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贾丹平，伞宏力，赵立民 著

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• 荧光光纤传感器
• 温度测量
• 光纤技术
• 光学传感器
• 分布式温度测量
• 生物医学工程
• 工业应用
• 环境监测
• 材料科学
• 传感技术

店铺： 广影图书专营店

出版社： 科学出版社有限责任公司

ISBN：9787030448156

商品编码：29729932758

包装：平装

出版时间：2016-04-01

基本信息

书名:荧光光纤温度测量技术及应用

定价：66.0元

售价：44.9元,便宜21.1元,折扣68

作者:贾丹平,伞宏力,赵立民

出版社：科学出版社有限责任公司

出版日期：2016-04-01

ISBN：9787030448156

字数：200000

页码：

版次：31

装帧：平装

开本：B5

商品重量：0.4kg

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内容提要

目录

作者介绍

文摘

序言

序言

荧光光纤温度测量技术及应用 摘要 本书深入探讨了荧光光纤温度测量这一前沿领域，系统阐述了其基本原理、关键技术、材料特性、传感器设计、系统集成以及在各领域的广泛应用。内容涵盖从基础的荧光物理机制到复杂的信号处理与数据分析，旨在为读者提供一个全面而深入的理解框架。本书不仅梳理了该技术的发展历程与现状，更着重分析了其在工业监测、医疗健康、航空航天、能源电力以及科学研究等多个重要场景下的实际价值与发展前景。 第一章 引言 本章首先回顾了传统温度测量方法的局限性，如电学传感器的易受电磁干扰、热电偶的响应速度慢且精度受制于环境等，从而引出对新型、高性能温度测量技术的需求。随后，重点介绍了荧光光纤温度测量技术的概念、核心优势以及其作为一种非接触、高精度、宽温域、耐腐蚀、抗电磁干扰的先进测量手段的独特地位。本章还将概述本书的整体结构和各章节的主要内容，为读者构建一个清晰的学习路径。 第二章 荧光物理学基础 本章将系统介绍与荧光光纤温度测量紧密相关的荧光物理学原理。内容包括： 分子激发与发射机制： 详细讲解物质在吸收特定波长光子后，电子从基态跃迁到激发态，再通过辐射跃迁回到基态时发出的荧光。 荧光寿命与强度： 阐述荧光寿命（发光持续时间）和荧光强度（发光亮度）是两种重要的荧光参数，它们对温度变化具有敏感性。 温度对荧光特性的影响： 深入分析温度如何影响分子的振动、转动能级，进而改变激发态的弛豫过程，导致荧光寿命和强度的温度依赖性。重点介绍非辐射跃迁概率随温度升高而增大，从而引起荧光强度降低和荧光寿命缩短的机理。 猝灭机制： 探讨各种导致荧光强度降低的因素，尤其是温度猝灭，以及其他可能存在的猝灭剂（如氧气）对测量精度的影响。 常用荧光材料： 介绍构成荧光光纤传感器的主要荧光材料，包括无机稀土离子掺杂材料（如Er3+, Yb3+, Tm3+等）、有机染料（如罗丹明，菁染料等）以及量子点等，并分析它们各自的光谱特性、热稳定性和荧光量子产率。 第三章 荧光光纤温度传感器 本章聚焦于荧光光纤传感器的设计与制备。 传感器结构设计： 介绍常见的传感器结构，如探头式、涂覆式、嵌入式等，以及如何根据应用场景优化传感器结构以提高响应速度、稳定性和耐久性。 荧光材料的制备与集成： 阐述如何将选定的荧光材料制备成纳米粒子、薄膜或直接掺杂到光纤芯材中。详细介绍溶胶-凝胶法、化学气相沉积（CVD）、电化学沉积等制备工艺。 光纤类型选择： 分析不同类型光纤（如石英光纤、多组分玻璃光纤、聚合物光纤）在作为荧光光纤传感器载体时的优缺点，以及如何选择适合特定应用的光纤。 耦合技术： 讲解如何将激发光高效地耦合到光纤中，以及如何将荧光信号从光纤中导出并进行有效接收。 传感器校准与标定： 强调传感器在不同温度环境下的校准过程，包括建立荧光信号与实际温度之间的数学模型，以及减少系统误差和环境因素干扰的方法。 第四章 温度测量原理与方法 本章详细阐述利用荧光光纤进行温度测量的核心原理和技术手段。 荧光寿命测量法： 介绍基于时间分辨的荧光寿命测量技术，包括脉冲激发法、相位调制法等，分析其对温度的敏感度，并探讨影响荧光寿命的各种因素。 荧光强度比值法： 讲解如何利用两种不同激发/发射波长或两种不同荧光寿命的信号之比来消除激发光源功率波动、探头损耗等非温度因素的影响，从而提高测量精度。 光谱分析法： 探讨通过分析荧光光谱的变化（如峰位移动、形状改变）来反演温度的方法，特别适用于某些具有特定光谱特征的荧光材料。 