緒論：寫作既是個人情感的抒發，也是對學術真理的探索，歡迎閱讀由發表云整理的11篇傳感技術論文范文，希望它們能為您的寫作提供參考和啟發。

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2氧化物半導體型

在氧化物半導體表面上形成一對電極。根據周圍氣氛的分壓，氧化物半導體（如TiO2、Nb2O5、CeO2、CoO2、SnO2、ZnO等）自身進行氧化或還原反應，導致半導體的電阻發生變化。在溫度固定時，半導體電阻的對數與氧分壓的對數成正比。該型傳感器需要加熱器使得半導體達到工作溫度，不需要參比氣，按照結構分為燒結體型（片狀）、薄膜型、厚膜型。

3場效應晶體管（FET）型或肖特基勢壘二極管型

電極形成在FET的YSZ柵上或半導體表面的氧敏膜上。在氣/鉑/YSZ或氣/鉑/TiO2三相界面上，氧被催化為O2-，使得鉑/YSZ或鉑/TiO2界面的電位發生變化，進而使得FET閾值電壓或二極管端電壓發生變化，通過測量FET閾值電壓或二極管端電壓變化獲得氧分壓。該型傳感器適用于室溫到高溫。

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1.1傳感器節點的設計本系統中，傳感器節點的主要任務是實時監測相關環境參數，并對其他節點轉發來的數據進行存儲和轉發，使數據通過WSN傳輸到匯聚節點處，其處理能力、存儲能力和通信能力要求不高，因此采用簡單節約的設計方案。如圖3所示，傳感器節點由傳感器模塊、處理器模塊、射頻模塊、電源模塊和電路等部分組成。傳感器模塊負責對所需參數進行采集和模數轉換。處理器模塊負責控制整個傳感器節點的操作，存儲和處理傳感器模塊采集的以及射頻模塊發送過來的數據。射頻模塊負責與其他節點之間的通信，對數據進行發送或接收。電源模塊負責為整個節點提供運行所需的能量，是決定節點壽命的關鍵因素之一。電路則包括聲光電路、復位電路及接口電路等。（1）處理器模塊。處理器模塊是傳感器節點的核心部分，本設計方案中，處理器選用德州儀器（TI）公司的16位超低功耗微控制器MSP430F135，該處理器采用1.8V-3.6V的低電壓供電，可以在低電壓下以超低功耗狀態工作，非常適合應用在對功耗控制要求甚高的無線傳感器網絡。該處理器同時擁有較強的處理能力和較豐富的片內資源，擁有16kB閃存、512BRAM、2個16位的定時器、1個通用同步異步接口（USART）、12位的模數轉換器（ADC）和6個8位并行接口。（2）射頻模塊。在無線傳感器網絡實際應用中，傳感器節點既需要發射又需要接收數據，因此本設計方案中的射頻模塊采用收發一體的無線收發機。射頻模塊采用Chipcon公司推出的無線收發芯片CC2420，它的工作電壓位于2.1~3.6V之間，收發電流不超過20mA，功耗低；其具有很高的集成度，只需要較少的電路就可工作，天線設計采用PCB天線，進一步減小模塊體積。CC2420工作在2.4GHz頻段上，支持IEEE802.15.4和Zig-Bee協議；采用O-QPSK調制方式，抗鄰道干擾能力強；128B接收和128B發射用的數據緩存空間，數據傳輸速率高達250kb-ps。（3）傳感器模塊。傳感器節點的數據采集部分根據實際需要選擇相應的傳感器，如溫度、濕度、振動、光敏、壓力等傳感器。本文的研究重點不在傳感器上，因此僅以溫濕度傳感器作為例子。本方案采用Sensirion公司的SHT15溫濕度傳感器，該傳感器將傳感元件和信號處理電路集成在一起，輸出完全標定的數字信號[3]。其工作溫度范圍在-40℃-123.8℃之間，其在-20℃-70℃范圍內，溫度測量精度在±1℃以內；濕度范圍在0%-100%之間，在10%-90%范圍內，濕度測量精度在±2%以內。

1.2匯聚節點的設計在本系統中，匯聚節點的主要任務是接收傳感器節點轉發來的數據，進行存儲和處理后傳輸到網關節點處，同時，接收來自網關節點的信息，向傳感器節點監測任務。匯聚節點是連接WSN和外部網絡的接口，實現兩種協議間的轉換，使用戶能夠訪問、獲取和配置WSN的資源，對其處理能力、存儲能力和通信能力要求較高。而為了與傳感器節點匹配，匯聚節點的硬件結構與傳感器節點基本相似，如圖4所示，匯聚節點沒有傳感器模塊，增加了存儲器模塊和藍牙通信模塊。（1）處理器模塊。同樣的，處理器模塊也是匯聚節點的核心部分，主要負責控制整個匯聚節點的操作，存儲和處理來自射頻模塊或者藍牙通信模塊的數據，再將處理結果交給射頻模塊或者藍牙通信模塊發送出去。本設計方案中，處理器選用TI公司的16位超低功耗微控制器MSP430F1611，該處理器和MSP430F135一樣，可以在1.8V~3.6V的低電壓下以超低功耗狀態工作，但其擁有更強的處理能力和更豐富的片內資源，48kB閃存和10KBRAM、2個16位定時器、1個快速12位ADC、雙12位DAC、2個USART接口和6個8位并行I/O接口。（2）存儲器模塊。考慮到物流運輸過程中環境多變，容易帶來一些不確定因素，這些不確定因素可能引起處理器自帶的存儲器中的數據丟失，因此匯聚節點需要存儲一些重要的數據。本設計方案中，匯聚節點的外部存儲器芯片選用由Mi-crochip公司生產的24AA64，工作電壓低至1.8V，它采用低功耗CMOS技術，工作時電流僅為1mA，而且可以在惡劣的環境下穩定工作。由于匯聚節點對存儲容量要求不高，而且24AA64芯片的存儲容量為64KB，擦寫次數可達到百萬次，因此一塊芯片即可滿足本系統的存儲要求。（3）藍牙通信模塊。本系統采用智能手機作為后臺系統和WSN之間的網關，來實現遠距離的數據傳輸。為了使匯聚節點與智能手機能夠進行通信，采用藍牙通信協議。而在匯聚節點使用藍牙通信方式需要增加一個藍牙通信模塊。本設計方案中，采用SparkFun公司的BlueSMiRF模塊，其工作電壓為3.3V-6V，工作電流最大為25mA，功耗較低；其最大傳輸距離為100m，通信速率最高可達115200bps；其天線為PCB天線，所需器件很少，故模塊的體積很小，可以通過串行接口直接與處理器模塊相連。

1.3網關節點的設計本系統要求在后臺系統和WSN部署點間進行雙向通信，為了實現遠距離的數據傳輸功能，有兩種方案，一是匯聚節點增加移動通信模塊，如GPRS模塊[4]；二是采用智能手機作為后臺系統和匯聚節點之間的網關。方案一對匯聚節點的要求進一步提高，不僅處理過程更加復雜，其能量消耗也大大提高；另一方面要實現物流過程的跟蹤，還需有定位功能，一般采用GPS模塊[5]，這樣成本也將大大提高。相比之下，方案二優勢明顯，采用智能手機可以進行各種復雜的數據處理，進行大量數據的存儲，使用移動通信網絡與后臺系統進行通信，使用內置的GPS定位功能，后臺用戶可以在緊急事件發生時直接聯系貨車司機等。因此，本系統采用智能手機作為網關節點。本設計方案中，采用中國移動M811手機作為測試對象，其支持4G/3G/GPRS等移動網絡，可以方便地使用移動網絡與后臺系統進行通信；其具有GPS定位功能，可以實現貨車定位；具有藍牙通信功能，可與匯聚節點間采用藍牙通信；使用An-droid4.0操作系統，擁有豐富的開源資源，方便軟件的設計。

2系統軟件部分設計

本系統使用WSN中的傳感器節點檢測物流過程中相關環境參數并發送到匯聚節點處，由其將數據通過藍牙連接傳輸到智能手機，智能手機通過移動通信網絡將加入GPS信息的數據傳輸到后臺服務器。系統各部分的工作任務不一，硬件條件也有很大差別，因此系統的軟件設計也十分關鍵。

2.1傳感器節點程序設計傳感器節點主要承擔數據采集和發送的工作，由于其能量及處理資源有限，因此需要采取節能和減少數據處理的設計方案。本設計方案中，傳感器節點采取按需求喚醒的工作方式，檢測等待時間（等待時間可由后臺設置）未到或者沒有收到匯聚節點命令時節點處于休眠狀態；當等待時間一到或者收到命令時，立刻開始工作，進行采集數據并發送，或者根據命令完成相應操作，完成后又進入休眠狀態，等待下一次激活，其程序流程如圖5所示。

