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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?，F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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傳統的傳感器是以應變－電壓為基礎，以電信號來反映結構應變的變化，并借助導線傳輸。因此，傳統傳感器易受到電磁場和使用環境的影響。另外，由于電阻傳感器和導線的金屬易腐蝕性，難以實現長期監測和實時監測。這些傳統傳感器的局限性嚴重地制約了其應用，無法滿足現代隧道建設中監控量測的需求，而以光纖傳感技術為基礎的光纖傳感器不但可以替代傳統傳感器的作用，還可以很好的彌補傳統傳感器的上述缺陷。
1光纖傳感器在隧道施工過程中監控量測
光纖傳感器以其材質和工作原理上的優越性，具有受環境干擾小，傳輸損耗低，連接方式豐富(可將多個傳感器并聯輸出)，導線價格低等優點，可以大大提高隧道監控量測的準確度和工作效率并可以降低工作風險和監測成本。隧道的監控量測包括必測項目和選測項目，其中的必測項目主要包括地質和支護狀況觀察、周邊位移、拱頂下沉和地表下沉。必測項目中的這四項在隧道的監控量測工作中一般均需要做測試，這些項目一般通過觀察、描述和光學測量儀器如水準儀、全站儀等進行監測，所以，隧道監控量測的必測項目一般不采用光纖應變傳感器。選測項目中的錨桿內力量測、圍巖體內位移量測、支護及襯砌內應力和表面應力量測、圍巖壓力及兩層支護間壓力量測、型鋼支撐內外力量測可以通過布設在待測點的光纖應變傳感器進行量測。光纖應變傳感器在這些項目上的應用不但可以高效準確的進行監控量測，還可以一直將監測工作隨著隧道從建設到運營進行長期全壽命實時監測，這一點具有傳統傳感器無法比擬的優勢。
2光纖傳感器在隧道火災報警系統中的應用
光纖的光柵柵距和折射率會因其周圍環境的溫度變化而發生變化，這種變化會對應地引發光纖光柵的反射譜以及透射譜的變化。通過解調儀將光纖光柵的反射譜或透射譜發生的變化檢測并讀取顯示出來，則得到了光纖光柵周圍環境溫度的變化數據，通過程序中設定的溫度控制閥值和報警裝置就可以對隧道內的溫度進行實時監測和火災報警。
(1)隧道內火災發生的原因。隧道火災一般由車輛、貨物的著火以及交通事故起火而引發，而車輛油箱內的燃油和車輛所載易燃貨物則為火災的發生提供了物質條件。隧道內部發生火災后，燃油和貨物的燃燒會迅速釋放出大量的熱，并伴有大量的有毒氣體和濃煙霧，同時隧道內部溫度隨之而迅速升高。
(2)光纖傳感器的系統組成。光纖光柵感溫火災報警系統主要是針對所監測隧道內部溫度的異常升高進行實時測量，顯示溫度并判斷溫度是否過高而進行及時報警。主要由光纖光柵感溫探測器、解調系統、報警裝置、傳輸光纜和計算機組成。
(3)光纖傳感器在隧道內的布設和安裝。光纖傳感器在隧道內部的布設間距應根據隧道的長度來計算確定，間距太密造成工作量和成本的的浪費，太疏則會影響火災探測的靈敏度和準確率。當隧道長度介于500m和10000m之間時，光纖傳感器的縱向間距不能大于7m;當隧道長度超過10000m時，光纖傳感器的縱向間距不能大于8m。光纖傳感器應布置于距離隧道拱頂20cm左右的位置，并沿隧道縱向呈直線排列。光纖傳感器應在隧道拱頂沿縱向用鋼絞線進行固定，以便在不影響隧道內交通的情況下有效監測和預報火災。對于長隧道和隧道群，由于工作人員觀察室距離傳感器距離較遠，通常需要將光纖傳感器測得的溫度信號通過光纜遠程傳輸到設備處理器，所以其布設方法和連接方式應按照隧道內車道數的不同而采取不同的方式方法。對于單車道和雙車道的交通隧道，光纖傳感器可在隧道內斷面中央進行單排縱向布設;而當隧道行車道數量多于2時，光纖傳感器在隧道內斷面中央應按照雙排進行縱向布設。雙排布設時，兩排傳感器應交錯布置，以便增大光纖傳感器的感應機會。
3光纖傳感器在隧道健康監測中的應用
隧道健康運營過程中最主要的病害就是隧道的襯砌結構劣化，其表現為襯砌的開裂、掉塊、錯臺、和滲漏水等方面。隧道病害除了降低隧道的安全性、耐久性及其使用性能等外，如不及時發現和處治還會誘發其他更為嚴重的病害，甚至會縮減隧道的使用壽命。因此對隧道二次襯砌的全壽命監測就顯得尤為重要。隧道二次襯砌病害的傳統檢測技術主要通過地質雷達、地震波法、CT等實現，這些方法可探明某時某刻隧道襯砌的情況和其周圍的圍巖情況，但無法對隧道內襯砌和圍巖情況的變化進行實時監測和報警，同時傳統監測由于需要組織大量人員設備進入隧道進行監測工作，不可避免的會影響甚至中段隧道交通。分布式光纖傳感技術具有遠程、精度高、耐久性、實時性和成本低等特點，將其布設在二次襯砌之中可對隧道襯砌結構的健康情況進行長期、實時的監測。該技術可自動進行，不會對交通造成干擾，并且其實時輸出的數據信息可以讓隧道工作人員隨時掌握隧道的健康狀況。光纖監測網的布設需要對隧道的圍巖等級、圍巖應力水平及經濟性等進行綜合考慮。沿隧道橫斷面布設的光纖傳感器應根據圍巖等級來確定其布設的環向間距，即傳感器的環向間距應隨著隧道圍巖等級的增大而相應減小，并在隧道洞口附近適當加密布設。布設好光線監測網后，根據傳輸需要將傳感器按照一定的連接方式組合，通過光纜將光線應變傳感器連接到解調儀上進行監測。
4結論
光纖應變傳感器以其相較于傳統傳感器的諸多優勢而被廣泛應用于隧道中。在隧道施工過程中，光纖應變傳感器可以準確監測隧道結構的受力和變形情況，從而為隧道的安全施工保駕護航;在隧道火災檢測報警方面，光纖傳感器以其自動化和網絡化的特點提供良好的服務，從而預防火災和減少火災造成的損失;在隧道健康監測方面，光纖傳感器可以實時監測隧道襯砌結構并進行長距離傳輸，從而使隧道的全壽命健康診斷與評估成為了可能。
參考文獻