多参数协同测量： 介绍如何结合多种测量原理（如寿命与强度结合）或引入其他传感器（如压力传感器）以实现更全面、更精确的温度测量。 信号处理与数据分析： 讲解如何对采集到的原始荧光信号进行滤波、去噪、背景扣除等预处理，并采用统计学方法、机器学习算法等对数据进行分析，建立高精度的温度反演模型。 第五章 荧光光纤温度测量系统集成 本章将涵盖构建完整的荧光光纤温度测量系统的关键环节。 光源选择与设计： 讨论不同类型光源（如LED、激光二极管、超连续谱光源）在激发效率、光谱特性、稳定性、成本等方面的考量，以及如何根据测量原理和荧光材料选择合适的光源。 光电探测器： 介绍光电倍增管（PMT）、雪崩光电二极管（APD）、硅光电二极管等探测器的性能特点，以及如何选择适合探测微弱荧光信号的探测器。 光路设计与优化： 阐述实现高效激发光耦合、荧光信号采集与传输的光学设计，包括透镜、分光器、滤波器、耦合器等元件的选用与布局。 数据采集与处理系统： 介绍高性能数据采集卡、数字信号处理器（DSP）、微控制器（MCU）等在实时采集、处理荧光信号中的作用，以及如何构建用户友好的软件界面。 系统校准与精度保障： 强调系统整体的校准与验证过程，以及如何通过优化各个模块的性能来最大化测量精度和稳定性。 第六章 荧光光纤温度测量的应用 本章将深入探讨荧光光纤温度测量技术在各个领域的实际应用。 工业在线监测： 高温环境监测： 如工业炉、熔炼设备、化工反应器等，荧光光纤的高温耐受性和非接触性使其成为理想选择。 狭窄空间或危险区域监测： 如管道内部、发动机内部、核电站等，荧光光纤可深入难以触及或危险的区域进行实时温度监测。 电磁敏感环境： 如微波炉、电力设备附近，荧光光纤不受电磁干扰，可提供稳定可靠的温度测量。 腐蚀性环境： 如化工、石油行业，特制的荧光光纤传感器能够抵抗腐蚀性介质。 医疗健康领域： 生物组织温度监测： 在手术过程中、药物输送、组织工程等场景下，对生物组织进行精确的温度监测，以优化治疗效果并避免损伤。 医学成像与诊断： 结合荧光成像技术，实现对病灶区域的温度分布进行可视化分析。 体外诊断： 在体外进行生物化学反应的温度控制和监测。 航空航天与国防： 发动机与飞行器结构温度监测： 监测发动机关键部件、机翼、起落架等部位的温度，保障飞行安全。 航天器内部环境控制： 维持航天器内部精确的温度环境。 弹药安全监测： 监测弹药储存和运输过程中的温度，防止意外。 能源与电力： 电力设备（如变压器、电缆）的温度异常检测： 早期预警设备故障，防止火灾和停电。 地热能开采： 监测地下深处的温度分布。 新能源设备： 如太阳能电池板、风力发电机组的温度优化与监测。 科学研究： 材料科学： 研究材料在不同温度下的光学、电学、机械学性能变化。 化学与生物学： 监测化学反应、酶催化反应、细胞生化过程的温度变化。 物理学： 探索超导材料、相变材料等在低温或高温下的特性。 第七章 挑战与未来发展趋势 本章将探讨荧光光纤温度测量技术目前面临的挑战，并展望其未来的发展方向。 挑战： 长期稳定性与老化问题： 荧光材料的长期稳定性、光纤的老化以及传感器易损性仍需进一步提升。 测量精度与分辨率的提升： 在复杂环境下实现更高精度和更高空间分辨率的测量。 成本控制： 降低传感器和系统的制造成本，使其更易于推广应用。 标准化与互操作性： 建立统一的标准和接口，促进不同厂商设备之间的互操作。 多参数集成： 如何将温度测量与其他参数（如压力、应力、化学成分）的测量有机集成。 未来发展趋势： 新型荧光材料的开发： 寻找具有更高荧光量子效率、更宽温度范围、更强稳定性的新型荧光材料，如具有近红外发射的稀土配合物、新型量子点、聚合物基荧光材料等。 微纳化与柔性化传感器： 开发更小型化、更易于植入或集成的微纳传感器，以及适用于曲面或不规则物体测量的柔性传感器。 智能化与网络化： 结合人工智能、物联网技术，实现传感器的自适应优化、数据融合分析、远程监控和预测性维护。 多功能集成： 研发能够同时测量温度和其他环境参数（如湿度、pH值、气体浓度）的多功能光纤传感器。 深空探索与极端环境应用： 进一步提升传感器在极端温度、高压、强辐射等环境下的适应性，拓展其应用边界。 结论 本书对荧光光纤温度测量技术进行了系统性的梳理和深入的探讨。该技术以其独特的优势，在众多领域展现出巨大的应用潜力。尽管仍面临一些挑战，但随着新材料、新工艺和新技术的不断涌现，荧光光纤温度测量技术必将在未来的科技发展和产业升级中扮演越来越重要的角色。 参考文献 （此处将列出本书引用的相关学术文献、期刊文章、书籍等，以供读者进一步深入研究。） 致谢 （此处将对在本书编写过程中提供帮助的个人和机构表示感谢。）