2.2匯聚節點程序設計匯聚節點的主要任務是接收傳感器節點轉發來的數據，處理后通過藍牙傳輸到網關節點處，同時接收來自網關的命令，完成相應的操作。相比于傳感器節點，匯聚節點的工作更加復雜，而且其能量和處理資源也不多，因此采取與傳感器節點相似的節能設計方案，將復雜的數據處理工作交予網關節點，其程序流程如圖6所示。

2.3智能手機APP設計智能手機作為本系統的網關節點，承擔協議轉換、數據傳輸、數據處理等復雜工作，因此開發相應的應用程序（Applica-tionProgram，簡稱APP）來實現上述功能，其流程圖如圖7所示。該APP實現對智能手機內部藍牙模塊的調用，通過藍牙連接與匯聚節點通信；利用智能手機的GPS模塊獲取位置信息，加入到接收到的傳感器數據中，再通過移動通信網絡傳輸到后臺系統；接收后臺系統的命令，完成相應的操作；同時通過智能手機對應的界面提供數據顯示、告警提醒以及日志功能。

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2對無線傳感器的安全技術造成破壞的因素

2.1破撞攻擊。在發包作用處于正常的節點中時，破壞方則會附帶的將另一個數據包進行發送，使得破壞的數據由于出現數據的疊加無法有效的被分離開，從而嚴重的阻礙了正常情況下的網絡通信，并且破壞了網絡通信的安全性，即為碰撞攻擊。建立監聽系統則是最好的防卸方法，它是利用糾錯系統來查找數據包的疊加狀況，并及時的對其進行清除，從而確保數據安全的傳輸。

2.2擁塞攻擊。擁塞攻擊指就是破換方對網絡通信的頻率進行深入的了解之后，通過通信頻率附近的區域的得知，來發射相應的無線電波，從而進行一步對干擾予以加大。對于這種狀況，則需要采用科學合理的預防方式，來將網絡節點裝換成另一個頻率，才能進行正常的通信。

3加強無線傳感器網絡安全技術的相關措施分析

3.1密鑰管理技術。通常在密鑰的管理中，密鑰從生成到完畢的這一過程所存在的不同問題在整個加密系統中是極其薄弱的一個環節，信息的泄漏問題尤為頻繁。目前我國對密鑰管理技術上最根本的管理是對稱密鑰機制的管理，其中包括非預共享的密鑰模式、預共享密鑰模式、概率性分配模式以及確定性分配模式。確定性分配模式為一個共享的密碼鑰匙，處于兩個需要進行交換的數據節點間，且為一種非常確定的方式。而概率性分配則是將密碼鑰匙的共享得以實現，則要根據能夠進行計算的合理概率，從而使得分配模式予以提出。

3.2安全路由技術。路由技術的實施就是想節省無線傳感器網絡中的節點所擁有能量，并最大程度體現無線傳感器網絡系統。但由于傳播的范圍較大，因此在傳輸網絡數據信息時常常不同程度的遭受攻擊，例如DD路由中最根本的協議，一些惡意的消息通過泛洪攻擊方式進行攔截及獲取，并利用網絡將類似虛擬IP地址、hello時間以及保持時間這樣的HSRP信息的HSRP協議數據單元進行寄發的方式，來對正常情況下的傳輸實行阻礙，使得網絡無法進行正常且順利的通信流程。但通過HSRP協議和TESLA協議進行有效結合所形成的SPINS協議，則可以有效的緩解且減少信息泄露的情況的出現，同時進一步加強了對攻擊進行預防的能力，從而保證無線傳感器網絡整體的系統具有安全性。

3.3安全數據相融合。無線傳感器網絡就是通過豐富且復雜的數據所形成的一種網絡，其中的相關數據會利用融合以及剔除，來對數據信息進行傳送，因此在此過程中，必須謹慎仔細的對數據融合的安全性問題予以重視。同時數據融合節點的過程中，必須將數據具體的融合通過安全節點進行開展，并且在融合之后，將一些有效的數據通過供基站予以傳送，才能進一步對監測的評價進行開展，從而保證融合的結果具有真實性以及安全性。

3.4密碼技術。針對無線傳感器網絡中的一些極其不安全的特性，可通過密碼設置、科學化的密碼技術，從而進一步保證網絡通信能夠安全的進行。同時通過加大密碼中相關代碼以及數據的長度，來大大降低信息泄露的情況，從而可以有效的保證通信數據的安全性。由于出現的密鑰算法無法達到對稱性，其中所具備的保護因素較大，并且擁有簡單方便的密碼設置，從而廣泛、普遍的被人們運用到日常生活中。而在應用不同的通信設備時，則需要將相應的密碼技術進行使用。

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現代包裝設計中文字與藝術通感的關系

在包裝設計中研究人類生理和心理感受的類型和特點，用視覺傳達形式為主要語言描述人的各種感官體驗，是包裝設計中視覺溝通的有效途徑。文字更是視覺溝通不可缺少的元素，通過藝術通感，文字不僅可以傳遞出嗅覺、味覺、觸覺、聽覺等信息，還可補充和豐富人們的感覺，使人產生視覺要素以外的更多感受。另外，現代包裝設計中廣告宣傳性文字藝術通感的傳達也不容忽視。簡短精煉、表達準確、具有聯覺感受的廣告語，可以使消費者產生使用產品后帶來歡樂、美感、激動等藝術通感，直接激發了消費者的情感，起到畫龍點睛的作用。

現代包裝設計中藝術通感的形成

藝術通感不是簡單的、孤立存在的心理現象。在認知的過程中，由感覺引發、想象搭橋、情感推動而達到領悟的境界，是藝術實踐不可或缺的重要因素。它們共同作用將直接作用于人們的各種感覺，豐富、深化為人們的認知的過程。我國當代著名的詩評家李元洛先生認為：“成功的藝術通感是一種創造性的審美想象。”想象是實現藝術通感的中介和橋梁，可以把多種感觀因素聯接、綜合起來，給人以情深理直的形象感受。如可口可樂包裝設計中白色英文品牌名“COCACOLA”加上銀色邊框，與紅色底色形成強烈的動靜對比，給人以喜慶、歡樂、熱鬧的視覺想象，傳達出可口可樂歡慶的品牌形象。而“情感是人對客觀事物是否滿足自己的需要而產生的態度體驗”，具有強大的內驅力、整合力和創造力，能激起消費者的強烈共鳴。如印有盲文的外包裝，滿足了盲人的情感需求。

現代包裝設計中文字藝術通感的傳達形式

1.現代包裝設計中文字實用功能的傳播

文字是商品信息傳達的主要形式，商品的品牌、廣告語、使用說明等相關信息都必須明確地表達在包裝上。要在琳瑯滿目的商品中抓住消費者的視線，包裝上的文字必須簡潔、易讀、易懂、易記，具有較強的辨識度。例如雀巢咖啡包裝設計，它以品牌標識和產品形象作為包裝的視覺主體形象。白色中英文品牌標志以它鮮明有力的視覺強度向消費者傳達著信賴感，手寫體的產品數量說明則給人一種輕松與隨意之感，凸顯了產品特性。包裝上文字可讀性的提高還能加強產品的視覺感染力與視覺沖擊力，引發人們對抽象的產品性格想象及情感需求的共鳴。像羅馬體、宋體這類柔美秀麗的字體，字型優美清新，線條流暢，適合運用于女性化裝品及日用品包裝設計中，給人溫柔、典雅的視覺親切感；而具有穩重、簡約、大方等特點的字體，則適合于表現工業產品類的包裝，以展現其現代感的設計主題。不同風格的文字帶給我們不同的藝術通感，在設計時應針對訴求人群和商品選擇不同風格的文字及表現形式，使包裝設計中文字的藝術通感的表達更為豐富、準確。

2. 現代包裝設計中文字文化使命的傳承

現代包裝設計是對社會總體文化的一種反應，文字又是反應文化的有效載體。它既是商品信息傳播的視覺符號，又是形、音、義相結合的傳播載體，能延伸語言的交際效力，成為消費者知覺文化內涵的鑰匙。因此，優秀的包裝設計應利用消費者對不同文字形態的文化情感，使消費者通過文字所傳遞的文化信息與自身感覺經驗相融合，產生某種藝術通感，完成對商品文化內涵的解讀。如中國的宋體古樸典雅，公正勻稱，蘊含古典之美；歐美的無飾線體莊重而醒目、簡潔，富有現代感。因此，在包裝設計中，理解文字元素的特點、文化背景及藝術性，找出文字元素和產品的結合點，將文字滲入到包裝設計的視覺表現語言當中就尤為重要。

