從科研和教學(xué)兩方面錘煉教學(xué)隊(duì)伍，課題組教員自身水平得到了大大提高，多次在全軍和全校獲得教學(xué)優(yōu)秀獎(jiǎng)，其中獲軍隊(duì)院校育才獎(jiǎng)1人次，優(yōu)秀研究生導(dǎo)師獎(jiǎng)3次，校本科“研究型”教學(xué)比賽三等獎(jiǎng)1人次，校研究生教學(xué)優(yōu)秀三等獎(jiǎng)1人次，教員在國(guó)內(nèi)教學(xué)期刊上發(fā)表高水平教學(xué)論文10篇，課題組已經(jīng)成為了一支能獨(dú)立承擔(dān)授課任務(wù)的高水平教師隊(duì)伍。

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第2篇

關(guān)鍵詞：BOTDA，布里淵散射， 工程監(jiān)測(cè)， 標(biāo)定，光纖

1. 引言

分布式光纖傳感技術(shù)適用于橋梁工程的檢測(cè)以及施工過(guò)程監(jiān)控。其原理基于在光纖中傳播的激光會(huì)發(fā)生布里淵散射，而散射光的頻率，會(huì)隨所在的點(diǎn)的溫度和應(yīng)變發(fā)生變化，這兩種效應(yīng)都是線性的。一般使用通訊光纖布置于工程構(gòu)件，進(jìn)行測(cè)量，因此，必須對(duì)光纖進(jìn)行標(biāo)定。標(biāo)定后的光纖，其頻移與相應(yīng)的溫度或應(yīng)變有一個(gè)明確的換算系數(shù)，單位是Hz/℃，以及Hz/?ε.

為了標(biāo)定光纖，我們制作了專(zhuān)用標(biāo)定臺(tái)。由鋼質(zhì)簡(jiǎn)支梁組成，采用砝碼做四點(diǎn)彎曲加載，因此中段是純彎曲段。梁的彈性模量、尺寸已知，因此可以在理論上確定彎曲應(yīng)變、應(yīng)力。在純彎曲段貼應(yīng)變片，測(cè)試應(yīng)變值作為校驗(yàn)。由于本次試驗(yàn)?zāi)康脑谟跈z驗(yàn)標(biāo)定方法和標(biāo)定方案的合理性，采用一段已經(jīng)標(biāo)定過(guò)的光纖做實(shí)驗(yàn)，其標(biāo)定值為0.051MHz/?ε，本文不做應(yīng)變片以及砝碼載荷下理論應(yīng)變的校驗(yàn)分析。

2. 試驗(yàn)材料和儀器

此次試驗(yàn)同時(shí)標(biāo)定的光纖有：（1）裸光纖；（2）普通緊套光纖；（3）鎧裝緊套光纖。

三組光纖稍微預(yù)張拉后分別粘貼在鋼梁的下側(cè)即受拉一側(cè)，三條光纖線路分別連接好（激光筆測(cè)試光路通暢），各自編號(hào)，各自線路上對(duì)應(yīng)的待測(cè)純彎段距離范圍量測(cè)準(zhǔn)確后，即開(kāi)始測(cè)試。

測(cè)試儀器為日本 NBX6050分布式光纖監(jiān)測(cè)儀。圖1是實(shí)驗(yàn)裝置。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置

3. 測(cè)試結(jié)果及數(shù)據(jù)分析

本文僅分析裸光纖的標(biāo)定結(jié)果，另兩組光纖的標(biāo)定，數(shù)據(jù)處理較復(fù)雜，將另文發(fā)表。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程包括加載砝碼、運(yùn)用光纖監(jiān)測(cè)儀發(fā)出激光、讀取散射光、分析頻移得出數(shù)據(jù)。數(shù)字化的數(shù)據(jù)以電腦文件形式保存。圖2是由數(shù)據(jù)畫(huà)出的裸光纖的測(cè)量曲線。其中中段是純彎曲段的響應(yīng)，兩側(cè)有非純彎曲段以及光纖引線的響應(yīng)。

圖2 裸光纖應(yīng)變曲線

根據(jù)數(shù)字化的數(shù)據(jù)文件，數(shù)據(jù)導(dǎo)入excel繪制散點(diǎn)圖并擬合線性直線

得出結(jié)果見(jiàn)表1. 擬合的直線見(jiàn)圖3。根據(jù)直線方程，可以知道其標(biāo)定系數(shù)。

表1 擬合直線的數(shù)據(jù)

圖3 擬合的線性度及其斜率

擬合線性方程式表明裸光纖的標(biāo)定值在0.0508-0.0514MHZ/?ε之間。與名義標(biāo)定值符合較好，也符合一般光纖的平均特性。

4. 結(jié)論

通過(guò)使用標(biāo)定臺(tái)，對(duì)光纖進(jìn)行試驗(yàn)性標(biāo)定，確認(rèn)名義應(yīng)變系數(shù)為0.051的光纖，其標(biāo)定系數(shù)在0.0508-0.0514MHZ/?ε之間。標(biāo)定的最大相對(duì)誤差為0.78%. 研究表明，這種標(biāo)定臺(tái)性能較好，標(biāo)定方法合理。

