本書系統地闡述了長周期光纖光柵（LPG）傳感器及其級聯結構（LPGP）的傳感特性及應用研究，共分11章。
第1章介紹了LPG在通信和傳感領域的應用以及國內外研究現狀；第2章采用耦合模理論對LPG及LPGP進行分析；第3章對LPG的主要參數進行頻譜分析和仿真；第4章對LPG的基本傳感特性進行了理論分析和實驗研究；第5章研究設計LPG解調系統，實現對板結構振動信號的監測；第6章應用LPG實現基于小波包能量譜分析的結構損傷識別；第7章研究了LPG在土木工程結構中耐久性健康監測的應用；第8章對LPGP的溫度、應變、彎曲和折射率傳感特性進行了理論和實驗研究；第9章研究了溫度和應變的同時測量技術；第10章用LPGP來實現對超聲波的檢測，獲得相應的超聲場的參數；第11章提出了對LPGP減敏保護、溫度補償的封裝設計。本書是一本有關智能監測與控制方面的專著，反映了作者近年來在這一領域的主要研究成果。
本書內容新穎，理論聯系實際，適合大專院校及科研院所光纖光柵、智能監測與控制領域的高年級本科生、研究生閱讀，也可供相關領域的教師、科研人員及工程技術人員作參考。
長周期光纖光柵是一種周期在數百微米的光纖光柵，具有插入損耗低、無后向反射、制作簡單以及成本低、靈敏度高、尺寸小、重量輕、耐腐蝕、抗電磁干擾等優點，在光纖傳感和光纖通信領域具有良好的應用前景，成為近年來的研究熱點。長周期光纖光柵是智能結構中的一種十分重要的傳感器，易于和基體結構集成，可以實時監測結構的應力、折射率、應變、溫度、損傷等結構的健康狀態。目前對長周期光纖光柵的研究主要還停留在理論與實驗的探索階段，實用化程度不高。因此，利用長周期光纖光柵傳感技術實現智能結構健康監測的研究具有十分重要的意義。
目前市場上沒有專門針對長周期光纖光柵尤其是級聯長周期光纖光柵的理論和應用書籍，本書填補了其在光纖光柵類圖書領域的一個空白。
胡興柳（1974-），女，工學博士，金陵科技學院智能科學與控制工程學院教授、碩士生導師。江蘇省“青藍工程”學術帶頭人，安徽省信息化專家咨詢委員會委員。2004年4月南京航空航天大學電力電子與電力傳動專業碩士畢業，2012年3月南京航空航天大學智能監測與控制專業博士畢業，2014年-2015年國家公派新加坡南洋理工大學訪問學者。主要研究方向為光纖傳感技術、嵌入式系統軟硬件設計等。先后主持國家自然科學基金、省自然科學研究重點項目、省自然科學基金面上項目、省教育廳自然科學研究項目、橫向協作等項目10余項。在國內外重要期刊及國際學術會議上發表學術論文30余篇，其中，SCI與EI檢索13篇。授權的國家發明專利5項，實用新型專利1項。
王彥（1975-），女，工學博士，安徽工業大學電氣與信息工程學院教授、碩士生導師。2008年南京航空航天大學智能監測與控制專業博士畢業，國家公派美國密蘇里科技大學訪問學者。主要研究方向為光纖傳感技術、儀器儀表技術等。先后主持和參加了國家自然科學基金項目、安徽省自然科學研究重點項目、安徽省自然科學基金、江蘇省自然科學基金、安徽省杰出青年人才基金以及橫向項目多項，在國內外重要學術期刊及國際學術會議上發表論文20余篇，其中，被SCI、EI收錄10余篇。獲國家專利多項。
楊忠（1968-）， 男，工學博士，博士后，金陵科技學院智能科學與控制工程學院院長、教授、研究生導師。江蘇省重點建設學科“控制科學與工程”學科帶頭人，中國自動化學會智能自動化專業委員會委員，全國機械安全標準化技術委員會委員。獲南京航空航天大學工學博士學位，東南大學自動控制學科博士后出站。主要研究方向為智能控制理論與應用、光伏發電智能控制、人工智能等。承擔國家自然科學基金項目、教育部產學協同育人項目等20余項科研教研項目。發表學術論文60余篇，其中，SCI收錄9篇、EI收錄15篇，出版專著2本、國家標準1部；獲得授權55項專利。獲中國人民解放軍科技進步二等獎1項；獲中國機械工業科學技術二等獎1項；獲省部級科技進步三等獎5項；獲江蘇省高等教育教學成果二等獎等。