3. 現代包裝設計中文字視覺審美的表現

文字作為視覺語言和語言書寫的符號，除了承載、傳達各種文字信息的原始功能外，其藝術性也不容忽視。文字美觀、個性的視覺形象已成為一種重要的裝飾和載體，能給人耳目一新的感染力。在現代包裝設計中，巧妙運用文字的創意表現，起到情感傳達的作用，給人以美好的審美感受，是快速展現品牌形象的一種捷徑。例如日本SOUR水果飲料包裝設計，整個版面品牌名稱來表現。采用斜方向階梯式結構構圖，畫面自由生動，并通過字母由大到小的漸變營造出富有節奏律動感的藝術效果，由視覺引發味覺、聽覺上的通感享受，給人美味、健康的心理印象。文字賦予了品牌個性的魅力，藝術形式的高度幾何、抽象化具有鮮明的有企業的主導作用。

結語

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中圖分類號TN95 文獻標識碼A 文章編號1674-6708（2012）81-0221-02

1 概述

激光雷達成像壓縮傳感技術是近年比較活躍的一類信息技術，它是在傳統激光雷達成像的技術基礎上，加入了新的信息獲取理論，即壓縮傳感技術，有效降低數據采集量，并提高了信號傳輸質量。

激光雷達成像壓縮傳感技術特定主體情報信息搜索系統，是以科技論文、技術專利、作者、地域等特定主體為信息搜索目標，綜合運用計算機處理等技術，對激光雷達成像壓縮傳感技術的有關情報信息進行識別和獲取，并實現對情報數據的預處理和判斷，實現激光雷達成像壓縮傳感相關技術的專利、論文、互聯網數據的實時動態監控，進而獲取和掌握技術情報數據。

在此劃定激光雷達成像壓縮傳感技術特定主體包括：

1）中文核心期刊論文數據搜索與跟蹤；

2）外文EI、SCI期刊論文數據搜索與跟蹤；

3）中國專利數據搜索與跟蹤；

4）美國申請專利數據搜索與跟蹤；

5）美國授權專利數據搜索與跟蹤；

6）歐洲公開專利數據搜索與跟蹤

7）世界知識產權組織專利數據搜索與跟蹤；

8）中國專利法律狀態數據搜索與跟蹤；

9）歐洲和世界知識產權組織專利同族數據搜索與跟蹤；

10）美國專利交易數據搜索與跟蹤；

11）互聯網數據搜索與跟蹤。

2 系統架構設計

系統主要由信息搜索模塊、信息監控模塊、信息采集模塊組成。

信息搜索模塊主要針對三大檢索論文數據，中文核心期刊數據，中國、美國、歐洲、世界知識產權組織的專利申請數據、授權數據、法律狀態數據、專利權轉移數據、同族專利數據、引證數據，互聯網數據進行搜索；信息監控模塊利用搜索模塊的功能，針對技術、機構、人員、國家的相關數據進行監控，發現各類信息的異動；之后，由信息采集模塊完成數據采集，存入相應數據庫。

對于不同來源的數據，采用網絡爬蟲技術設計搜索和跟蹤的后臺程序，后臺程序不間斷的掃描搜索和監測任務，一旦采集條件成立，啟動采集，獲取包括html、xml、txt格式的原始數據，然后由信息抽取程序抽取相應的格式化數據經過ETL轉換存入到數據庫中。以搜索任務為核心的業務表與元數據管理表建立關系，任務由用戶設定，與用戶的搜索條件一一對應，每個任務下可以包含來自一個數據元的任意多個專利，多個任務構成一個分析項目；每個任務根據其數據的來源設定任務所采用的處理方案，每個方案對應一個數據源的數據結構特征、數據清洗方案、數據分析方案，屬于元數據的一部分。

圖1 搜索任務創建示意圖

3 搜索算法

互聯網中的網頁相互連接，彼此連同，構成一個巨大的網絡結構，相對于專利和論文來說，對其進行搜索，技術難度略大。對于互聯網數據則要采用網絡搜索算法進行網頁的深度搜索。激光雷達壓縮傳感技術信息搜索系統網絡搜索算法以深度優先搜索算法為主。

深度優先搜索所遵循的搜索策略是盡可能“深”地搜索網頁節點。在深度優先搜索中，對于最新發現的網頁頂點，如果它還有以此為起點而未探測到的鏈接邊，就沿此邊繼續漢下去。當網頁結點的所有鏈接邊都己被探尋過，搜索將回溯到發現網頁結點那條邊的始結點。這一過程一直進行到已發現從源網頁結點可達的所有網頁結點為止。如果還存在未被發現的網頁結點，則選擇其中一個作為源結點并重復以上過程，整個進程反復進行直到所有結點都被發現為止。

如下圖，采用深度優先搜索算法，輸出的網頁順序為：A->B->D->H->I->E->J->

C->F->K->G->L->M

主要搜索算法如下：

public void DFSTraverse（）

{

InitVisited（）；

DFS（items[0]）；

}

private void DFS（Vertexv）

{

v.visited=true；

Nodenode=v.firstEdge；

while（node！=null）

{

if（！node.adjvex.visited）

{

DFS（node.adjvex）；

}

node=node.next；

}

}

private void InitVisited（）

{

foreach（Vertexvinitems）

{

v.visited=false；

}

}

4 結論

本研究以情報信息搜索為核心，以特定主體為信息來源，運用計算機網絡技術，構建了一套技術情報信息搜索系統，實現了對特定主體技術情報的跟蹤和監控，為摸清有關技術發展態勢、掌握潛在競爭威脅提供了手段，為管理決策部門制定技術發展路線、做出準確部署判斷提供了有效的情報支持。

參考文獻

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中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）09-0065-04

一、引言

光纖傳感技術是一門基礎理論與工程應用緊密結合、理論與實踐能力并重的系統學科，既要求學員有扎實的光學、電學基礎，又要求學員能夠擺脫課本的束縛、根據實際工程應用靈活運用已學到的知識。為適應這一形勢，2006年以來，我們針對技術類本科生、軍事指揮類本科生、碩士研究生和博士研究生的不同特點和未來適應部隊工作的不同要求，建立了光纖傳感技術系列課程。

作為一門應用學科，“學以致用”是光纖傳感技術系列課程的特色之一。為此，課程建設非常注重學員對課程知識的實踐應用能力培養，在教學實踐中，結合課程特點和授課對象的學習特點，大力推進教學方法與手段的研究改革，在多層次一體化課程體系建設、教學方法與手段改革、創新人才培養、教師隊伍建設等方面取得了較大成績，下面分別進行介紹。

二、光纖傳感技術多層次一體化課程建設

我校早在上世紀90年代就開設了《光纖傳感技術》課程，并作為光纖傳感專業研究生的必修專業基礎課，為培養光纖傳感技術人才起到了不可替代的作用。然而隨著光纖傳感技術在現代化信息戰爭中的應用越來越廣泛，部隊對光纖傳感專業的人才數量和質量要求越來越高。我校原有的只針對研究生展開的《光纖傳感技術》課程已經遠遠不能適應培養部隊所需人才的緊迫要求。從2004年開始我院開始醞釀對光纖傳感技術課程進行深入改革，將授課對象拓展到全校本科生和本院研究生，并從2006年開始實行。經過6年多的系統建設，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、本專業和非本專業學員、技術類和軍事指揮類學員的知識基礎和應用方向差異太大，如何科學劃分課程層次、清晰明確課程內容、準確定位課程目標是光纖傳感系列課程建設的重點和難點。

在廣泛調研軍隊需求、不同類別學員的知識積累和興趣及國內外學校同專業的課程設置基礎上，我們建立起了分別面向本科生和研究生、技術類和軍事指揮類、本院專業和全校學員的光纖傳感系列課程。新增了技術類《光纖傳感技術》、軍事指揮類《光纖傳感技術》，面向全校本科生專題研討課《基于虛擬儀器的光纖傳感技術》三門課程，原有針對研究生的《光纖傳感技術》則改為《光纖傳感系統》[1，2]。

（一）建立起針對本院技術類本科生的《光纖傳感技術》課程內容體系，以“扎實廣泛的技術基礎為核心，典型的系統應用為亮點”

考慮到授課學員在學習本課程之前已經在《光纖通信》、《光電檢測技術》等課程中對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的概念和內涵，然后針對光纖傳感系統的特點，介紹光纖、光纖器件、光纖傳感原理和光纖傳感信號解調原理。這四部分內容涵蓋了強度型、偏振型、波長型、相位型和分布式光纖傳感的系統構成、傳感原理和關鍵技術，為光纖傳感基礎知識，具有信息量大、知識點多、覆蓋范圍廣泛的特點；最后以2-3種典型的光纖傳感系統為例，向學員示范在系統中如何對基礎知識進行靈活應用，啟發學員根據學到的基礎知識來分析理解新型光纖傳感系統。

（二）研究生的《光纖傳感系統》課程以“系統應用技術為核心，系統設計為亮點”