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧设计着实令人眼前一亮，封面选用了深邃的藏蓝底色，辅以流光溢彩的几何线条构图，那种视觉上的“荧光”感立刻抓住了我的注意力，让人忍不住想探究书中所描绘的“光纤温度测量”究竟是何种奇妙的技术。初翻阅目录时，那种细致入微的章节划分，从基础的光学原理讲起，逐步深入到特定材料的光谱特性分析，再到实际系统集成与误差校准，层次感极为分明。我尤其欣赏作者在绪论部分对该技术应用前景的宏观论述，它并未停留在枯燥的技术参数堆砌，而是结合了航空航天、深海探测等前沿领域对极端环境温度测量的迫切需求，展现出极高的行业洞察力。尽管我并非该领域的资深专家，但阅读下来，能清晰感受到作者在构建知识体系时的匠心独运，仿佛手中拿的不是一本技术专著，而是一幅描绘未来精密测控蓝图的画卷，让人对即将展开的专业内容充满了期待与敬意。那种将复杂科学原理与工程实践紧密结合的叙事方式，极大地降低了学习的门槛，使人能以一种更具沉浸感的方式进入到这个充满光影和热量的微观世界。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和注释系统，体现了出版方对专业读者的充分尊重，这在当前浮躁的出版环境中实属难得。字体选择清晰易读，关键的公式和术语都经过了精心的加粗或斜体处理，有效避免了长时间阅读带来的视觉疲劳。尤其值得称赞的是其脚注和尾注的处理，信息密度极高却又不打断阅读的流畅性。每当涉及到一个关键的实验方法或是一个重要的数学定理时，作者都会在页面底部提供精确的参考文献出处，并且很多注释中还包含了对原始文献核心观点的简要提炼，这极大地便利了想要追溯源头或进行交叉引用的读者。这种严谨的学术规范，辅以流畅的中文表达，使得阅读体验达到了学术深度与可读性的完美平衡。它不仅仅是一本知识的载体，更是一套完整的、可供深入挖掘的学术资源工具箱。

评分☆☆☆☆☆

阅读这本书的过程，带给我一种强烈的“知识迭代”的愉悦感。它显然是站在了该领域前沿研究成果的基础上编写的，尤其在“新型掺铒光纤的温度灵敏度优化”以及“基于太赫兹辐射的非接触式温度标定”这些章节中，所披露的研究视角非常新颖。作者似乎并没有满足于罗列已有的成熟技术，而是不断引导读者思考“还有没有更好的方案？”“这种方法的局限性在哪里？”这种前瞻性的思维引导，对于希望在该领域进行深入研究的学者来说，无疑是极具启发性的。书中对现有商业化产品的技术瓶颈进行了坦诚的剖析，并提出了数条富有洞见的改进方向，这些内容虽然尖锐，但却充满了建设性，体现了作者对推动技术进步的责任感。读完这些章节，我感觉自己仿佛被这位老兵提携着，站在了行业的肩膀上，看到了未来五到十年内该技术可能爆发的方向。

评分☆☆☆☆☆

这本书的结构组织，在我看来，简直是一次精妙的“螺旋式上升”教学设计。它不像有些技术书籍那样，一开始就抛出所有复杂的数学推导，让人望而却步。相反，它采用了先宏观、后微观、再回归应用的总分总结构。在第一部分建立起对光纤传感基本概念的直观认识后，笔锋一转进入到核心的物理机制剖析，仿佛用放大镜聚焦到光纤内部的原子振动层面，对温度引起的折射率变化进行了深入的探讨。但最妙的是，在深入钻研了复杂的物理模型之后，作者并没有让读者迷失在公式的海洋中，而是迅速将理论成果转化为实际的系统构建指南，例如，针对不同应用场景（如高压电缆监测、生物医学成像）给出了具体的传感器封装和信号处理方案建议。这种不断在“理论深度”和“工程实用性”之间进行高质量的切换和平衡的能力，使得这本书的价值远超一般理论参考书，更像是一本指导工程师从零开始搭建实用系统的操作手册。

评分☆☆☆☆☆

这本书的行文风格，用一个词来形容，那就是“沉稳老练的工匠精神”的体现。作者在阐述那些涉及光纤材料的非线性效应和瑞利散射机理时，那种娓娓道来的叙述方式，让人感觉不是在啃一本教科书，而是在聆听一位经验丰富的工程师的经验分享会。他很少使用过于晦涩难懂的术语来故作高深，即便必须引入专业模型，也会先用生动的类比或历史背景铺垫，确保读者理解其物理本质，而非仅仅记住公式。例如，在讨论如何通过波长调制技术提高信噪比的章节中，作者插入了一小段关于早期光纤传感器研制过程中遇到的实际困难，这种“人情味”的书写，瞬间拉近了与读者的距离。更值得称道的是，书中大量引用的实验数据和图表，其精度和代表性都极高，绝非粗制滥造的示意图可比，体现了作者对科研严谨性的极致追求，让人由衷感到这本书的内容是经得起时间和实践检验的“干货”。