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1.引言隨著我國煤礦采掘機械化和電氣化程度的提高，外因火災發生的比例也逐年增高。低壓電纜著火、礦用變壓器著火、架線電車電弧引燃木支護棚著火等電氣火災事故也時有發生，而且礦井中環境復雜，電氣設備眾多，一旦發生火災，后果將不堪設想，具有很大的危險性。今年以來，全國煤礦已發生4起重大以上事故，其中3起為火災事故。除“3.15”事故外，湖南省湘潭市湘潭縣立勝煤礦“1.5”特別重大火災事故，造成34人死亡和下落不明；江西省新余市廟上煤礦“1.8”重大火災事故，造成12人死亡。論文大全。這3起火災事故，都是因電纜及設備（移動空壓機）著火引燃木支護而發生的火災事故。
目前，礦井內采用的火災檢測設備還很少，而且大部分還是采用基于電信號傳感器的測溫系統。其中紅外測溫為非接觸測量，易受環境及周圍電磁場干擾，且需人工操作，無法實現在線測量，效率低下；電子溫度傳感器易受電磁干擾，機械的溫度傳感器受環境的影響也比較大，以上幾種檢測方法的測量效果都不是很理想。因此開發一種大容量分布式在線實時溫度監測系統，來監測煤礦高耗能大型機電設備和電纜運行溫度已成為當務之急。
光纖光柵溫度在線監測系統是一種全新的在線溫度監測報警系統，具有防爆、防燃、抗腐蝕、抗電磁干擾，在有害環境中使用安全，實現實時快速準分布式測溫并定位，具有程控報警電平等特點。系統本身具有自檢測、自標定和自校正功能，是光機電、計算機一體化技術。采用光纖光柵溫度檢測技術進行煤礦各種設備的溫度實時在線檢測，充分利用光纖光柵傳感系統的大容量、分布式特性將是一種十分可行的方案。
2.煤礦機電設備引起火災的原因分析煤礦機電設備引起火災的原因是多種多樣的，主要火災是電器設備引起的火災和電纜火災，原因是：過載、短路、接觸不良、電弧火花、漏電等原因。這些火災起初可能致使電氣設備中的絕緣材料燃燒，接著火焰傳到巷道的支架、煤塵、瓦斯及礦內其它可燃材料上，這就發生礦井電氣火災。 煤礦機電設備火災主要是由于設備負荷過大引起的。大量高耗能的設備在煤礦中長期使用，不可避免引起設備負荷過大，將使設備達到使自己失去絕緣性能的危險溫度，隨著溫度的不斷積累，最后就常常引起電氣設備發火。如綜掘機、采煤機、刮板輸送機、皮帶機、絞車、主扇以及各類大功率設備等是煤礦企業廣泛使用的大型高檔設備，由于長期處于滿負荷工作狀態，因軸承損壞造成設備相應部位逐漸發熱而導致設備損壞，影響正常生產的事頻繁發生。
電纜火災主要是由于電纜接觸不良，或接地不好引起的。線路中個別部分接觸電阻的增加，主要是接觸不良的結果。實踐證明，井下電纜與電纜或者電纜與設備的連接部分（接頭）做得不好，往往是礦井巷道內因電流以產生火災最常見的原因。電纜工作尤其是過流、過載時，由于導體發熱會導致電纜溫度升高，如果電纜不具備良好的阻燃性能，極易引起電纜著火，在燃燒的同時可產生大量有毒有害氣體，造成礦工中毒窒息，還可能引起瓦斯煤塵爆炸。因此，電纜的阻燃性能對煤礦安全生產具有重要影響。
通過對機電設備引起火災原因的分析，可以看出機電設備等電氣火災大部分都伴隨著設備，電纜局部溫度的逐漸升高，是一個積累的過程，完全可以通過對易發生火災部位進行溫度檢測，根據溫度上升的趨勢來預測電氣設備和電纜的運行狀態，從而在故障點及時采取措施，防止火災的發生。
3.礦用準分布式光纖光柵溫度監測系統 3.1測溫原理光纖傳感技術是上世紀70年代末興起一種先進的多學科交叉技術。經過三十多年，特別是過去十幾年的發展，目前已經研制出兩千多種基于光纖的傳感器。光纖傳感器與常規的電子類傳感器相比有許多獨特之處[7]，主要優點包括：
1）以光作為傳感信號基本不受外界電磁場干擾，長期漂移小，測量精度高，因而可用來作長期可靠的連續在線檢測；
2）由于不帶電，因而適于在電力，煤礦，石油，天然氣及其它化工行業進行安全和生產狀態參數的監測；
3）由于采用光纖傳輸，可以超遠程監測；復用能力強，可實現對一線多點、兩維點陣或空間分布的連續監測；
光纖傳感器上述獨特優點，特別是一根光纖可以對多個點做多變量測量的能力，是電子類傳感器很難實現的。在具有強電干擾、高壓、易燃易爆等惡劣環境下，傳統的電子傳感器受到很多局限性。光纖光柵溫度監測儀所用溫度傳感器采用一種叫光纖布拉格光柵（FBG）的光學無源器件，是一種反射式光纖濾波器件，通常采用紫外線干涉條紋照射一段10mm長的裸光纖，在纖芯產生折射率周期調制，光波導內傳播的前向導模會與后向反射模式進行耦合，形成布拉格反射，即產生了一個窄帶的反射峰。論文大全。窄帶反射峰的中心波長稱為布拉格波長，研究表明：光纖光柵的空間折射率調制周期和纖芯的有效折射率均可引起光柵布拉格中心波長的改變。因此，通過一定的封裝設計，使外界溫度、應力和壓力的變化導致光柵中心波長發生改變，即可使FBG達到對其敏感的目的[3]。如圖2所示，光纖光柵中心波長和溫度有著非常好的線性關系。
圖1 光纖光柵結構圖
圖2 光纖光柵中心波長隨溫度變化曲線
3.2系統組成煤礦光纖機電設備狀態檢測系統主要包括信號解調模塊、光學擴展模塊，傳輸光纜和傳感器網絡。溫度傳感器由光纖光柵和連接光纜組成，溫度傳感器安裝在現場；信號解調模塊和計算機安裝在控制室內，溫度傳感器和控制室由傳輸光纜進行信號傳輸。光纖信號解調控制器通過標準通訊接口與計算機通訊，由計算機完成溫度的監控。
圖3光纖多點溫度傳感監測系統框圖
由信號解調模塊中光源發出的高能量光束通過光纜注入光纖光是那傳感器陣列，每個光纖光柵將反射特定的波長，這些波長與各個傳感器所測溫度成線性關系；這些波峰將由光纖信號解調模塊進行波長解調，然后根據設定的參數計算出每個傳感器的測量溫度值，所測溫度值和各種相關信息通過標準的通訊接口實時上傳給監控上位機，進行信號的顯示，故障診斷、事件記錄、報警控制等。
3.3 系統技術特征和主要技術參數1.系統的技術特征
光纖傳感器感知溫度和位置信息,完全不帶電，本質安全。傳感器分辨率高，測溫精確，響應時間短。傳感器可靠耐用，使用壽命長。
陣列復用，大容量，多點分布式測溫系統；一臺解調儀可帶幾百個傳感器，大范圍覆蓋測溫現場；節省費用。論文大全。
由于全光信號傳輸，不受傳感器距離限制，最大傳感距離達10Km，是超遠程溫度檢測系統。
2.系統的主要技術參數：
