光纤传感技术及应用课程标准 （The optical fiber sensing technology and application） 一、课程概述 （一）课程基本信息,（二）课程性质与任务 本课程是物理学专业（光电器件及其应用方向）的一门专业课，光纤传感技术及 应用是伴随着光导纤维及光通讯技术的发展而逐步形成的。通过本课程的学习，可以 使学生了解光纤中光传输和传感的基本理论，使学生掌握光纤传感的基本原理以及常 用的传感器测量原理；了解各种光纤传感正在发展的前沿课题。培养学生应用光纤传 感器的基本技能，提高学生应用高科技产品的技能。增强学生的科学素养。使学生具 有理论联系实际和实事求是的科学作风，努力培养面向生产第一线的高素质应用型人 才，培养学生对前期学习知识的综合运用能力。 二、课程目标 （一）总体目标 通过本课程的学习，培养学生应用光纤传感器的基本技能，提高学生应用高科技 产品的技能。增强学生的科学素养。使学生具有理论联系实际和实事求是的科学作风， 努力培养面向生产第一线的高素质应用型人才，培养学生对前期学习知识的综合运用 能力。 （二）具体目标 1、知识目标 了解光在光纤中的传播特点。 掌握光纤传感器的强度调制、相位调制、偏振调制、波长调制、频率调制 等基本原理。 掌握光纤传感器应用关键技术和典型系统构成。,1,2,（4）了解光纤传感技术面临的新课题和发展前景新类型光纤及其传感应用、 新兴光集成工艺及其与光纤传感器的互通。 2、能力目标 具有抽象思维能力、逻辑推理能力、空间想象能力和自学能力。 具有综合运用所学知识分析和解决问题的能力。 3、素质目标 应用光纤传感器的基本技能，提高学生应用高科技产品的技能。 设计简单的光纤传感器的技能。 三、课程设计思路 （一）课程设计的依据 光纤传感技术是以光电子学、机械学、材料学及计算机信息处理等为基础的一门 新兴技术。光纤是光波导的一种，具有损耗低、频带宽、线径细、可挠性好、抗电磁 干扰，耐化学腐蚀、原料丰富、制造过程能耗少、节约大量有色金属等突出优点，引 起了人们的高度重视。随着光纤制造工艺的不断发展、完善以及光电器件性能的不断 提高，光纤的应用由最初的传像、医疗诊断到通信网络，从长距离光纤通信到光纤传 感，广泛应用于医疗、运输、通信、服务、军事、能源、教育等各种领域，为信息世 界的发展提供了一个有效的媒介。光纤的各种特性直接影响着光纤的各种应用，光纤 的各种应用又对光纤特性的改进提出了许多新要求、新课题。 （二）课程目标、内容结构确定的思路 主要目标是使学生了解掌握光纤传感器中使用的光纤、光源、光探测器以及光纤 传感器及其系统的原理、特点、应用。主要内容包括：光纤传感器中使用的光纤、光 源、光探测器以及光纤传感器及其系统的原理、特点、应用。主要内容包括：光纤的 结构特性、光学特性和传输特性；光纤传感器使用的光源；光纤光栅传感器、光纤荧 光传感器、光纤温度传感器、光纤气体传感器等原理、特点以及一般设计方法。 （三）课程目标实现的途径 光纤传感技术实验课，通过典型工作任务的驱动教学，实现知识学习与技能训练 目标。在教学方法上，注重学生自主学习、实现教学互动。同时注重培养学生的职业 素养和方法能力。 四、教学内容与教学要求 模块一 光纤基础 总学时(单位：学时):8 讲课:8 第 1.1 部分 光纤传输基本理论（讲课 4 学时） 具体内容: 1) 掌握斜光纤和子午光纤在阶跃光纤中光波的传输特点；,3,2) 掌握斜光纤和子午光纤在梯度光纤中光波的传输特点； 3) 光纤数值孔径； 第 1.2 部分 光波在光纤中传输的模式理论 （讲课 4 学时） 具体内容: 1) 光纤中光波传输的模式； 2) 光纤损耗和色散； 重点:掌握阶跃光纤及梯度光纤中光的传输机制，会用光线理论解释其中光的传 输机制。 难点:阶跃光纤及梯度光纤中光的传输机制，会用光线及光波理论解释其中光的 传输机。 教学方法与手段：讲授。 