第 1章 緒 論 1
1.1 引言 1
1.2 LPG的理論研究現狀 2
1.3 LPG的制備技術 3
1.4 LPG的應用概況 6
1.4.1 LPG在通信領域的應用 7
1.4.2 LPG在傳感領域的應用 8
1.5 LPG的發展趨勢 9
1.6 本書的研究內容及結構 10
參考文獻 12
第 2章 LPG及LPGP的理論分析 17
2.1 光纖光柵的結構 17
2.2 耦合模理論 19
2.3 LPG模式耦合 20
2.3.1 纖芯基模有效折射率及其場分布 20
2.3.2 包層模有效折射率及其場分布 21
2.3.3 耦合特性分析 25
2.3.4 LPG的模式耦合方程 26
2.4 LPGP模式耦合 27
2.5 本章小結 30
參考文獻 30
第3章 LPG及LPGP譜特性的仿真和研究 32
3.1 表征LPG的譜特性的參數 32
3.2 LPG對結構參數的敏感特性分析 35
3.2.1 光柵參數對頻譜的影響 35
3.2.2 光纖結構參數對頻譜的影響 40
3.3 LPGP對結構參數的敏感特性 45
3.4 本章小結 49
參考文獻 49
第4章 LPG的傳感機理 50
4.1 LPG的溫度傳感 50
4.1.1 諧振波長的溫度特性理論分析 50
4.1.2 損耗峰幅值的溫度特性 52
4.1.3 溫度特性實驗研究 53
4.2 LPG的軸向應變傳感 54
4.2.1 軸向應變理論分析 54
4.2.2 軸向應變實驗研究 55
4.3 LPG的彎曲傳感 57
4.3.1 彎曲特性理論分析 57
4.3.2 彎曲特性實驗研究 59
4.4 LPG的折射率傳感 60
4.4.1 折射率特性理論分析 60
4.4.2 折射率特性實驗研究 62
4.5 LPG的橫向負載傳感 64
4.5.1 橫向負載特性理論分析 64
4.5.2 橫向負載特性實驗研究 65
4.6 LPG的溫度補償技術 66
4.6.1 溫度補償方法 66
4.6.2 溫度補償實驗 67
4.6.3 其他溫度補償方法 69
4.7 本章小結 70
參考文獻 71
第5章 LPG振動信號監測 72
5.1 薄板振動的微分方程 73
5.2 LPG振動信號監測傳感器 76
5.2.1 動態信號監測原理 76
5.2.2 LPG動態信號監測系統 77
5.2.3 LPG動態信號的解調方案 80
5.2.4 系統最優工作點的確定 84
5.3 薄板結構振動信號的采集 85
5.4 分布式振動信號采集系統 89
5.5 具有自動跟隨功能的振動信號監測系統 91
5.6 本章小結 93
參考文獻 94
第6章 基于小波包能量譜分析的LPG結構損傷識別 95
6.1 板結構ANSYS分析 95
6.2 小波包理論分析 98
6.2.1 小波分析 99
6.2.2 小波包分析 100
6.3 信號的能量特征指標提取 102
6.3.1 小波基的選取 102
6.3.2 小波分解階數和小波包分解尺度的選取 103
6.3.3 特征指標的提取 103
6.4 板結構的小波包能量譜分析 104
6.4.1 同一位置不同程度的損傷 104
6.4.2 不同位置相同程度的損傷 107
6.5 本章小結 109
參考文獻 110