測溫范圍：-10℃~+110℃；測溫精度：±1℃；溫度分辨率：0.1℃；溫度探測器響應時間：<5s；空間分辨率：根據現場情況；每通道最大傳感器點數：18個/通道；測量時間：<30s/16通道。
4.系統的應用為了解決大規模的煤礦機電設備安全監測問題，在某煤礦的地面110Kv變電所，-312水平中央變電所，地面洗煤廠配電室，井下高壓電纜中間接頭及地面110Kv變電所電纜間（電纜密集處）等位置，共安裝了近800個礦用光纖溫度傳感器。系統由一個監測儀和一個監控主機組成，所有傳感器通過一條多芯的光纜連接起來，結構非常簡潔。通過軟件我們可以方便觀測所監測位置的溫度狀態，對預防煤礦電氣火災提供了有力的技術基礎。
5.總結隨著我國煤礦采掘機械化和電氣化程度的提高，電氣火災成為煤礦火災的一個重要原因。通過對煤礦機電設備引起火災的原因的分析，認為實時檢測機電設備的溫度可以有效預測預報火災事故的發生?；诠饫w溫度傳感器建立了一套煤礦火災實時在線監測系統，通過安裝煤礦光纖機電設備狀態檢測系統，對煤礦供電設備及高壓線路接點的溫度進行了實時在線監測，有效實現了煤礦供電設備安全狀態的監控和火災的預測預報，為煤礦安全生產提供了有力保障。這種方法的研究和應用對礦井火災監測預報具有重大的實用價值。
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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。
本書為第11屆意大利傳感器與微系統會議的論文集，其中精選了具有代表性的會議論文。這次會議展示了在傳感器與微系統領域的理論模擬與實際應用的最新成果。傳感器與微系統是一個新興的交叉學科，其涉及到物理、化學、材料科學以及生命科學等領域。
本書共分為六部分，第一部分為化學傳感器，主要介紹了：可調諧二極管激光光譜儀原位測量平流層微量氣體；四苯基卟啉在高有序熱解石墨上的組裝：前所未有的吸附壓縮驅動的雙層模式組裝；一種室溫下的基于鉑／氧化銥復合物的氧氣傳感器；聚合物涂層的長周期光柵作為高靈敏度化學傳感器；用于低溫下檢測氫氣的光纖傳感器；溶劑對復合薄膜形貌和傳感特性的影響；納米鈦對氣體的傳感性質；基于二元金屬的碳水化合物傳感裝置；一種快速檢測牛奶中M1黃曲霉素的便攜式熒光計；利用光學傳感器檢測橄欖油的質量；質量標準體系在計劃、設計和實現厚膜氣體檢測器中的應用；基于單壁碳納米管的光纖傳感器；合成且表征用于二氧化氮檢測的納米材料；鉑金元素作為覆蓋層的P型一氧化鈦薄膜用于對氫氣的檢測；包含銀納米簇的氟化聚亞酰胺納米復合薄膜用于對有機氣體的光學檢測等等。第二部分為物理傳感器，主要介紹了荒蕪環境中的固體定位風速計；一種具有濺射內核的二維平面磁通量閥門；一種用于探測RF電場的光學探針；通過拉曼散射來測量多孔硅結構的應力；對熱傳感器的一種十分有效的計算機模擬模型；對硅化鉻應力傳感器的認識。第三部分為生物傳感器，主要介紹了基于不定型硅基器件檢測DNA分子；抑制酪氨酸酶的有機相酶傳感器；用于人瘤病毒檢測的DNA壓電生物傳感器；用于檢測硬質小麥安全型的用戶友好的電化學手持設備；采用SPR成像技術來研究DNA―DNA生物分子的相互作用。第四部分為微米納米技術，主要介紹了實驗室芯片技術對基因進行分析；利用硅基玻璃芯片對化學物質進行快速光學檢測；采用不同導電納米顆粒來控制復合材料聚合物的傳感性質；采用電化學刻蝕硅片的方法制備嵌入式微通道；采用超聲束沉積方式制備具有氣體傳感的金屬氧化物／有機物雜化材料；聚焦離子束刻蝕用于氣體傳感技術；一種模擬IPMC傳感器的軟件工具；對印跡二氧化鈦納米粒子的合成與表征；機車安全與舒適度測量；懸臂梁的強制型阻尼振動。第五部分為傳感器陣列和多重傳感系統，主要介紹了整合型微重力化學物質檢測裝置；采用雜化電子鼻原位檢測硫質噴氣孔火山口噴發的火山氣體；對主要公路旁的漂浮粒子和氧化氮化合物的檢測；多傳感器布局在敵對環境中的機器人。第六部分為傳感器網絡和對傳感器的數據分析，主要介紹了對于無線傳感器網絡的概覽：對ZGIGBEE網絡架構一瞥；動態場景下塵埃傳感器網絡：在城市環境中普遍應用性能的研究；一種配置了IEEE 802.15.4的移動設備的便攜式軟件工具；一種神經光譜分類的光學傳感器；對城市環境污染檢測無線網絡設備的設計；應用多傳感器微型化系統對橄欖油進行評價。
本書幾乎涵蓋了傳感器方面的所有方向，包括化學、物理、生物以及傳感器構架等等。相信從事任何傳感器研究方向的科研人員都會在本書中找到有參考價值的內容。
[中圖分類號] G642.2 [文獻標識碼] A [文章編號] xxxxx-xxxx-xxxx
一、引言
自從進入二十一世紀以來，國家對先進科學技術的重視程度不斷增強。科技是第一生產力成為中國當前科技行業的重要指引。創新科技與創新教育成為了國內高校關注的重要方向。光電技術作為先進的近代科技發展行業技術，也相應受到了國內高校的特別關注，光電教育隨之蓬勃發展起來，在光電教育中的創新能力培養也不斷深入發展。光纖作為承載了當代信息傳輸交換的主要媒介，在光電教育領域則格外受到青睞。國內光電教育方向幾乎都從不同角度開展了光纖教育。光纖本身的誕生、發展、成熟、提高的歷史進程中，也充滿了令人欽佩的諸多創新節點。比如光纖之父高琨對光纖的預言、多種多樣特性的光纖的研制、光纖內的波分復用、光纖放大器等等無不蘊含著簡單而又引人深思的創新實踐。本文將以《光纖通信》《光纖傳感技術》等光纖技術類本科課程教學為平臺，努力探索分析光纖中的創新活動，實時的與課堂學生共同分享光纖發展史中的創新點；共同探討前人創新的特點與產生源泉；尤其關注引導學生的換位思考方式，努力探索當代光纖發展中的創新實踐；從而在教學過程中形成課堂教學與探討共存，學習與創新思考并進的教學模式，為專業課程教學發展改革提供一定的借鑒作用。
二、認知創新能力培養
在光纖技術類知識體系中，創新發展是光纖技術快速穩定發展壯大的重要源泉。光纖通信以及光纖傳感課程的教學過程中，光纖的發展史就是一部源泉開創、艱難發展、柳暗花明、創新加速的燦爛歷程。早在十七世紀，人們就發現了水柱導光的現象。日?，F象衍生出了導光的彎曲玻璃棒。光學射線理論指引下，導光的玻璃纖維----光纖隨之問世。由此說明，創新源于生活、并青睞于有理論知識準備的人。
