《光纖傳感技術》教學探討

武漢東湖學院電信學院 姚 平

《光纖傳感技術》教學探討

武漢東湖學院電信學院 姚 平

近年來，光纖傳感技術在工程領域獲得了巨大應用，越來越多的高校在本科階段開 設《光纖傳感技術》課程。本文介紹了光纖傳感技術的發展及該課程的特點與現狀，結合教學實際，對該課程的授課內容、方法等進行了探討。

光纖傳感 教學 實驗

光纖傳感技術的發展源于20世紀70年代，是光電技術發展最活躍的分枝之一。相比于傳統的傳感器，光纖傳感器件具有諸多優點：光纖是由石英玻璃制成的，是一種絕緣體介質，且耐高壓、耐腐蝕，能在易燃易爆的環境下可靠運行；光纖作為無源器件，對被測對象不產生影響；光纖體積小，重量輕，可以做成任意形狀的傳感器陣列與網絡；光纖傳感器的載體是光，其頻率數量級為1014Hz，傳感器的頻帶范圍很寬，動態范圍大，且不受電磁干擾。20世紀90年代，世界范圍的光纖傳感技術呈現產業化發展的趨勢，形成了軍事和民用兩大應用領域，如國土安全防衛系統、電力工業的安全檢測、生物醫學、環境監測等。近十年里，隨著光纖技術的發展，光纖傳感關鍵器件的生產工藝逐步成熟，相關器件和配套技術不斷完善。更重要的是國內巨大市場對光纖傳感器需求的日益增長，催生了國內專業光纖傳感器企業的誕生，標志著我國光纖傳感技術進入工程應用階段。

《光纖傳感技術》是光電信息專業的一門專業課，然而，在大多數高校相關專業中，光纖傳感技術仍然只作為傳感技術的一章，或者在研究生階段才開設此課程，在本科專業教中沒有得到應有重視。本文介紹了《光纖傳感技術》課程的教學現狀，結合教學實際，對該課程的授課內容、方法進行了探討。

一、主要問題

本科開設《光纖傳感技術》遇到的問題主要有：學生的先修課程不足，該課程的主要先修課程包括物理光學、光纖光學、光纖通信等，許多高校在先修課程的安排上準備不足，導致的結果是基礎知識占用了該課程許多課時，這也是許多學校在研究生學習階段而非本科階段開設此課程的原因；合適的教材不足，大部分的中文光纖傳感技術教材均面向研究生，不適用于本科生；該課程基本安排在大四，學生學習的效果不是很好。

二、教材方面

適合于本科教學的光纖傳感技術教材非常少，很多高校都是自編講義或專著教材。現有的光纖傳感技術著作大多詳述光纖光學的理論基礎和光纖傳感器的傳感原理，而對組成光纖傳感器系統的光纖和常用光纖器件敘述不夠，對具體參量的光纖傳感方法分析不足，尤其缺少在工程上的應用。在有限的可選教材中，授課教師開課時不得不對章節內容進行大量取舍。其原因可能包含以下方面：課時限制，相比于光纖傳感技術相關的大量知識點，32個課時顯然是不夠的；內容方面，作為一門工程技術類課程，該課程涉及許多理論和工程知識，正因如此，各教材在章節的設置中千差萬別；專業導向性，各高校在專業的定位上多有偏向性，多與學院和專業設置相結合。

三、課程內容

光纖傳感技術課程涉及的知識點非常多，分為四大類：

1.光纖技術基礎。大部分本科并未開設如光纖光學之類的專業課，因此該課程需要包含這部分內容，詳細內容如光纖的基礎知識、常用的光纖器件、光纖耦合技術等。

光纖傳感原理。該部分為課程的核心理論知識，光纖傳感典型可分為四大類：強度、相位、波長、偏振態調制型光纖傳感器，各種類型傳感器對應的光學原理與效應，該部分還包含分布式光纖傳感技術。

光纖傳感工程技術，這部分主要包括光纖傳感的網絡技術、封裝技術、多信息融合技術等。

光纖傳感技術的應用實例，該技術在電力系統、石油與化工工業、生物生醫生化領域、航空航天領域、國防領域、環境保護與監測等領域有廣泛應用，教材中包含了大量的應用實例。

四、實驗設置

作為一門工程應用極強的課程，該實驗課程的設置尤為關鍵，要求加大實驗課程設置，理論和實驗課時比例為2∶1。通過實驗課程的學習，學生加深了對光纖中光傳輸和傳感的基本理論的理解，掌握了光纖傳感的基本原理以及常用的傳感器測量原理，了解了各種光纖傳感正在發展的前沿課題，培養了應用光纖傳感器的基本技能，提高了學生應用高科技產品的技能，增強了學生的科學素養。

光纖傳感器實驗主要包括：光纖位移傳感器、光纖溫度傳感器、光纖光柵傳感器、光纖干涉傳感實驗等。這些實驗性教學對于高年級尤其是大四學生極有吸引力，對于專業的光電學生就業有很多好處。

五、結束語

通過光纖傳感技術課程的學習與實踐，學生對光學原理、激光原理等應用有了全面、深刻的體會，運用理論解決實際問題的能力得到提高，同時也促進了學生學習的積極性。

［1］趙 勇.光纖傳感原理與應用技術［M］.北京：清華大學出版社，2007

［2］廖延彪，黎 敏，張 敏.光纖傳感技術與應用［M］.北京：清華大學出版社，2009

［3］黎 敏，廖延彪.光纖傳感器及其應用技術［M］.武漢：武漢大學出版社，2012

［4］孟 洲，胡永明，姚 瓊，等.《光纖傳感技術》研究生課程改革探討［J］.中北大學學報，2007

［5］宋章啟，張學亮.《光纖傳感系統》課程研討式教學［J］.高等教育研究學報，2013

ISSN2095-6711/Z01-2015-11-0104