與原有的研究生《光纖傳感技術》相比，新的課程內容和標準進行了大幅度的改革，突出“系統應用”，大幅度削減了光纖傳感基礎知識，而是以四大類典型光纖傳感系統為授課重點。課程中的四大類典型光纖傳感系統選取了目前應用最為廣泛或技術難度較高的光纖水聽器系統、光纖陀螺系統、分布式光纖傳感系統和光纖光柵傳感系統，針對每一類對其應用背景、系統組成、系統指標和關鍵技術進行詳細分析，構建課本知識到實際工程應用的技術橋梁。在講解完每一類典型光纖傳感系統后，特別設計了光纖傳感系統設計環節，要求學員以分組的形式，根據特定應用背景設計出光纖傳感系統，闡明系統特色和關鍵技術。

課程調整所面臨的最大難題在于：學習本課程的研究生既包括本校本專業的學員，也包括來自于外院和外校的本科非光信息專業的學員。對于前者，通過本科生階段的《光纖傳感技術》學習已經具備了良好的基礎，在新課程學習中應盡量避免內容重復；對于后者，直接學習典型光纖傳感系統中的關鍵技術存在一定難度，需要對光纖傳感基礎知識進行介紹。為此，在研究生的《光纖傳感系統》課程中，首先設定了3個課時對光纖傳感基礎知識進行回顧和總結，并點明各部分基礎知識所涉及的參考書。同時由于使用了與本科生《光纖傳感技術》課程同一系列的教材，為解決學員基礎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》則為畢業于本校其他專業的研究生學員提供了學習本課程的基礎。

（三）軍事指揮類本科生的《光纖傳感技術》課程以“完善學員知識結構為重點，突出軍事應用特色為亮點”，為學員提供裝備相關知識基礎

課程針對軍事指揮類本科學員培訓的主要目標，將軍事指揮類本科生《光纖傳感技術》課程的主要任務確定為拓展軍事指揮類學員的知識面，完善知識結構，了解最新軍用傳感器技術，一方面可以充分發揮我軍現有裝備的作戰效能，另一方面可以掌握外軍作戰手段，有效克敵制勝。課程簡化了基礎知識部分內容，擴充了典型光纖傳感部分，特別是注重光纖水聽器、光纖陀螺和分布式光纖傳感器在軍事中的應用，并拓展光纖水聽器在聲納系統應用中的相關知識，讓學員在進行工作崗位后可以更快的掌握相關裝備的使用和維護。

（四）面向研究生的《虛擬光纖傳感技術》以“引導學員自主學習為核心，激發學員獨立思考為亮點”

課程以光纖傳感技術中相干檢測技術為背景，以虛擬儀器技術為手段，通過一個具體實例為研討對象，讓學員一邊學習新知識，一邊動手做實驗，一邊學會自主學習。課程首先在學員高中已經具備的光學知識基礎上講解干涉型光纖傳感的基本內容，然后引導學員自習LabVIEW虛擬儀器語言，通過研討學習心得讓學員掌握LabVIEW基本知識，最后要求學員利用所學知識和工具完成光纖傳感中一個典型信號處理問題。整個課程以學員自己動手動腦為主，精選了一門易學好用的虛擬儀器語言LabVIEW，使學員可以在四到五次課的時間內學會，并結合光纖傳感技術系列課程的建設成果，讓學員可以在課程上針對典型的干涉型光纖傳感系統進行信號處理實驗，一方面提升了學員的學習的積極性，另一方面加強了學員的自信心，并為學員以后的創新實踐奠定了基礎。

三、教學方法與手段改革

在教學過程中，在教學方法和教學手段上也進行了一系列的改革，使用了大量的新技術、新手段、和新的教學方式。主要體現在以下幾個方面：

（一）充分運用科研成果和虛擬儀器技術的特點，增加了大量的課堂演示實驗環節

在光纖傳感技術系列課程中引入堂演示實驗，對于加深學員對知識的理解效果最為明顯。在課程建設中，充分利用所在實驗室在光纖傳感技術研究上的優勢，在每門課程講授中都加入了1～2個課堂演示實驗。

與專門的實驗課不同，課堂演示實驗的側重點在實驗效果上，通常都是完整的光纖系統，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。以往的光纖系統雖然功能性明顯，但結構復雜。近年來，課題組所在的實驗室在光纖傳感系統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目中得到廣泛應用；這些科研成果的突破使得在課堂上演示一些復雜的光纖傳感系統實驗成為可能[5]。另一方面，由于虛擬儀器技術在光纖傳感技術中的廣泛應用，復雜的信號解調可以通過電腦直觀的顯示在課堂多媒體系統中，“所見即所得”的方式使得課堂演示實驗的效果非常直觀和可信。以研究生的《光纖傳感系統》課程為例，我們選取了光纖光柵應變系統作為課堂演示實驗內容。在硬件上，這套系統的光收發模塊為集成化的便攜式光纖光柵解調儀，采用法蘭盤對接可串接起多個光纖傳感陣列；而復雜的信號解調系統則全部通過虛擬儀器技術在電腦上軟件實現，解調結果直接顯示在電腦程序界面中。通過這套系統，我們完整地演示了光纖傳感器設計、光纖傳輸鏈路構成、復用光纖傳感網絡、和光纖傳感信號解調等多項知識內容，學員普遍反映通過這一演示實驗對光纖傳感系統有了清晰深刻的了解。

（二）借鑒國外大學相關專業的教學模式，在考核中引入小型綜合設計環節，充分考察學員的綜合素質

課題組的兩位教員具有國外留學的經歷，在課程建設中充分參考國外大學在光纖傳感技術課程的教學方法，在作業環節引入小型光纖傳感綜合設計內容，并將其作為課程考核評價標準的一部分，實現對學員綜合素質的培養和考核評價。

光纖傳感綜合設計參考了香港理工大學和英國南安普頓大學的教學經驗，以對知識的綜合運用為主要考察目標。本科生光纖傳感技術采用適當的綜合設計題目難度，重視對知識融會貫通和綜合應用能力的考察，一般在授課過程中只進行1次；研究生除了要求基礎知識綜合應用能力，更注重對實際工程應用系統的完整性和前沿問題的拓展性考察[6]，一般則開設2～3次。綜合設計作業由學員分組完成，小組內成員根據資料調研、方案設計、報告撰寫等工作內容的不同進行明確分工，并推選一位組員參加課堂專門設置答辯環節。

（三）針對授課內容的層次劃分和授課對象的學習特點，科學合理設置研討專題

研討式教學我校近年來大力推廣的教學方式之一。由于光纖傳感技術具有經典與前沿相結合、理論與工程應用相結合的特點，在系列課程建設中，課題組在原有研究生《光纖傳感技術》的研討式專題內容基礎上，進行了深入的思考和大膽的拓展，將課程中的研討專題劃分為三大類：經典理論知識的研討、前沿研究的研討和學位論文研究方法的研討。

經典理論知識的研討要求學員在授課之前對相關內容進行預習，并在課堂上對全體學員講解自己對該問題的理解。如在進行“光纖干涉儀傳感系統”的授課時，要求學員預習時弄明白兩個問題：什么是隨機相位衰落？什么是偏振誘導信號衰落？進行研討時不要求學員對這兩個問題進行深入剖析，但要求學員用精煉的語言闡明問題的物理含義。學員普遍認為這種研討專題不是特別復雜，通過預習教材即可，但大部分學員會準備PPT課件，且自愿上講臺講述的學員一般在以往的學習過程中接觸過與該專題相關的研究工作，因此在其課件上還會加入自己以往的工作、自己對該問題的擴展認知及自己尚未弄明白的問題等。這種教學效果是在深入了解學員的知識積累基礎上，通過巧妙設置研討專題取得的。

前沿研究的研討要求學員進行大量的資料查閱，特別是光纖傳感前沿研究課題的查閱。對于某一個問題，由于課堂講授的時間受限或者教材中沒有系統的描述，對該問題的課堂講授可能不夠全面，在這種情況下，教師會提供相關信息，要求學員查閱該文獻并進行精讀，然后在課堂上進行研討。這種研討專題分為兩種：一種是教師提供明確的檢索信息，由學員查閱到該文獻后精度文獻，分析文獻的精華及不足；另一種則是教師提供所要解決的問題，由學員對該問題進行解讀，提煉關鍵檢索信息，進行檢索后，對檢索文獻進行初步分析，總結該問題的研究現狀。學員反映這種研討專題的難度稍大于第一種，但一般稍花時間都能解決。

學位論文研究方法的研討目的在于：無論是本科生還是研究生，在學習完相應的光纖傳感技術課程后馬上就要投入到學位論文工作中。通過對這類問題的研討，學員逐漸掌握了在未來從事學位論文研究中必須具備的研究方法，這類的研討主要培養學員的仿真計算能力和光纖傳感系統的設計能力。例如在講授完光纖光柵的基本理論之后，學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，我們安排了相關理論的仿真計算研討，要求學員根據課堂講授的公式進行理論仿真，計算光纖光柵反射光譜，并繪制帶寬、反射率等關鍵參數隨著光柵參數的變化曲線。學員在課堂研討時要講述自己的關鍵參數設置和仿真結果。通過這種研討方式，學員對光纖光柵的反射譜特性建立了深入的了解，效果遠遠好于課堂直接講授相關結論。