相應的，光纖發展過程中幾乎難以克服的困難擺在了世人面前。當時獲取的導光玻璃纖維的損耗非常之巨大，僅僅能近距離的導光傳輸。二十世紀六十年代，高琨先生發表創新性的論文，指出了光纖損耗的根源以及可行的解決思路，只要能夠提純光纖材料，理論表明一定能夠獲得長距離通信可用的光纖。此外，高琨還始終致力于游說世界各國的科技公司開展低損耗光纖的研發工作。直至1970年，康寧公司按照高琨的思想，成功研制出損耗低于20 dB/km的光纖產品。榜樣的力量是無窮的，很快，世界各國多個公司開展了一系列的光纖研發，到1975年，損耗0.16dB/km的常規光纖正式問世。光纖技術的發展也正式進入了快速發展階段。因此，創新留給有扎實理論分析能力的人，創新實踐留給有恒心有毅力的長期推廣應用研究并堅信科學理論的人。高琨先生因此獲得了2009年諾貝爾物理學獎。
光纖的發展歷史中，光纖雛形的誕生以及當代光纖的問世就是典型的創新結果。我們在光纖課程教學過程中，以歷史發展為主要脈絡，引導學生認識、了解當時的研究背景與歷程，認識創新產生的細致過程，并培養學生理解、認識前人的創新成果，為學習創新奠定基礎。
三、分析創新能力培養
光纖課程的課堂講授中，在傳授知識的同時，特別關注一些學習的知識點在當年誕生時的創新。也就是說，在課堂講授中從眾多知識點中仔細梳理出的前人的創新工作，并對這些創新工作的產生緣由進行引導性研討，通過深入的發掘分析，探究前人的創新思想產生的思維方式與知識環境基礎等，為培養學生的創新思維并養成創新思維做好充分的鋪墊。
光纖課程中，講授到了光纖通信系統中，早期常用的光探測器是PN半導體光電二極管。但是，對于PN型光電二極管，從結構分析上，介紹了它的耗盡層尺寸有限，導致接收光信號被結區以外的P或N區吸收。這時，產生的電子-空穴對因結區外的電場力很小而運動緩慢，這些電荷產生的微小電流將導致PN型光電二極管對入射光信號的響應度降低，同時還額外產生了一定的時延，導致PN型光電二極管的上升時間有點長，只能用于微秒量級一下的響應系統。面對這個問題，我們在課堂上提出了一些討論問題：“前人是如何解決的呢？”，“如果是我們面對這個問題，有沒有什么解決方案？”。然后，再陳述前人的解決方案，介紹PIN型光電二極管，通過增加一層本征半導體材料，擴大了耗盡區，使得入射光充分照射在耗盡區內，而且絕緣特性使得絕大部分二極管電壓落在這一層，因而其內部場強非常強。最終，PIN管的檢測效率與響應速度都得到的明顯的改進。這個創新的改進在于接收光結構增大改進以及絕緣材料上的壓降特性應用的成果。一方面是問題出現，牽引人們思考如何解決問題，另一方面，人們充分認識了解決問題的手段并掌握了相關技術基礎理論且進行了靈活運用。
通過課堂上的創新過程介紹分析闡述，引導學生在學習知識的同時，不斷的考慮換位思考解決問題的方法，仔細分析前人的創新思維流的前因后果，進而養成勤學多想的思維習慣，為自身的創新思維養成做好基本的準備。
三、發展探索創新能力培養
我們的課堂不僅僅是傳授知識、分析問題的課堂，也是與青年大學生共同探索新知識、創新技術的平臺。傳授知識的目的就是要學生掌握知識并學會運用知識，更為重要的是，在傳授知識的同時，我們要引導學生探索新世界、發展新世界，培養學生具有濃厚的探索興趣與基本的創新能力。如何培養發展探索創新能力，問題本身就始終是人類不斷探索發展的課題。我們對此在課堂教學中進行了一系列的嘗試性探索，著力引導學生向創新型人才的方向不斷的努力。
光纖技術類課程在近年來受到了全國眾多高校的重視，相應的課程也紛紛建設起來并逐漸走向成熟。光纖通信領域的巨大成就一方面給光纖類課程教學提供了充分的題材，另一方面也仍然存在著很多未知的、誘人的難題等待人們的破解。這為我們的教學實踐過程中努力培養學生的發展探索創新能力提供了充分的土壤。
高速光纖通信所面臨的重要問題就是如何擴容再擴容?，F有光纖的色散問題、非線性問題成為限制光纖通信高速大容量的重要瓶頸之一。就此，我們在課堂上大膽進行了無限制的討論。結合非線性四波混頻問題，同學們指出了色散可以影響四波混頻的成立條件。對于高功率脈沖傳輸，同學們建議是否可以嘗試不同波長復用的脈沖在時間上交叉復用。諸如此類的問題討論，使得課堂氣氛熱烈。這里討論的問題是否能夠有效或充分達到應用需求無需探究，但是，討論的學習效果明顯大大超過了簡單的單向型知識傳授的效果?？梢?，研討教學本身尤其結合著探索創新能力培養的深度目標，將大大有助于大學本科專業知識教育與學術領域引進的教育目標的高效快速達成。
四、創新能力培養教育不能是無本之木
教學與研討組成的創新能力培養的教學平臺是大學教育的追求與近年來各個高校的建設目標。本文提出了創新能力培養的認知創新、分析創新、探索創新的三步走教學實踐路線圖，對創新教學具有一定的借鑒意義。但是，我們必須清醒的認識，創新能力培養不能是口號，更不能是無本之木、無水之源。
創新能力培養本身是創新思維邏輯的養成，但創新能力培養更為重要的基石就是充分的基礎知識。只有學好、掌握好并能夠運用好人類浩瀚知識中的一粟，才能在創新思維火花閃亮的時刻，點燃積累的知識，照亮通向創新成就的大道。
光纖技術教學中，創新能力三步走培養的過程中，我們不斷強調學生做好創新必需的準備，那就是學好光纖技術基礎知識。創新成就、輝煌時刻永遠是留給99%的做好了充分準備的人以及1%的上帝的寵兒。我們是上帝的寵兒嗎？所以我們還是努力做好充分的準備吧。
五、結束語
本文綜合介紹了光纖技術課程的作用與當前大環境下的重要地位，發掘其在教學過程中培養創新思維的作用，提出了認知創新、分析創新并探索發展創新的創新思維能力培養三步走的基本思路，并特別強調了創新必然源于強大的知識背景與靈活的創新思維邏輯。希望本文初步的創新思維能力培養研討為中國大學本科專業課程教學中的創新能力培養提供一定借鑒。
參考文獻
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[4] 白春艷， 謝彥紅， 李金卿. 從大學數學教學改革談學生創新能力培養[J].吉林省教育學院學報（上旬刊）， 2013（06）.