本次試驗(yàn)還有很多其他數(shù)據(jù)待分析，將另外撰文發(fā)表。

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第3篇

【論文摘要】：介紹了光纖傳感器的基本構(gòu)成及原理，綜述了近年來(lái)光纖傳感器技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，對(duì)光纖傳感技術(shù)的研究發(fā)展方向進(jìn)行了展望。

光纖傳感器隨著光纖通信技術(shù)的實(shí)用化有了迅速發(fā)展，且以體積小、重量輕、檢測(cè)分辨率高、靈敏度高、測(cè)溫范圍寬、保密性好、抗電磁干擾能力強(qiáng)、抗腐蝕性強(qiáng)等明顯優(yōu)于傳統(tǒng)傳感器的特點(diǎn)，其應(yīng)用范圍深入至國(guó)防軍事、航天航空、土木工程、電力、能源、環(huán)保、醫(yī)學(xué)等。現(xiàn)如今光纖傳感器已經(jīng)能夠?qū)囟取毫Α囟取⒄駝?dòng)、電流、電壓、磁場(chǎng)等物理量進(jìn)行測(cè)定，發(fā)展空間相當(dāng)廣闊。

1. 光纖傳感器的基本構(gòu)成和組成原理

光纖傳感器主要由光源、光纖與探測(cè)器3部分組成，光源發(fā)出的光耦合進(jìn)光纖，經(jīng)光纖進(jìn)入調(diào)制區(qū)，在調(diào)治區(qū)內(nèi)，外界被測(cè)參數(shù)作用于進(jìn)入調(diào)區(qū)內(nèi)的光信號(hào)，是其光學(xué)性質(zhì)如光的強(qiáng)度、相位、偏振態(tài)、波長(zhǎng)等發(fā)生變化成為被調(diào)制的信號(hào)光，再經(jīng)過(guò)光纖送入光探測(cè)器而獲得被測(cè)參數(shù)，光纖傳感器中的光纖通常由纖芯、包層、樹(shù)脂涂層和塑料護(hù)套組成，纖芯和包層具有不同的折射率，樹(shù)脂涂層對(duì)光纖起保護(hù)作用，光纖按材料組成分為玻璃光纖和塑料光纖；按光纖纖芯和包層折射率的分布可分為階躍折射率型光纖和梯度折射率光纖兩種。光纖能夠約束引導(dǎo)光波在其內(nèi)部或表面附近沿軸線方向向前傳播，具有感測(cè)和傳輸?shù)碾p重功能，是一種非常重要的智能材料。

2. 光纖傳感器的類(lèi)型及特點(diǎn)

光纖傳感器的類(lèi)型很多，按光纖傳感器中光纖的作用可分為傳感型和傳光型兩種類(lèi)型。

傳感型光纖傳感器又稱(chēng)為功能型光纖傳感器，主要使用單模光纖，光纖不僅起傳光作用，同時(shí)又是敏感元件，它利用光纖本身的傳輸特性經(jīng)被測(cè)物理量作用而發(fā)生變化的特點(diǎn)，使光波傳導(dǎo)的屬性(振幅、相位、頻率、偏振)被調(diào)制。因此，這一類(lèi)光纖傳感器又分 為光強(qiáng)調(diào)制型，偏振態(tài)調(diào)制型和波長(zhǎng)調(diào)制型等幾種。對(duì)于傳感型光纖傳感器，由于光纖本身是敏感元件，因此加長(zhǎng)光纖的長(zhǎng)度可以得到很高的靈敏度。

傳光型光纖傳感器又稱(chēng)非功能型光纖傳感器，它是將經(jīng)過(guò)被測(cè)對(duì)象所調(diào)制的光信號(hào)輸入光纖后，通過(guò)在輸出段進(jìn)行光信號(hào)處理而進(jìn)行測(cè)量的。在這類(lèi)傳感器中，光纖僅作為傳光元件，必須附加能夠?qū)饫w所傳遞的光進(jìn)行調(diào)治的敏感元件才能組成傳感元件。

3. 光纖傳感器的應(yīng)用

光纖傳感器的應(yīng)用范圍很廣，幾乎涉及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的所有重要領(lǐng)域和人們的日常生活，尤其可以安全有效地在惡劣環(huán)境中使用，解決了許多行業(yè)多年來(lái)一直存在的技術(shù)難題，具有很大的市場(chǎng)需求。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面的應(yīng)用:

(1) 城市建設(shè)中橋梁、大壩、油田等的干涉陀螺儀和光柵壓力傳感器的應(yīng)用。光纖傳感器可預(yù)埋在混凝土、碳纖維增強(qiáng)塑料及各種復(fù)合材料中，用于測(cè)試應(yīng)力松弛、施工應(yīng)力和動(dòng)荷載應(yīng)力從而來(lái)評(píng)估橋梁短期、施工階段和長(zhǎng)期營(yíng)運(yùn)狀態(tài)的結(jié)構(gòu)性能。