根據光纖傳感課程層次劃分，不同的光纖傳感技術課程對三種研討專題的應用程度也不相同，本科生的光纖傳感技術課程以經典理論知識的研討為主，并設置1～2次前沿研究的研討；研究生的光纖傳感技術課程則以前沿研究的研討專題和學位論文研究方法的研討專題為主，對特別重要的概念設置少量經典理論知識的研討專題。

四、以光纖傳感技術課程為支撐的創新型人才培養

光纖傳感技術的應用范圍極廣，一套實用的光纖傳感系統可以很龐大很復雜，也可以很小巧靈活。針對這一特點，課題組教師在學院本科生和研究生的各項教學活動中，積極開展與光纖傳感技術相關的各項活動。

針對本科生的光纖傳感技術系列課程，在授課結束后，在光電設計大賽、畢業設計等教學活動中開設了大量關于光纖傳感技術應用的課題，引起學員濃厚的興趣和廣泛的參與熱情。一方面，參與光纖傳感技術相關的本科畢業設計學員數量大幅度提高。以技術類本科畢業設計為例，2013、2014年參與光纖傳感技術相關課題的學生均達到光信息專業學員總數的50%以上。另一方面，學員完成課題的質量也得到大幅度提升，近年來有8名本科生獲得學校創新資助，從側面反映出光纖傳感技術課程教學效果的日漸提高。這些競賽成果也作為評價授課效果的標準之一，并將學員在課外延拓活動中的效果和意見及時反饋到教學過程中[3，4]。

針對研究生的光纖傳感技術系列課程，一方面鼓勵學員在課程學習的基礎上努力拓展研究深度，在光纖傳感研究領域不斷創新。在課題組所在實驗室所培養的研究生中，有3名研究生獲得學校創新資助，1名研究生獲得湖南省創新資助，其課題都是光纖傳感領域的研究重點和難點。此外還有5項研究生參與申請的光纖傳感技術相關專利；另一方面，鼓勵學員積極參與到與光纖傳感技術相關的科研項目中，在實際工程環境中對課程知識進行融會貫通。目前在光纖信息專業的畢業研究生中，參加過光纖傳感相關的湖上或海上試驗的學員達到95%以上，為其真正走向工作崗位后充分適應部隊對光纖傳感技術人才的需要積累了寶貴的經驗。

五、高素質教師隊伍建設

作為教育的重要媒介，教師是活動中的主要因素。教員整體素質的高低，直接影響著教學質量的高低。因此，建立一支教學水平高、結構合理的高素質師資隊伍顯得尤為重要。

（一）從教學和科研兩個方面錘煉教師隊伍，使教師的教學水平和科研能力相互促進共同提高

科學研究是教師工作的重要組成部分，是提高教學水平的重要手段，也是提高自身素質的重要途徑。對于光纖傳感技術系列課程而言，學即能致用是其重要特點之一，教學和科研的相互促進作用尤為明顯。課題組全部教員均參加了多個重大科研項目。通過重大科研項目的歷練，教員的學術水平得到很大的提高，一方面教員接觸了學術前沿，開拓了學術視野，經歷了科研實踐，在課堂教學中自然會將科研最新成果、專業發展動向帶進課堂，另一方面，教員在參與重大科研項目時對光纖傳感的技術內容有了更加深刻的認知，對于在課堂上清楚明白的講好各個知識點至關重要。同時，通過教學活動中對課程內容的反復推敲及與學員之間展開的研討交流，可以加深教員對技術環節的領悟，甚至激發教員的靈感。通過在科研和教學兩個方面同時錘煉，促進教師知識更新和自身進步，提高教師的創新能力和教學質量，將真正做到科研教學一體化。

（二）鼓勵教員進行對外交流，充分借鑒國內外同類專業課程的教學經驗

課題組有兩名教員具有國（境）外留學經歷，其他教員也多次參加國內外的學術活動和教學活動交流，在課程建設過程中充分利用了這一優勢。在教員已經帶回的國外大學教學經驗的基礎上，鼓勵教員在回到學校后仍然定期與留學單位交流，及時獲取留學單位最新的課程設置和教學安排信息，并通過交流，不斷補充自身的不足，更新課程內容，豐富教學手段，提高自身教學水平。在對外學術活動交流中，有意識的了解其他院校同類專業課程的教學情況，對于感興趣的單位積極主動與對方聯系進行實際考察。活躍的對外交流活動極大地激發了教師的教學熱情，并不斷提高其教學水平。

（三）加強青年教師的教學技能培訓

目前，課題組教員是一支相對年輕化的隊伍，很多才剛剛博士畢業，青年教師充滿熱情，思想活躍，比較了解學員的思想，與學員進行交流方面具有優勢。但是，他們大多沒有經過系統的教學技能訓練，普遍缺乏教學經驗。為了使青年教師盡快掌握教學技能，提高業務能力與水平，課題組指定認真負責、教學經驗豐富的老教師擔當青年教師的導師，對青年教師實行“一對一”的“傳、幫、帶”指導，指導青年教師備課、編寫教案；采取措施督促教員投入足夠的精力。教員上崗前，必須經過教研室、系所、學院三級試講，每次授課必須重新編寫教案、編寫課件、編制教學日歷；在教學過程中，教學指導委員會、督導組、院系領導經常性聽查課，督促教學水平的提高。

通過從科研和教學兩方面錘煉教學隊伍，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優秀獎，其中獲軍隊院校育才獎1人次，優秀研究生導師獎3次，校本科“研究型”教學比賽三等獎1人次，校研究生教學優秀三等獎1人次，教員在國內教學期刊上發表高水平教學論文10篇，課題組已經成為了一支能獨立承擔授課任務的高水平教師隊伍。

參考文獻：

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篇（7）

光纖傳感器隨著光纖通信技術的實用化有了迅速發展，且以體積小、重量輕、檢測分辨率高、靈敏度高、測溫范圍寬、保密性好、抗電磁干擾能力強、抗腐蝕性強等明顯優于傳統傳感器的特點，其應用范圍深入至國防軍事、航天航空、土木工程、電力、能源、環保、醫學等。現如今光纖傳感器已經能夠對溫度、壓力、溫度、振動、電流、電壓、磁場等物理量進行測定，發展空間相當廣闊。

1. 光纖傳感器的基本構成和組成原理

光纖傳感器主要由光源、光纖與探測器3部分組成，光源發出的光耦合進光纖，經光纖進入調制區，在調治區內，外界被測參數作用于進入調區內的光信號，是其光學性質如光的強度、相位、偏振態、波長等發生變化成為被調制的信號光，再經過光纖送入光探測器而獲得被測參數，光纖傳感器中的光纖通常由纖芯、包層、樹脂涂層和塑料護套組成，纖芯和包層具有不同的折射率，樹脂涂層對光纖起保護作用，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。光纖能夠約束引導光波在其內部或表面附近沿軸線方向向前傳播，具有感測和傳輸的雙重功能，是一種非常重要的智能材料。

2. 光纖傳感器的類型及特點

光纖傳感器的類型很多，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型。

傳感型光纖傳感器又稱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，同時又是敏感元件，它利用光纖本身的傳輸特性經被測物理量作用而發生變化的特點，使光波傳導的屬性(振幅、相位、頻率、偏振)被調制。因此，這一類光纖傳感器又分 為光強調制型，偏振態調制型和波長調制型等幾種。對于傳感型光纖傳感器，由于光纖本身是敏感元件，因此加長光纖的長度可以得到很高的靈敏度。

傳光型光纖傳感器又稱非功能型光纖傳感器，它是將經過被測對象所調制的光信號輸入光纖后，通過在輸出段進行光信號處理而進行測量的。在這類傳感器中，光纖僅作為傳光元件，必須附加能夠對光纖所傳遞的光進行調治的敏感元件才能組成傳感元件。

3. 光纖傳感器的應用

光纖傳感器的應用范圍很廣，幾乎涉及國民經濟的所有重要領域和人們的日常生活，尤其可以安全有效地在惡劣環境中使用，解決了許多行業多年來一直存在的技術難題，具有很大的市場需求。主要表現在以下幾個方面的應用:

(1) 城市建設中橋梁、大壩、油田等的干涉陀螺儀和光柵壓力傳感器的應用。光纖傳感器可預埋在混凝土、碳纖維增強塑料及各種復合材料中，用于測試應力松弛、施工應力和動荷載應力從而來評估橋梁短期、施工階段和長期營運狀態的結構性能。