中圖分類號： TU997 文獻標識碼： A
一、現代大型橋梁健康監測技術的概念
大型橋梁結構健康監測實際上是一個多參數(包括溫度、應力、位移、動力特性等)的監測。所謂大型橋梁結構健康監測技術就是指利用一些設置在大型橋梁關鍵部位的測試元件、測試系統、測試儀器，實時、在線地量測大型橋梁結構在運營過程中的各種反應，并通過對這些大型橋梁結構關鍵部位的測試數據的現場采集、數據與指令的遠程傳輸、數據儲存與處理、結構安全狀態的評估與預警等一系列程序，分析大型橋梁結構的安全狀況、評價其承受靜、動態荷載的能力和結構的安全可靠性，為運營及管理決策提供依據.
大型橋梁結構健康監測技術涉及多個學科交叉領域，隨著現代檢測技術、計算機技術、通訊技術、網絡技術、信號分析技術以及人工智能等技術的迅速發展，大型橋梁結構健康監測技術正向實時化、自動化、網絡化的趨勢發展。目前，包含多項檢測內容、能對大型橋梁狀態進行實時監測，并集成了遠程通信與評判控制的健康監測系統，已經成為大型橋梁健康監測技術發展的前沿.
大型橋梁結構健康監測技術主要包括監測系統總體設計技術、傳感器及其優化布設技術、數據自動采集與傳輸技術、結構仿真分析技術、健康診斷與結構安全評估技術等。
二、大型橋梁結構健康監測系統總體設計技技術
大型橋梁結構健康監測系統是集結構監測、系統辨識和結構評估于一體的綜合監測系統。通常采用各種先進的測試儀器設備對大型橋梁在外界各種激勵(包括交通荷載、環境荷載等)下的各種響應進行監測;然后對監測到的各種信息進行處理，結合結構模型等知識對結構進行診斷，分析結構的損傷狀況;最后對大型橋梁結構的健康狀態進行評價，并確定科學的大橋維修、養護策略。其監測內容一般包括
1)大型橋梁結構在正常環境與交通條件下運營的物理與力學性能響應，包括各種荷載下的內力(應力)、變形、固有頻率、模態、混凝土的碳化、鋼筋的銹蝕等。
2)大型橋梁重要非結構構件(如支座)和附屬設施的工作狀態;
3)大橋所處環境條件等。
大型橋梁結構健康監測是運用現代的傳感與通訊技術，實時監測大型橋梁運營階段在各種環境荷載條件下的結構響應與行為，對于具體的一座大型橋梁的監測系統設計，由于其本身的結構特點和監測重點的不同，其相應的監測方法、內容、規模、監測效果也各不相同，但總體上應遵循以下設計準則:
1、系統功能要求
不同的功能目標所要求的監測項目不盡相同。絕大多數大跨度大型橋梁結構監測系統的監測項目都是從結構監控與評估出發的。如果監測系統考慮具有結構設計驗證的功能，那就要獲得較多結構系統識別所需要的信息。一般來說，對于大跨度索支承大型橋梁，需要較多的傳感器布置于橋塔以及加勁梁以及纜索、拉索各部位，以獲得較為詳細的結構動力行為并驗證結構設計時的動力分析模型和響應預測。
另外，在支座、擋塊以及某些聯結部位需安設傳感器獲取反映其傳力、約束狀況等的信息。因此大型橋梁結構健康監測系統的功能應考慮以下幾個主要方面:
1）結構整體行為方面:包括研究結構在車橋共同作用、強風、強地面運動下的非線性特性以及橋址處環境條件變化對結構動力特性、靜力狀態(內力分布、變形)的影響等。
2)結構局部問題:例如邊界、聯接條件，鋼梁焊縫疲勞及其它疲勞問題;結合梁結合面的破壞機制;索支承大型橋梁纜(拉)索和吊桿的振動局部損傷機制。
3)抗震方面:包括各種場地地面運動的空間與時間變化、結構相互作用、多點激勵對結構響應的影響等，通過對墩頂與墩底應變、變形及加速度的監測進行大型橋梁抗震分析等。
4)抗風方面:包括風場特性觀測、結構在自然風場中的行為以及抗風穩定性。
此外，也應重視結構耐久性問題、基礎變形規律、樁基的承載力等問題。
2、效益/成本分析
監測系統的設計首先應該考慮建立該系統的目的和功能，對于特定的大型橋梁，建立結構健康監測系統的目的可以是大型橋梁監控與評估，或是設計驗證，甚至以研究發展為目的。一旦建立系統的目的確定，系統的監測項目就可以基本上確定，也就可以確定其功能的設計要求。但由于監測系統設計過程中各監測項目的規模以及所采用的傳感儀器和通信設備等的確定需要考慮投資的限度，因此在設計監測系統時必須對監測系統方案進行成本/效益分析。根據功能要求和成本/效益分析將監測項目和測點數量設計到所需的范圍內，以便最優化地選擇安裝系統硬件設施。
三、傳感器及其優化布置技術
傳感器的選擇主要考慮以下幾個方面的因素:傳感器類型的選擇以及傳感器的精度、分辨率、頻響及動態范圍;傳感器布設位置以及其周圍動態環境的影響程度、測量噪聲的影響程度等。
大型大型橋梁健康檢測、監測過程中應用的傳感器主要用來測量加速度、速度、位移及應變等參數，由于大型橋梁結構尺寸龐大，同時自振頻率往往非常低，結構的響應水平通常也非常小，因此，要求傳感器必須具有頻響范圍廣、低頻響應好、測量范圍大的特點。傳統的傳感器有壓電式力傳感器、加速度傳感器、阻抗傳感器、應變片等，它們己廣泛應用于各類工程結構的實測中，這里不再贅述.
