《光纖傳感技術(shù)》教學(xué)探討

武漢東湖學(xué)院電信學(xué)院 姚 平

《光纖傳感技術(shù)》教學(xué)探討

武漢東湖學(xué)院電信學(xué)院 姚 平

近年來，光纖傳感技術(shù)在工程領(lǐng)域獲得了巨大應(yīng)用，越來越多的高校在本科階段開 設(shè)《光纖傳感技術(shù)》課程。本文介紹了光纖傳感技術(shù)的發(fā)展及該課程的特點與現(xiàn)狀，結(jié)合教學(xué)實際，對該課程的授課內(nèi)容、方法等進行了探討。

光纖傳感 教學(xué) 實驗

光纖傳感技術(shù)的發(fā)展源于20世紀70年代，是光電技術(shù)發(fā)展最活躍的分枝之一。相比于傳統(tǒng)的傳感器，光纖傳感器件具有諸多優(yōu)點：光纖是由石英玻璃制成的，是一種絕緣體介質(zhì)，且耐高壓、耐腐蝕，能在易燃易爆的環(huán)境下可靠運行；光纖作為無源器件，對被測對象不產(chǎn)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(wǎng)絡(luò)；光纖傳感器的載體是光，其頻率數(shù)量級為1014Hz，傳感器的頻帶范圍很寬，動態(tài)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(shù)呈現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的趨勢，形成了軍事和民用兩大應(yīng)用領(lǐng)域，如國土安全防衛(wèi)系統(tǒng)、電力工業(yè)的安全檢測、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)測等。近十年里，隨著光纖技術(shù)的發(fā)展，光纖傳感關(guān)鍵器件的生產(chǎn)工藝逐步成熟，相關(guān)器件和配套技術(shù)不斷完善。更重要的是國內(nèi)巨大市場對光纖傳感器需求的日益增長，催生了國內(nèi)專業(yè)光纖傳感器企業(yè)的誕生，標志著我國光纖傳感技術(shù)進入工程應(yīng)用階段。

《光纖傳感技術(shù)》是光電信息專業(yè)的一門專業(yè)課，然而，在大多數(shù)高校相關(guān)專業(yè)中，光纖傳感技術(shù)仍然只作為傳感技術(shù)的一章，或者在研究生階段才開設(shè)此課程，在本科專業(yè)教中沒有得到應(yīng)有重視。本文介紹了《光纖傳感技術(shù)》課程的教學(xué)現(xiàn)狀，結(jié)合教學(xué)實際，對該課程的授課內(nèi)容、方法進行了探討。

一、主要問題

本科開設(shè)《光纖傳感技術(shù)》遇到的問題主要有：學(xué)生的先修課程不足，該課程的主要先修課程包括物理光學(xué)、光纖光學(xué)、光纖通信等，許多高校在先修課程的安排上準備不足，導(dǎo)致的結(jié)果是基礎(chǔ)知識占用了該課程許多課時，這也是許多學(xué)校在研究生學(xué)習(xí)階段而非本科階段開設(shè)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(shù)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(xué)生學(xué)習(xí)的效果不是很好。

二、教材方面

適合于本科教學(xué)的光纖傳感技術(shù)教材非常少，很多高校都是自編講義或?qū)Ｖ滩摹，F(xiàn)有的光纖傳感技術(shù)著作大多詳述光纖光學(xué)的理論基礎(chǔ)和光纖傳感器的傳感原理，而對組成光纖傳感器系統(tǒng)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(yīng)用。在有限的可選教材中，授課教師開課時不得不對章節(jié)內(nèi)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(shù)相關(guān)的大量知識點，32個課時顯然是不夠的；內(nèi)容方面，作為一門工程技術(shù)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(jié)的設(shè)置中千差萬別；專業(yè)導(dǎo)向性，各高校在專業(yè)的定位上多有偏向性，多與學(xué)院和專業(yè)設(shè)置相結(jié)合。

三、課程內(nèi)容

光纖傳感技術(shù)課程涉及的知識點非常多，分為四大類：

1.光纖技術(shù)基礎(chǔ)。大部分本科并未開設(shè)如光纖光學(xué)之類的專業(yè)課，因此該課程需要包含這部分內(nèi)容，詳細內(nèi)容如光纖的基礎(chǔ)知識、常用的光纖器件、光纖耦合技術(shù)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(tài)調(diào)制型光纖傳感器，各種類型傳感器對應(yīng)的光學(xué)原理與效應(yīng)，該部分還包含分布式光纖傳感技術(shù)。

光纖傳感工程技術(shù)，這部分主要包括光纖傳感的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、封裝技術(shù)、多信息融合技術(shù)等。

光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用實例，該技術(shù)在電力系統(tǒng)、石油與化工工業(yè)、生物生醫(yī)生化領(lǐng)域、航空航天領(lǐng)域、國防領(lǐng)域、環(huán)境保護與監(jiān)測等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，教材中包含了大量的應(yīng)用實例。

四、實驗設(shè)置

作為一門工程應(yīng)用極強的課程，該實驗課程的設(shè)置尤為關(guān)鍵，要求加大實驗課程設(shè)置，理論和實驗課時比例為2∶1。通過實驗課程的學(xué)習(xí)，學(xué)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(fā)展的前沿課題，培養(yǎng)了應(yīng)用光纖傳感器的基本技能，提高了學(xué)生應(yīng)用高科技產(chǎn)品的技能，增強了學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

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?zhèn)鞲袑嶒灥?。這些實驗性教學(xué)對于高年級尤其是大四學(xué)生極有吸引力，對于專業(yè)的光電學(xué)生就業(yè)有很多好處。

五、結(jié)束語

通過光纖傳感技術(shù)課程的學(xué)習(xí)與實踐，學(xué)生對光學(xué)原理、激光原理等應(yīng)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(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

［1］趙 勇.光纖傳感原理與應(yīng)用技術(shù)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2007

［2］廖延彪，黎 敏，張 敏.光纖傳感技術(shù)與應(yīng)用［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2009

［3］黎 敏，廖延彪.光纖傳感器及其應(yīng)用技術(shù)［M］.武漢：武漢大學(xué)出版社，2012

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

［5］宋章啟，張學(xué)亮.《光纖傳感系統(tǒng)》課程研討式教學(xué)［J］.高等教育研究學(xué)報，2013

ISSN2095-6711/Z01-2015-11-0104