(2) 在電力系統，需要測定溫度、電流等參數，如對高壓變壓器和大型電機的定子、轉子內的溫度檢測等，由于電類傳感器易受強電磁場的干擾，無法在這些場合中使用，只能用光纖傳感器。分布式光纖溫度傳感器是近幾年發展起來的一種用于實時測量空間溫度場分布的高新技術，分布式光纖溫度傳感系統不僅具有普通光纖傳感器的優點，還具有對光纖沿線各點的溫度的分布式傳感能力，利用這種特點我們可以連續實時測量光纖沿線幾公里內各點的溫度，定位精度可達米的量級，測溫精度可達1度的水平，非常適用于大范圍多點測溫的應用場合。

(3) 在石油化工系統、礦井、大型電廠等，需要檢測氧氣、碳氫化合物、CO等氣體，采用電類傳感器不但達不到要求的精度，更嚴重的是會引起安全事故。因此，研究和開發高性能的光纖氣敏傳感器，可以安全有效地實現上述檢測。

(4) 在環境監測、臨床醫學檢測、食品安全檢測等方面，由于其環境復雜，影響因素多，使用其它傳感器達不到所需要的精度，并且易受外界因素的干擾，采用光纖傳感器可以具有很強的抗干擾能力和較高的精度，可實現對上述各領域的生物量的快速、方便、準確地檢測。目前，我國水源的污染情況嚴重，臨床檢驗、食品安全檢測手段比較落后，光纖傳感器在這些領域具有極好的市場前景。

(5) 醫學及生物傳感器。醫學臨床應用光纖輻射劑量計、呼吸系統氣流傳感系統;圓錐形微型FOS測量氧氣濃度及其他生物參數;用FOS探測氫氧化物及其他化學污染物;光纖表面細胞質粒基因組共振生物傳感器;生物適應FOS系統應用于海水監測、生化技術、醫藥。

光纖傳感器在實踐中運用到的例子舉不勝舉，這些技術都是多學科的綜合，涵蓋的知識面廣，象光纖陀螺，火花塞光纖傳感器，光纖傳感復合材料，以及利用光纖傳感器對植物葉綠素的研究等等；隨著科技的不斷進步，越來越多的光纖傳感器將面世，它將被應用到生產生活的每一個角落。

4. 光纖傳感器的技術發展方向

光纖傳感技術經過20余年的發展也已獲得長足的進步，出現了很多實用性的產品，然而實際的需要是各種各樣的，光纖傳感技術的現狀仍然遠遠不能滿足實際需要。目前，光纖傳感器技術發展的主要方向是。

(1) 傳感器的實用化研究。即一種光纖傳感器不僅只針對一種物理量，要能夠對多種物理量進行同時測量。

(2) 提高分布式傳感器的空間分辨率、靈敏度，降低其成本，設計復雜的傳感器網絡工程。注意分布式傳感器的參數，即壓力、溫度，特別是化學參數(碳氫化合物、一些污染物、濕度、PH值等)對光纖的影響。

(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一步發展的趨勢。

(4) 在惡劣條件下(高溫、高壓、化學腐蝕)低成本傳感器(支架、連接、安裝)的開發和應用。

(5) 新傳感機理的研究，開拓新型光纖傳感器。

參考文獻

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篇（8）

【中圖分類號】TU196+.1 【文獻標識碼】 B

Study on high strain detection of precast pile using FBG sensing technology

Qiu Zhenhong

(Shanghai jiangnan architectural design institute co,. ltd ShangHai 201800)

【Abstract】 FBG which has the advantage of high precision, strong ability of anti-electromagnetic, strong adaptive capacity to environment, long service life, etc has become a new advanced detection way in the field of pile foundation and bridge. This paper introduces the measure principle of FBG sensing technology and the implantation process of fiber grating into precast pile. Combined with the specific project, the traditional high strain data and FBG strain data is compared. The results showed that FBG data is suitable for high strain detection.

【Keywords】 FBG; high strain; detection of pile foundation; precast pile

0 引言

樁基檢測中高應變檢測是一項重要檢測內容，通過分析應力應變隨樁身變化情況分析樁身完整性和樁的承載性狀[1-2]。由于采用高應變進行承載力檢測具有工期短、成本低、效率高等特點，促進了高應變檢測法的推廣，但是高應變檢測的精度很大程度上與測試傳感器有關。傳統的電阻式、鋼弦式、電感式傳感器普遍存在靈敏度差、精度低、抗電磁干擾能力弱，受水腐蝕失真或失效等缺點，難以適應現代工程精確檢測的要求。而近年來興起的光纖光柵傳感器則具有精度高、抗電磁干擾、防水防潮、抗腐蝕和耐久性長等特點[3-6]，其體積小、重量輕，便于鋪設安裝，且不存與監測對象不匹配的問題，對監測對象的材料性能和力學參數等影響較小。另外，光纖光柵傳感技術采用光纖進行信號傳輸，傳輸損耗小，容易實現遠距離信號傳輸，正好彌補了傳統檢測技術的不足。本文結合具體的工程實例，將FBG傳感器植入檢測的預制樁中，同時采集傳統

的高應變檢測應變數據和FBG應變數據，并進行對比研究。結果表明：FBG測量數據可靠，具有較好的適用性。

1 FBG傳感技術測量原理

光纖布拉格光柵（Fiber Bragg Grating,簡稱FBG）是利用光纖材料的光敏性在纖芯內形成空間相位,光柵其作用的實質是在纖芯內形成一個窄帶的濾波器或反射鏡，使得光在其中的傳播行為得以改變和控制[7]。

圖1 光纖光柵傳感器的構造

如圖1所示，FBG傳感器分布在光纖纖芯的一小段范圍內，它的折射率沿光纖軸線發生周期性變

作者簡介：邱正紅，1982年出生，男，漢族，重慶潼南縣人，工學學士，助理工程師，主要從事巖土工程勘察和基坑設計工作。E-mail：qzh@live.it

化，圖中纖芯的明暗變化代表了折射率的周期變化。光纖布拉格光柵是光纖纖芯折射率沿光纖軸向呈周期性變化的一種光柵。目前已有的基于光纖布拉格光柵的各種傳感器的工作原理都可以歸結為對布拉格光柵中心波長的測量[8-9]，即通過對由外界擾動引起的布拉格光柵中心波長漂移量的測量，得到被測參數；布拉格光柵中心波長與光纖纖芯有效折射率以及光纖光柵長度周期Λ相關[10]即：

(1)

其中：為布喇格光柵的中心波長；為光纖纖芯的有效折射率；為布喇格傳感器光柵的柵距。

圖2FBG傳感器工作原理圖

顯然，寬帶光源的輸入光譜在通過FBG傳感器1后，形成了波谷峰值為的凹陷，而反射光譜則具有波峰。當光柵所在處的光纖產生軸向應變時，柵距變為：

(2)

此時布喇格波長產生相應的變化，它滿足：

(3)

其中：為有效光彈系數,它的值約為0.22。

另外，溫度變化會引起光纖折射率的變化，同時也會引起柵距的變化，當溫度變化為時，將引起布拉格波長產生移動，可以表示為：

(4)

其中：為光纖的熱膨脹系數，；為光纖的熱光系數，。

由(3)、(4)兩式得到同時考慮應變與溫度變化時，所引起的波長移動：

(5)

由此可知，只要測出布喇格波長的變化，就可以得到外界的應變或溫度擾動。

2 預制樁FBG植入工藝

預制樁一般是在工廠制作而成的，特別是預應力預制樁是在預制廠經過先張預應力，離心成型及高壓蒸養等工藝生產而成的高強預制混凝土構件[11]，無法將光纖光柵澆注到其中。在打樁的過程中，由于預制樁管壁與土體的摩擦力很大，將光纖光柵貼在預制樁表面時，很容易造成打樁時光纖光柵被刮斷[12]。本文采用在預制樁表面刻槽后放入光纖光柵再用高強度膠進行密封，這樣既成能保證光纖光柵的成活率，又能保證光纖光柵與預裝樁身變形的一致性。預制樁的FBG植入工藝主要包括以下四個工序。