目前新興的傳感器主要有:疲勞壽命絲、壓電材料傳感器、碳纖維、半導體材料和光纖傳感器等。
光纖傳感器是隨著光纖通訊技術的蓬勃發展而涌現出來的一種先進的傳感器，是用于長期監測的最理想材料。其主要性能特點包括:
1)具有感測和傳輸雙重功能;抗電磁干擾、電絕緣、耐腐蝕，本質安全可靠，耐久性好;靈敏度高;重量輕、體積小、可撓曲，對被測介質影響小;
2)便于復用、成網，有利于與現有光通信技術組成遙測網和光纖傳感網絡;
3)測量范圍廣?？蓽y量溫度、壓強、應變、應力、流量、流速、電流、電壓、液位、液體濃度、成分等。
四、大型橋梁結構健康監測系統總體設計
現代大型橋梁結構健康監測技術不只是傳統的大型橋梁檢測技術的簡單改進，而是運用現代傳感與通信技術，實時監測大型橋梁運營階段在各種環境條件下的結構響應與行為，獲取反映結構狀況和環境因素的各種信息，并由此分析結構的健康狀況、評估結構的可靠性，為大型橋梁的管理與維修決策提供科學依據.
1 監測系統的組建，見圖1：
圖 1典型大型橋梁結構健康監測系統框圖
2 監測系統的設計原則
1)目的與功能的主輔原則
監測系統的設計應該以建立該系統的目的和功能為主導性原則，建立健康監測系統的目的確定后，則系統的監測項目和儀器系統就可基本確定。一般而言，建立大型橋梁健康監測系統的主要目的是掌握結構的運營安全狀況，因此健康監測系統的設計應首先考慮以結構安全性為主的監測原則，是能夠關乎結構安全與否的重點監測內容，而其它目的則為輔的。
2)功能與成本最優原則
健康監測系統的成本通常比較大，其成本一般由三大部分組成:結構仿真分析費用、儀器系統費用及處理軟件費用。結構仿真分析部分費用一般較小，但其意義重大。儀器系統是健康監測系統成本的主要部分，監測項目及傳感器數量越多，監測信息就越全面，從而系統成本就越高;反之則降低系統成本，但同時可能會因為監測信息不足而使監測數據有效性減小。所以為使系統成本更合理，有必要對功能與成本進行優化，使用最小的投資，獲得最大的有效監測信息。信息處理軟件費用，其主要功能是對巨量信息進行解釋、存儲、傳輸及初步評價等，
該部分費用相對也比較小。
3)系統性和可靠性原則
監測分析、仿真計算、工程經驗有機結合，也只有用系統分析原理，使測點之間、監測項目之間能相互結合，從而提高整個系統的監測功效;監測系統最基本的要求是可靠性，而整個系統的可靠性取決于所組成的各種儀器的可靠性、監測網絡的布置及設計的統籌安排和施工上的配合等因素。
4)關鍵部件優先與兼顧全面性原則
關鍵部件是指各種原因導致的可能破壞區、變形敏感區及結構的關鍵部位，這些關鍵部件都必須重點監測。但也應考慮全面性，考慮對結構整體性進行監測，例如基礎的總體安全性監控等。
5)實時與定期監測結合原則
根據監測目的、功能與成本優化確定監測項目后，應該考慮的是實時監測與定期監測分別設置的原則。由于監測項目的不同，有些項目不必長期實時監測，但其監測頻率又遠高于人工監測，這時可考慮采用定期監測，以減少后期維護成本和數據處理壓力。
結束語：
交通運輸是一個國家的經濟命脈，而大型橋梁是交通的咽喉，大型橋梁的建造和維護是一個國家基礎設施建設的重要組成部分，同時也是經濟發展與技術進步的象征。本文簡要分析了大型橋梁的健康系統的設計，希望對同行以幫助。
參考文獻：
[1]孫全勝.智能大型橋梁結構健康監測的研究，東北林業大學博士學位論文.2005.