第7章 LPG土木工程結構耐久性健康監測 111
7.1 混凝土結構中的鋼筋銹蝕 111
7.1.1 鋼筋銹蝕機理 112
7.1.2 鋼筋銹蝕過程 114
7.2 混凝土結構中鋼筋銹蝕監測方法 115
7.3 實驗方法確定 116
7.3.1 鋼筋銹蝕方法的確定 116
7.3.2 混凝土中鋼筋銹蝕率的測量 117
7.4 基于LPG折射率特性的鋼筋銹蝕監測 117
7.4.1 傳感器設計 117
7.4.2 實驗室環境實驗 119
7.4.3 雙光柵測量 121
7.4.4 實驗討論 122
7.5 基于LPG微彎特性的鋼筋銹蝕監測 123
7.5.1 傳感器設計及封裝 123
7.5.2 實驗室環境實驗 125
7.5.3 混凝土埋入實驗 126
7.5.4 實驗討論 129
7.6 本章小結 130
參考文獻 131
第8章 LPGP傳感特性的研究 133
8.1 LPGP溫度傳感特性 133
8.1.1 LPGP溫度特性的理論分析 133
8.1.2 LPGP溫度特性的實驗及分析 136
8.2 軸向應變傳感特性 139
8.2.1 LPGP軸向應變特性的理論分析 139
8.2.2 軸向應變特性實驗 141
8.3 彎曲傳感特性 144
8.3.1 LPGP彎曲傳感特性的理論分析 144
8.3.2 彎曲傳感特性實驗 145
8.4 折射率傳感特性 148
8.4.1 LPGP折射傳感特性的理論分析 148
8.4.2 LPGP折射傳感特性的仿真研究 149
8.4.3 折射率傳感特性實驗 152
8.5 本章小結 156
參考文獻 156
第9章 基于支持向量回歸機的單LPGP應變和溫度同時測量技術的研究 158
9.1 支持向量回歸機理論基礎 158
9.2 溫度與應變的同時測量 163
9.2.1 交叉敏感問題的解決方案 163
9.2.2 不同諧振峰應變與溫度的測量 164
9.3 矩陣分析方法 166
9.4 基于SVR的溫度與應變預測模型的建立 168
9.4.1 支持向量回歸機的表述 168
9.4.2 -SVR相關模型參數選取 172
9.4.3 基于SVR的溫度和應變的預測 174
9.4.4 SVR和標準矩陣法對應變和溫度預測的比較 174
9.5 本章小結 175
參考文獻 176
第 10章 LPGP對超聲波檢測研究的初探 178
10.1 超聲波簡介 178
10.2 光纖光柵檢測超聲波的研究 179
10.3 超聲波作用于LPGP的原理 180
10.4 超聲波基本特性的LPGP實驗研究 183
10.4.1 超聲波靜態特性實驗系統組成 183
10.4.2 實驗結果分析 183
10.5 本章小結 186
參考文獻 187
第 11章 LPGP的封裝及在樂果溶液降解過程中的應用 188
11.1 光纖光柵的封裝類型 188
11.1.1 保護性封裝 188
11.1.2 敏化性封裝 190
11.2 LPGP的封裝 191
11.2.1 LPGP溫度補償的封裝原理 191
11.2.2 LPGP溫度補償的封裝設計 193
11.2.3 封裝的LPGP溫度特性實驗 195
11.3 基于LPGP的樂果溶液污水降解的在線監測 195
11.3.1 樂果溶液污水降解技術 195
11.3.2 超聲強化電絮凝技術降解樂果溶液污水原理 197
11.3.3 超聲強化電絮凝技術降解樂果溶液實驗 199
11.4 本章小結 203
參考文獻 203
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