（1）光纖熔接

在FBG傳感技術測量中，光纖只是進行光信號的傳輸，真正起到測量作用的是光柵的那部分。所以要根據樁長截取相應長度的傳輸光纖與FBG傳感器進行熔接。

（2）刻槽布纖

用開槽機在預制樁身表面沿著布纖路線刻槽，槽寬和槽深以能放入光纖為準(太深容易破壞樁身強度)，光纖放入槽內用502膠水進行定點固定，刻槽布纖如圖3所示。

圖3 刻槽布纖

（3）光纖保護

用高強膠（環氧樹脂）填充槽內進行光柵粘貼和光纖線路保護，在樁端出露的光纖用套管進行保護，將多余的光纖盤繞在樁頭并用緩沖材料進行包裹保護，光纖保護如圖4所示。

圖4 線路保護

（4）打樁對接

將布好光纖的樁按順序進行打入，在樁對接時進行上下兩樁光纖的對接，并將多余光纖盤繞在接頭地方進行強化處理，打樁對接如圖5所示。

圖5 打樁對接

3 工程實例

3.1 工程背景

嘉定區城北大型經濟適用房（南塊）位于上海市嘉定區，住宅樓和配套商業擬采用樁基礎，地下車庫、地下P型站和地下水泵房擬采用抗拔樁。工程主要負責樁基設計參數可行性研究工作。根據設計需要，結合勘察資料，進行現場原位測試，包括：模型樁單樁豎向抗壓、單樁豎向抗拔靜載，錘擊樁高應變跟蹤監測及樁身應力分析，獲得各層土設計參數。

3.2 測試方法

本文主要研究該工程中管樁（管樁樁長13.0m，內徑0.22m，外徑0.4m）的高應變檢測。通過光纖光柵測得應變數據分別與高應變測樁儀導出數據進行對比。樁身應力測量采用光纖光柵應變傳感器。光纖光柵應變傳感器布設：在樁頂以下1m處（-1m)布設一個；在土層交界處6.5m處（-6.5m)布設1個，在樁底以上50cm處（-12.5m)布設1個，FBG傳感器布設如圖6所示。

圖6 FBG傳感器布設圖

高應變初打跟蹤監測試驗按照《建筑基樁檢測技術規范》（JGJ 106-2003）進行，測試方法見圖7。

圖7 高應變測試圖

3.3 檢測數據分析

本文選取了一根測試樁，對樁的錘擊高應變數據進行分析。通過預埋在樁身上的光纖光柵測得應變數據分別與高應變測樁儀輸出數據進行對比研究，FBG傳感器測試出的數據曲線如圖8所示。曲線中第一個峰值的出現表示在擊打過程中樁身產生的最大應變，其余峰值是由于擊打過程中余震產生。圖形顯示在-1m處峰值最高，其次-6.5m處，-12.5m處峰值最小。這表明：在被擊打過程中，離測試樁由樁頂至樁底，樁身應變逐漸減小，在樁頂處會產生最大應變，所以在錘擊過程中要加強對樁頂的保護。

圖8高應變時光纖測得應變曲線圖

由于-1m處安裝的FBG傳感器與高應變檢測中的應變片安裝位置接近（檢測傳感器的安裝用膨脹螺栓安裝在距樁頂約2倍樁徑處），將-1m處的FBG測試數據與應變片的數據進行了對比，光纖應變曲線與高應變儀導出應變曲線對比圖如圖9所示。從圖9中可以看出，兩者的曲線較為吻合，這說明FBG傳感技術適用于高應變檢測。

圖9 高應變時光纖曲線與高應變儀導出曲線對比圖

4 結論

（1）本文將FBG傳感監測技術應用于樁基檢測中，將光纖光柵測得應變數據與高應變測樁儀輸出數據進行比較研究。結果表明：FBG傳感數據能較好地適用于高應變檢測，但也存在不足，由于高應變檢測同時需要應變數據和加速度數據，而此次測試只采集了樁身FBG應變數據，如果在樁身相應的位置能安裝FBG加速度傳感，同時采集FBG應變和加速度數據，擬合樁基的承載力與傳統高應變測樁儀測出的樁基承載力進行對比，將是本論文需要深入研究的一個方向。

（2）FBG傳感器可以安裝在樁體的任何位置，如果將FBG傳感技術運用于高應變檢測中，就可以

測得樁體任何位置的應變，而不僅僅局限于樁頂附近。

（3）檢測數據的精確度不但與測試方法有關，還與傳感器的性能有關，FBG傳感器正是由于其高精度、抗電磁干擾能力強等特點得到了工程界廣泛的關注。但是，由于其比較高的價格也限制著它的發展。隨著科學技術的發展，FBG傳感技術將會得到廣泛發展。

參 考 文 獻

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篇（9）

中圖分類號：E91 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2012） 14-0026-01

一、前言

隨著社會的進步，汽車成為人們出行必不可少的交通工具，車輛堵塞、交通事故等問題也日益顯現。汽車數量的快速增長造成了公共交通效率低下、交通事故頻發。建立起現代化的智能交通系統便被提到日程上來。智能車輛（Intelligent Vehicles， IV）作為智能交通系統（Intelligent Transportation Systems，ITS）的重要組成部分，也是系統的運行主體，能夠提高駕駛安全性，大幅改善公路交通效率，降低能源消耗量，由于眾多優點，該技術的研究日益受到國內外相關機構的關注。

智能交通系統能夠有效緩解交通壓力，合理調配公共交通資源和道路資源。基于機器傳感技術和控制技術，駕駛系統采用信息傳輸技術和計算機視覺技術監測道路路面、交通標志、其他車輛、行人以及交通事故等道路環境狀況，有效保證智能車輛在各種路況下的安全行駛，并能對一些異常狀況進行及時處理。在過去的10多年里，相關技術取得了很大的進步，有些國家已經成功開發了一些基于視覺的道路識別和跟蹤系統。其中，具有代表性的系統有：LOIS系統、GOLD系統、RALPH系統、SCARF 系統和ALVINN系統等。從這些先進技術的應用便可看出，感知外部環境模塊是智能車輛的核心技術。

二、環境感知傳感器在智能車輛上的應用現狀

智能車輛在道路上暢行離不開相應的傳感技術，其中最重要的是道路環境感知模塊，該模塊將先進的通訊技術、信息傳感技術、計算機控制技術結合起來系統利用。智能車輛系統主要有環境感知模塊、分析模塊、控制模塊等部分組成。環境感知傳感系統主要由機器視覺識別系統、雷達系統、超聲波傳感器和紅外線傳感器組成。

（一）機器視覺識別系統

機器視覺識別系統是指智能車輛利用CCD等成像元件從不同角度全方位拍攝車外環境，根據搜集到的視覺信息，識別近距離內的車輛、行人、交通標志等。機器視覺也有其弱點，容易受到環境的影響，在能見度較低時效果不理想，因此，在傳感器類別中屬于被動型。與雷達系統相比較，視覺識別系統價格低廉，一輛車上可以安裝多處，監測范圍更大，搜集道路信息更為全面，通過對其所得的圖像進行處理可以識別、檢測周圍路況，這些也是主動型傳感器無法替代的。所以越來越多的人對利用機器視覺感知車輛行駛環境產生很大的興趣，該系統在現實生活中隨處可見，普及率最高，機器視覺在智能車輛研究領域得到廣泛的應用， 成為最受歡迎的傳感器之一。

（二）雷達系統

雷達系統是一種主動型傳感器，利用微電磁波探測目標距離、速度、方位等。雷達不需要復雜的設計與繁復的計算。雷達系統的使用不受光線、天氣等因素干擾，無論是白天還是黑夜，晴天或者下雨，雷達系統都能夠正常運轉。由于雷達是靠電磁波反射原理來工作的，這會導致相近的不同雷達間電磁波相互干擾而影響工作效能。但是，瑕不掩瑜，由于雷達在準確提供遠距離的車輛和障礙物信息方面有著得天獨厚的優勢，因此在車輛的防碰撞系統中有著廣闊的應用前景。

（三）超聲波傳感器

顧名思義，超聲波傳感器是指利用超聲波為檢測方法的傳感器。使用超聲波探測得來的的數據處理簡單、快速，超聲波傳感器可以發射定向長生波，能夠在較小范圍內檢測到物置。這種技術在醫學應用上比較廣泛和成熟。汽車工業上的利用首見于在歐洲銷售的的BMW 車上的超聲波停車裝置。這種系統利用一片單片機進行控制，超聲波遇到障礙反射回傳后，根據傳感器探測距離發出不同的提示音。

（四）紅外線傳感器

紅外線傳感器是利用紅外線來進行測量工作的傳感器，技術更加先進。紅外線傳感器不受黑暗、風、沙、雨、雪、霧的阻擋，環境適應性好，且功耗低。這些特點使它遠超其他傳感器。與超聲波傳感器相比，反應速度更快，探測范圍更廣，由于其探測視角小，方向性和測量精度有所提高。與機器視覺結合使用，紅外線傳感器可以增強機器視覺識別的可靠性，使黑夜如同白晝，因此常被用于智能汽車中的夜視系統中。

三、多傳感器的綜合利用

在復雜的路況環境下，單一傳感器都有其局限性，僅僅安裝單一傳感器難以提供路況環境的全面描述，因此設計智能車輛必須配置多種傳感器。例如夜間行駛時紅外線傳感器是必不可少的；而停車、倒車時主要使用超聲波、雷達探測周邊障礙物的遠近；機器視覺除日常應用外與其他傳感器結合起來可以使得智能車輛駕駛安全性更加可靠。