中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1674-2117（2014）14-00-02
近年來，我國信息技術飛速發展，帶來了信息科技與技術高速發展的時代。信息科技產業發展的重點是光纖通信技術，它是一門飛速發展的技術學科。為了適應信息科技飛速發展和通信行業對人才需求的變化，我國許多高等學府都設立了光電信息通信類的專業。這些專業都以光信息科學技術為核心。光信息科學是一門綜合性很強的學科，它包括光子技術、電子技術、通信技術和信息技術等。
光纖是大量信息傳輸的重要媒介和人們實現信息獲取的重要途徑。因此，在其專業課程的設置中，專業的核心主干課程應為光纖類課程，它既是專業類課程也是學科上的特色課程。我國高等學府對光纖傳輸的物理基礎和光纖技術的應用進行全面的闡述并都設置了光纖類學科的課程。但是，由于光纖類學科課程在教學內容、課程設置上與社會所需人才培養上存在著一些問題，致使此類學科的改革刻不容緩。
1 光纖類學科課程體系的構建
當今社會經濟、政治都發生了深刻的變化以及科技飛速的發展導致光電通信行業對人才的需求越來越多樣化。多樣化的人才需求促使我國的高等教育要實行改革，要向基礎化和綜合化的方向不斷地發展。在人才培養上要加強專業基礎理論的設置、擴寬專業口徑的學習和素質教育。要實現寬口徑、厚基礎、強素質、廣適應的信息人才的培養[1]。
1.1 光纖光學是獲取信息的物理基礎
專業的基礎學科是培養過程中傳授學科的基礎知識，是高等教育的基本工作。在人才培養的過程中高等學府設置基礎課程“光纖光學”，為學生提供寬厚的光導纖維的基礎理論知識，討論傳輸的模式理論、模耦合理論和光纖的傳輸特性。在這門專業基礎課程的教學中，我們要著重強調基本理論的講解?；纠碚撌钦麄€學科的基礎，在講解上要盡量運用實例進行分析，這樣才能讓學生更加透徹地了解基本概念。理論是應用的基礎，只有理論牢固，才能更好地學習以后的光纖技術應用的課程。
1.2 光纖通信和光纖傳感是光纖技術的應用
光纖技術從信息領域的角度考察，主要是設計兩個方面的內容，即信息的傳輸和采集。信息的傳輸是屬于光纖通信技術，而信息的采集則是屬于光纖傳感技術。為了緊跟信息技術的發展，高等學府在教學設計和教學內容的設置上，應隨著光纖信息技術的發展而發生變化。在課程設置上應有正確的定位，要通過光纖的基本原理和光器件原理對通訊網絡進行闡述和講解，使學生能夠掌握光纖通信的基本原理。只有在原理的基礎上方能夠對信息的傳播和采集有深刻的理解。總之在課程的設置上要把握研究光信息科學發展的基本規律與技術專業人才培養的機制，要以科學的方法為基礎，更要把握國內外光纖類學科設置的現狀、問題以及趨勢，調整光纖類課程的結構體系，建立起基礎性強、可操作性強的光纖類學科課程體系[2]。
2 教學課程內容的組織和融合
光纖通訊的人才是具有創新思維和創新能力的高素質、高能力的復合型人才。在光纖系列課程的設置上要針對以上特點并根據光電信息專業人才所需的知識、技術和能力從整體的高度打破傳統的教學模式和課程體系，根據行業所需的人才設置光纖類學科課程，進而將其具體化。此外，還應該解決原來各課程中對單一對象和知識進行整合的問題，避免其內容的重復化，重新建立課程結構體系和內容，將教學的內容有機的結合，使其更加豐富。
2.1 理論教學內容的設置
由于光信息科學的發展有著自身的規律，在光纖通訊的課程的設置上要符合這一規律。在課程設置上要將光纖結構知識模塊化，只有將其具體的模塊化才能更加清晰地進行課程設置，具體分為以下模塊：光纖傳輸理論模塊、光纖特性模塊、光纖器模塊、光纖通信原理模塊、光纖通信技術模塊、光纖傳感原理模塊和光纖傳感應用模塊。見表1。
通過對光纖光學、光纖通訊原理與技術、光纖傳感測試技術等三個課程的教學內容進行重新的組織和編排，使這三個課程相輔相成，形成一體。在對各個課程體系安排的同時要對每個課程的側重點進行明顯的突出，使其做到特點鮮明、協調統一。
2.2 實驗教學內容的設置
現代人才的培養不僅要強調基礎知識、對其創新意識和動手能力都有著一定的要求。實踐教學過程已經成為理工科培養人才的重要環節。光信息學科是一門理論與技術相結合的新型學科，對于教學內容的設置上既要有理論知識，同時也要重視實驗教學項目。在實驗課程的設置上，好的實驗儀器是必不可少的，如應配備光纖熔接機、光時域反射儀、光纖信息及傳感實驗系統等[3]。
（1）光纖基礎操作實驗。光纖基礎實驗是學生要掌握的基本實驗內容。在實操時要在一定程度上能操作整個實驗，這是這個學科實操的重點。基本操作實驗是指：光纖數值孔徑的性質和測量實驗；管線傳輸耗損性質與測量實驗、光源與光纖耦合方法實驗、光纖可調衰減器特性實驗、光纖隔離器特性及參數實驗、半導體激光器和發光二極管特性測試實驗、模擬信號光纖傳輸實驗、數字信號光纖傳輸實驗等基礎的實驗項目。這些實驗都是本學科的基礎，對學生了解光纖的基礎知識有著重要的幫助，應將其內容設置到教學的課程中，要求學生能夠掌握。
（2）特種光纖及模式功率分布傳感原理實驗、光纖分束器參數及MZ干涉儀原理實驗、光纖傳感的壓力測量實驗等。這里技術光纖技術實驗的內容都為必修的實驗內容。
在實驗的操作中學校要給學生提供方便，對儀器的操作教師都應盡量地進行實際的指導，并對實驗室進行全面開放，幫助學生進行仿真模擬實驗。還可以根據學生的特點和興趣點，選擇一些實驗項目或者以組單位自己搭建實驗系統，這樣不僅能夠提高高校儀器是使用率，更重要的是培養學生做實驗的興趣和提升學生實際操作的能力[4]。
綜上所述，光纖通訊是一個綜合性強的學科，對理論和實際操作的能力都有著一定的要求。我們在該學科的設置上要符合光信息科學發展的基本規律，還要結合光信息科學與技術專業人才培養的機制。更要把握我國光纖教學現狀以及問題，根據實際情況，構建適合光纖類課程的結構體系。在整個課程的設置方面要強調基礎、突出應用。要將理論基礎與實踐教學相融合，同時教學改革思路也要遵循該原則對整個課程進行設置。要加強實驗環節，要運用多種教學手段進行創新教育，使學生對原理知識理解的同時，努力提高對應用環節的操作，培養其動手的能力，使其學以致用。同時要有特色的教學內容，讓學生對光纖通訊技術產生興趣，把枯燥的知識變得有趣，使其適應社會的需求。
參考文獻：