(2) 在電力系統(tǒng)，需要測(cè)定溫度、電流等參數(shù)，如對(duì)高壓變壓器和大型電機(jī)的定子、轉(zhuǎn)子內(nèi)的溫度檢測(cè)等，由于電類(lèi)傳感器易受強(qiáng)電磁場(chǎng)的干擾，無(wú)法在這些場(chǎng)合中使用，只能用光纖傳感器。分布式光纖溫度傳感器是近幾年發(fā)展起來(lái)的一種用于實(shí)時(shí)測(cè)量空間溫度場(chǎng)分布的高新技術(shù)，分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)不僅具有普通光纖傳感器的優(yōu)點(diǎn)，還具有對(duì)光纖沿線各點(diǎn)的溫度的分布式傳感能力，利用這種特點(diǎn)我們可以連續(xù)實(shí)時(shí)測(cè)量光纖沿線幾公里內(nèi)各點(diǎn)的溫度，定位精度可達(dá)米的量級(jí)，測(cè)溫精度可達(dá)1度的水平，非常適用于大范圍多點(diǎn)測(cè)溫的應(yīng)用場(chǎng)合。

(3) 在石油化工系統(tǒng)、礦井、大型電廠等，需要檢測(cè)氧氣、碳?xì)浠衔铩O等氣體，采用電類(lèi)傳感器不但達(dá)不到要求的精度，更嚴(yán)重的是會(huì)引起安全事故。因此，研究和開(kāi)發(fā)高性能的光纖氣敏傳感器，可以安全有效地實(shí)現(xiàn)上述檢測(cè)。

(4) 在環(huán)境監(jiān)測(cè)、臨床醫(yī)學(xué)檢測(cè)、食品安全檢測(cè)等方面，由于其環(huán)境復(fù)雜，影響因素多，使用其它傳感器達(dá)不到所需要的精度，并且易受外界因素的干擾，采用光纖傳感器可以具有很強(qiáng)的抗干擾能力和較高的精度，可實(shí)現(xiàn)對(duì)上述各領(lǐng)域的生物量的快速、方便、準(zhǔn)確地檢測(cè)。目前，我國(guó)水源的污染情況嚴(yán)重，臨床檢驗(yàn)、食品安全檢測(cè)手段比較落后，光纖傳感器在這些領(lǐng)域具有極好的市場(chǎng)前景。

(5) 醫(yī)學(xué)及生物傳感器。醫(yī)學(xué)臨床應(yīng)用光纖輻射劑量計(jì)、呼吸系統(tǒng)氣流傳感系統(tǒng);圓錐形微型FOS測(cè)量氧氣濃度及其他生物參數(shù);用FOS探測(cè)氫氧化物及其他化學(xué)污染物;光纖表面細(xì)胞質(zhì)粒基因組共振生物傳感器;生物適應(yīng)FOS系統(tǒng)應(yīng)用于海水監(jiān)測(cè)、生化技術(shù)、醫(yī)藥。

光纖傳感器在實(shí)踐中運(yùn)用到的例子舉不勝舉，這些技術(shù)都是多學(xué)科的綜合，涵蓋的知識(shí)面廣，象光纖陀螺，火花塞光纖傳感器，光纖傳感復(fù)合材料，以及利用光纖傳感器對(duì)植物葉綠素的研究等等；隨著科技的不斷進(jìn)步，越來(lái)越多的光纖傳感器將面世，它將被應(yīng)用到生產(chǎn)生活的每一個(gè)角落。

4. 光纖傳感器的技術(shù)發(fā)展方向

光纖傳感技術(shù)經(jīng)過(guò)20余年的發(fā)展也已獲得長(zhǎng)足的進(jìn)步，出現(xiàn)了很多實(shí)用性的產(chǎn)品，然而實(shí)際的需要是各種各樣的，光纖傳感技術(shù)的現(xiàn)狀仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足實(shí)際需要。目前，光纖傳感器技術(shù)發(fā)展的主要方向是。

(1) 傳感器的實(shí)用化研究。即一種光纖傳感器不僅只針對(duì)一種物理量，要能夠?qū)Χ喾N物理量進(jìn)行同時(shí)測(cè)量。

(2) 提高分布式傳感器的空間分辨率、靈敏度，降低其成本，設(shè)計(jì)復(fù)雜的傳感器網(wǎng)絡(luò)工程。注意分布式傳感器的參數(shù)，即壓力、溫度，特別是化學(xué)參數(shù)(碳?xì)浠衔铩⒁恍┪廴疚铩穸取H值等)對(duì)光纖的影響。

(3) 傳感器用特殊光纖材料和器件的研究。例如:增敏和去敏光纖、熒光光纖、電極化光纖的研究等。這些將是以后傳感器進(jìn)一步發(fā)展的趨勢(shì)。

(4) 在惡劣條件下(高溫、高壓、化學(xué)腐蝕)低成本傳感器(支架、連接、安裝)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。

(5) 新傳感機(jī)理的研究，開(kāi)拓新型光纖傳感器。

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