模块二 光纤传感基本原理 总学时(单位：学时):16 讲课:16 第 2.1 部分 光强调制型光纤传感原理 （讲课 4 学时） 具体内容: 1) 光纤传感基本原理； 2) 非功能性光强调制型光纤传感原理； 3)物理效应型光强调制型光纤传感原理； 4)功能性光强调制型光纤传感原理； 第 2.2 部分 光相位调制型光纤传感与及解调方法 （讲课 4 学时） 具体内容: 1) 功能型光相位调制原理； 2) 光相位解调原理； 第 2.3 部分 光偏振调制型光纤传感原理及解调方法 （讲课 4 学时） 具体内容: 1) 功能型光偏振调制原理； 2) 光偏振态的检测； 第 2.4 部分 光波长，频率调制型光纤传感原理及解调方法（讲课 4 学时） 具体内容: 1) 光波长调制与解调原理； 2) 光频率调制原理； 3) 分布式光纤传感原理； 4) 波域分布式光纤传感原理； 重点:掌握光强调制、波长调制调制原理和干涉法解调方法。 难点:功能型光强、偏振调制原理。 教学方法与手段：讲授。 模块三 光纤传感器及其应用,4,总学时(单位：学时):8 讲课:8 第 3.1 部分 光纤温度传感器（讲课 2 学时） 具体内容: 1) 半导体吸收型光纤温度传感器； 2) 光纤荧光温度传感器； 3) 热辐射式光纤温度传感器； 第 3.2 部分 光纤液位传感器（讲课 2 学时） 具体内容: 1) 液面敏感型光纤液位传感器； 2) 液内敏感型光纤液位传感器； 3） 压敏型光纤液位传感器 第 3.3 部分 白光干涉压力和温度传感器的设计（讲课 4 学时） 具体内容: 光信号的检测； 压力与光参量变化关系 重点:掌握温度和液位光纤传感器的设计原理。 难点:白光干涉压力和温度传感器的设计原理。 教学方法与手段：讲授及实验。 模块四 实验教学内容 实验一：电容式传感器的位移特性实验 （实验 4 学时） 实验目的和要求： 了解电容式传感器的工作原理。 熟悉电容式传感器的位移特性。 实验内容： 观察电容式传感器的工作过程。 记录电容式传感器的位移特性实验的实验数据。 主要实验仪器与器材： 1.传感器应用平台； 2.万用表。 实验二：压电式传感器振动实验 （实验 4 学时） 实验目的和要求： 了解压电式传感器振动实验的工作原理。 熟悉压电式传感器振动实验。 实验内容： 观察压电式传感器振动实验的工作过程。,5,2.记录压电式传感器振动的实验数据。 主要实验仪器与器材： 1.传感器应用平台； 万用表。 实验三：霍尔式传感器位移实验 （实验 4 学时） 实验目的和要求： 了解霍尔式传感器的工作原理。 熟悉霍尔式传感器位移实验。 实验内容： 观察霍尔式传感器的工作过程。 记录霍尔式传感器位移的实验数据。 主要实验仪器与器材： 1.传感器应用平台； 2.万用表。 实验四：光纤传感器位移实验 （实验 4 学时） 实验目的和要求： 了解光纤传感器的工作原理。 熟悉光纤传感器位移实验。 实验内容： 观察光纤传感器的工作过程 记录光纤传感器位移的实验数据。 主要实验仪器与器材： 1.传感器应用平台； 2.万用表。 （三）课程学时安排,6,五、课程实施建议 （一）教学方法建议 该课程应采取板书和多媒体结合的教学手段提高教学效率，通过多媒体展现更多 物理学和光电信息科学领域的科研热点和前沿内容，增强学生的学习兴趣。 （二）教材选用建议 教材： 1.光纤传感器及其应用技术，黎敏，廖延彪 武汉大学出版社，XXXX.8 参考书目： 光纤传感器及其应用技术，黎敏，廖延彪 武汉大学出版社，XXXX.8 光纤测量与传感技术.孙圣和，王廷云. 哈尔滨工业大学出版社.XXXX 光纤传感器新进展.靳伟、阮双琛. 科学出版社.XXXX. （三）课程资源开发与利用建议 严格按照大纲基本要求实施教学过程 丰富教学方式，活跃教学气氛，提高教学质量 注意知识的内在联系，启发学生独立思考，解决问题能力 （四）考核方式建议 计分制：百分制 总评成绩构成：平时成绩（30）；期末成绩（70）; （1）平时成绩构成：作业（50）；出勤（50）； （2）期末成绩 ：考核形式闭卷或开卷,7,六、附录 （一）编制依据 根据物理系物理学（光电器件及其应用方向）XXXX 版培养方案，充分考虑该课程 在培养方案中的作用、地位和要求，贯彻培养方案所体现的教育思想、教育要求和教 育目标，依据职业岗位分析制定课程标准，参照相关职业资格标准确定教学内容，规 范教学的基本要求，体现职业岗位能力培养要求，建立突出职业能力培养的课程标准。 （二）课程标准审批 编 写 教 师 ： 编 写 日 期 ： 教 研 室 审 批 ： 审 批 日 期 ： 院 （ 部 ） 审 批 ： 审 批 日 期 ：,