隨著計算機信息技術、通信技術、控制技術和電子技術的進步，智能車輛技術研究中多傳感器信息融合技術的應用取得了許多令人振奮的成果。如車載系統互聯技術、歐洲的Peugeo系統、美國的IVHS系統等。Tsai-Hong Hong等利用激光傳感器采集圖像獲得車輛前方的距離信息，在正常的路況環境下，采用彩色攝像機與激光傳感器聯合感知道路表面和定位道路邊界。這些技術經過不斷改進，相信在不久的將來引起汽車工業的革命。

四、結語

在智能車輛的環境感知模塊技術研究中，傳感器是智能車輛控制系統的關鍵。如何使傳感器技術更好的應用到汽車行業上來，未來將成為傳感器技術研究領域的一個發展方向。

整合各種類型的傳感器技術，使其為智能車輛提供更加真實可靠的路況環境信息，對智能汽車技術的發展來說是至關重要的。由于實際的應用環境所得到信息大多數都是不確定信息，傳感器回饋信息融合還原真實路況還有很大的困難。

縱觀全球，我國的智能車輛研究工作還處于起步階段，同歐美日等相比還很落后。但隨著我國社會經濟的發展，汽車保有量不斷膨脹，嚴峻的交通現狀迫使我們把發展智能交通盡早提到日程上來，只要我們勇于創新，結合我國具體國情，不斷進行深入、細致的研究，我國智能化交通必能早日實現。

篇（10）

機電一體化技術內容多，涉及面廣，綜合性強，因此，根據教學大綱要求，精選教學內容，制定合理的教學計劃，以達到最佳的教學效果。

（一）根據教學目標優選教材

機電一體化技術作為一門新興的綜合性學科，發展非常迅速；目前現有的教材雖然版本繁多，但各有局限。為此按照教學大綱的要求選取一套內容體系相對合理且能反映機電一體化學科水平的教材，就尤為重要。依托培養目標，在對教材的選擇上應把握以下幾點：實用性，教材避免紙上談兵，避免冗長的理論推理、介紹，使用時既要有入門的引導，又要兼顧提高和深入；系統性，教材針對機電一體化技術的組成展開，因此，對于每一環節都要強調在整個系統中的作用及其與系統其他要素的關聯性；先進性，介紹最新技術前沿，讓學生了解最新發展狀況，激發學生學習興趣，把握學習方向。

（二）教學內容的改革

由于該課程開設之前，其主要內容都有多學時的專門課程講授，如傳感器有傳感器測試技術在前，機械部分有機械設計基礎等；如果課程內容僅僅是對先修課程的回顧和重復，勢必造成學生普遍對該課程提不起興趣，教學效果很不理想。因此，課程內容的設置上必須要有所突破。

1.理論教學內容的改革

首先，透徹講述機電一體化的概念、體系結構等。本部分內容對學生建立機電一體化技術框架有高屋建瓴的作用，透徹的理解能對課程學習能起到事半功倍的效果。

其次，對各單元技術的講解，要分清主次。機電一體化技術是機械技術、檢測傳感技術、自動控制技術、伺服驅動技術、信息處理技術、系統總體技術等多種技術的融合。雖然這些技術在系統設計中都很重要，但是如果在教學過程中不分主次，對每項技術的講解等同視之，勢必會大大加重學生負擔，轉移系統設計這一教學重點。因此，要分清主次，增刪結合。對伺服驅動技術和檢測傳感技術要重點講解，特別是伺服驅動技術，它是系統設計的核心；檢測傳感技術要突出檢測系統的設計，減少傳感技術的講解，可改為學生自學。自動控制技術、信息處理技術內容較多，且前期相關科目有所講解，所以不宜過細，可以總結性的講解。

最后，重點引導學生運用所學知識進行課程設計，可以采用較多課時，分析實際系統的設計過程。比如工業機器人、數控機床、全自動洗衣機等典型機電一體化產品為實例，可以精講其中一兩個，使達到舉一反三的效果。同時，可以根據實際情況，引入最新科技產品，提高學生學習興趣。

2.實踐教學內容的改革

在教學過程中，由于學生缺乏綜合應用知識的經驗，普遍感到學習《機電一體化技術》的難度較大。因此，實踐教學就顯得尤為重要。根據課程特點，在此環節中應該避免或減少驗證性實驗，加強綜合性、設計性實驗的開設。隨著我院實驗設備的不斷完善，機械工程實訓中心、創新實驗室、機械原理實驗室等逐步投入使用，實訓、實驗條件大大改善。同時，在實踐教學中，做到以學生動手為主，教師輔導為輔的教學模式，充分調動學生的主觀能動性，由被動學習轉變為主動學習。

另外，安排學生進行課程設計時到企業進行調研，了解不同企業的崗位要求，明確自己能做什么，再經過指導教師的指導，最終進行設計選題；在做中學，學中做，最后完成課程設計及論文。這樣可以避免學生設計時理論與實踐脫節，紙上談兵多、實際動手少的問題。

二、教學方法的改革研究

（一）采用多種教學方法和手段

《機電一體化技術》課程具有內容豐富、信息含量大、抽象、理論性強等特點，內容比較枯燥。為此，采用形式多樣的教學方法，例如多媒體教學法、啟發式教學法等，來激發學生的學習興趣。采用動畫演示、實物展示等形式強化學生感性認識，加強學生對相關知識點的理解。重點講授知識的精華、知識的內在聯系。從能力培養著眼，注重講、練結合。

此外，在理論教學方面重點采用類比法。類比法是指對兩個或幾個相似的的對象進行聯想，根據它們之間在某些方面的相同或相似，而推出它們在其他方面也可能相同或相似的邏輯推理方法。

（二）增強實踐教學環節，理論聯系實際

實踐環節包括實驗、課程設計等。針對《機電一體化技術》課程綜合性強的特點，減少演示性、驗證性實驗，增加綜合性、創新性實驗，在教學中充分采用理論聯系實際的教學方法。

開設綜合性實踐環節，如《機電一體化系統設計課程設計》，要求學生在兩周內，利用簡易模塊，任意搭建各種機械模塊，如打印機等，在構建機械模塊之余，完成電機、傳感器的選擇、安裝，完成其控制電路板的設計、開發、制作、調試，以及軟件編程調試。通過小型機電一體化系統的開發設計，來培養學生的動手能力和創新意識，增強學生“工程化”的意識，激發學生的學習興趣，提高其學習的主動性和目的性。

三、結束語

通過筆者近兩年對《機電一體化技術》課程的教學改革，把握系統化、整體化、工程化這一主線，充分調動學生的學習積極性和參與性，綜合運用多種有效的教學方法，增強實踐環節，提高了教學效果和教學質量。

參考文獻：

[1]梁景凱.機電一體化技術與系統設計[M].北京：機械工業出版社，2009.

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九天攬月鴻鵠志 步步為營創輝煌

在通往科學高峰的路上,張教授一路前行,品嘗著希望與困難,交融著榮耀與汗水,深造期間,他用不懈的努力換來了中國光學科技前沿領域的重大突破。讀研期間,他同導師劉樹田教授一起在國內率先開展光學分數傅立葉變換的研究。為利用光學分數傅立葉變換進行信息處理鋪平了道路。在中科院物理所攻讀博士學位期間,開拓了分數傅立葉變換在光學信息處理領域中的應用,被評價是國內在現代光學技術科學領域研究工作中的優秀成果具有國際先進水平。

1999-2001年,他獲得日本學術振興會博士后基金資助,在日本山形大學工學部從事生物成像研究,被應用在實際的儀器上。2001-2002年,他在香港理工大學電子工程系從事光纖氣體傳感器研究。其研究內容被收錄在《光纖傳感技術新進展》一書中,已出版發行。2002-2003年,他在德國洪堡基金的資助下在德國斯圖加特大學應用光學研究所任洪堡研究員,從事數字全息重建算法的研究,提出了利用相位恢復算法來進行數字全息重建的新方案,引起了同行的重視和肯定。這部分內容作為美國Nova Science出版社的新書《New Developments in Lasers and Electro-Optics Research》中的一章,已經出版發行。

2003年,他進入首都師范大學物理系工作,先后獲得了北京市科技新星計劃,北京市留學人員擇優資助等人才項目的資助。作為北京市“太赫茲波譜與成像”創新團隊的核心成員,主要從事太赫茲波譜與成像,太赫茲波段表面等離子光學和微納光電子器件設計研究。他提出的多波長成像方法得到了美國Rice大學太赫茲研究者Mittleman的認可,被評價為不僅可以有效地增加成像范圍,還可以提高信噪比。多篇論文被太赫茲領域的虛擬期刊收錄。并于2007年和2009年分別到美國倫斯特理工大學和德國康斯坦茨大學進行訪問研究。