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光纖通信就是利用光導纖維傳輸信號,以實現信息傳遞的一種通信方式。光導纖維通信簡稱光纖通信?？梢园压饫w通信看成是以光導纖維為傳輸媒介的“有線”光通信。實際上光纖通信系統使用的不是單根的光纖,而是許多光纖聚集在一起的組成的光纜。隨著信息科學技術的飛速發展,光纖通信技術越來越受到人們的重視,并逐步地開始普及。究竟什么是光纖通信呢？簡單地說,光纖通信就是利用光作為信息載體、以光纖作為傳輸的通信方式。和以往的通信方式不同,光纖的材料是玻璃的,因其是電氣絕緣體,不需要擔心接地回路,所以光纖之間的串繞非常小;光纖通信系統的通信載體是光波,它的頻率要比以往的電波高得多,再加上光纖又比同軸電纜或導波管的損耗低得多,光纖通信的容量要比微波通信大幾十倍,光纖的芯很細,由多芯組成光纜的直徑也很小,因此光纖通信的傳輸系統所占空間較小,很好地解決了地下管道擁擠的問題;另外,光波在光纖中傳輸,還不會因為光信號泄漏而擔心傳輸的信息被人竊聽,可謂好處多多。
1、光纖通信的發展歷程
1966年,美籍華人高錕同霍克哈姆發表了關于傳輸介質新概念的論文,這篇論文具有劃時代的意義,它奠定了利用光纖進行通信的基礎,指明了利用光纖進行通信的可能性。1970年,美國康寧公司成功了研制出了損耗20dB/km的石英光纖。促使光纖通信研究的進一步發展。1976年,NTT公司繼續將光纖損耗度降低,達到了0.47dB/km。1977年,美國首先推出了用多模光纖進行光纖通信實驗。實現了第一代光纖通信系統。1981年,實現了第二代光纖通信系統。1984年,實現了第三代光纖通信系統。80年代后期,實現了第四代光纖通信系統。而后,利用光波分復用提高速率,利用光波來增長傳輸距離的系統,即第五代光纖通信系統。
2、光纖通信技術的特點
2.1 大容量、高速度
光纖通信的第一特點就是容量大,光纖比銅線或電纜有大得多的傳輸帶寬,雖然現在的單波長光纖通信系統由于終端設備的電子瓶頸效應而不能發揮光纖帶寬大的優勢,但是經過一系列的技術處理,單波長光纖通信系統的傳輸容量也在大幅增加,目前,光纖的傳輸速率一般在2.5Gbps 到10Gbps,還有很大的擴展空間。
2.2 損耗低
和以往的任何傳輸方式相比,光纖傳輸的損耗都是最低的,目前,商品石英光纖損耗可低于0～20dB/km,隨著科技的進步,將來采用非石英系統極低損耗光纖,那么,它的損耗可能更低,這就意味著通過光纖通信系統可以跨越更大的無中繼距離,這無疑就減少了中繼站數目,成本也就可以大幅降下來。
2.3 保密性好
大家都知道,電波傳輸時容易出現電磁波的泄漏,保密性差,而光波在光纖中傳輸,光信號被完善地限制在光波導結構中,泄漏的射線則被環繞光纖的不透明包皮所吸收,不會出現泄漏,因而光纖通信不會造成串音,也不會被竊聽,保密性非常好。
2.4 抗電磁干擾能力強
光纖材料由石英制成的,不僅絕緣性好,抗腐蝕,更重要的是抗電磁干擾能力強,它既不受雷電、電離層和太陽黑子的變化和活動的干擾,也不受人為釋放的電磁干擾,可以與高壓輸電線平行架設或與電力導體復合構成復合光纜,也特別適合于軍事應用。
另外,光纖還有很多其他的優點,比如光纖徑細、輕柔、易于鋪設,其原料資源豐富,成本低,其自身溫度穩定性好、壽命長等等,這些特點決定了光纖將在各個領域得到廣泛應用。
3、光纖通信技術的應用
3.1 光纖通信技術的分類
(1)光纖傳感技術。因為光纖傳感器具有耐腐蝕、寬頻帶、防爆性、體積小、耗電少的優點,所以其可分為功能型傳感器和非功能型傳感器;(2)波分復用技術。根據每一信道光波的頻率不同,利用單模光纖低損耗區帶來的巨大寬帶資源,可以將光纖的低損耗窗口劃分成為若干個信道,采用分波器來實現不同光波的耦合與分離;(3)光纖接入技術。光纖接入技術的應用十分廣泛,已經應用到千家萬戶。光纖接入技術不僅僅可以解決窄帶的業務,也可以解決多媒體圖像等業務。
3.2 光纖通信技術的現實應用
現今,我國的光纖通信產業發展十分迅速,尤其是廣播電視網、電信干線傳輸網、電力通信網等發展極其迅速,使得對于光纖光纜的需求量急劇地增加。因為廣電綜合信息網規模的擴大和系統的復雜難度的提升,讓我們在對于全網的管理和維護以及設備故障的判定等問題上存在著很大的難度。為了解決以上存在的問題,采用了ATM+或者是SDH+光纖組成寬帶數字傳輸系統。對于這個傳輸網,我們可以采用環網傳輸系統,也可以采用鏈路系統或者是用它們組成的各種不同形式滿足不同需要的符合網絡。我們可以采用寬帶傳輸系統,可以將通道設置為廣播的方式,這樣的話,可以讓人們在任何地方都可以對同樣的電視節目進行下載,也可以讓工作人員對下載的權限進行統一設置,更有利于管理。在全國各地目前已經具有基本規模的有線電視網絡的基礎上,寬帶多媒體傳輸網絡是比較容易實現的。我們可以通過數據通道或者是電信網中的語音通道來形成上行信號,也可以通過語音接入系統來完成上行信號的傳送。
4、光纖通信技術發展趨勢
4.1 向超高速、超大容量發展
目前10Gbps系統已開始大批量裝備網絡,在理論上,基于時分復用的高速系統的速率還有望進一步提高,例如在實驗室傳輸速率已能達到4OGbps,然而,采用電的時分復用來提高傳輸容量的作法已經接近硅和鎵砷技術的極限,電的40Gbps系統在性能價格比及在實用中是否能成功也還是個未知因素,可以說采用電的時分復用系統的擴容潛力已盡,然而光纖的200nm可用帶寬資源僅僅利用了不到1％,99％的資源尚待發掘。于是人們將目光轉向波分復用,采用波分復用系統可以將光纖容量迅速擴大幾倍乃至上百倍,可以大大降低成本,可以方便快捷的引入寬帶新業務,有望實現光聯網,基于此,近幾年波分復用系統發展十分迅速,預計不久實用化系統的容量即可達到1Tbps的水平。
4.2 實現光聯網的全面發展
盡管波分復用系統技術有諸多好處,但依舊是以點到點通信為基礎的系統,其靈活性和可靠性還不夠理想,如果在光路上也能實現類似SDH 在電路上的分插功能和交叉連接功能的話,無疑將增加新一層的威力。根據這一基本思路,光的分插復用器（OADM）和光的交叉連接設備（OXC）均已在實驗室研制成功,并已投入商用。實現光聯網的基本目的是:(1)實現超大容量光網絡;(2)實現網絡擴展性,允許網絡的節點數和業務量的不斷增長;(3)實現網絡可重構性,達到靈活重組網絡的目的;(4)實現網絡的透明性,允許互連任何系統和不同制式的信號;(5)實現快速網絡恢復,恢復時間可達100ms。光聯網的全面發展將對21世紀的中國產生重要的影響。
4.3 新一代的光纖
近幾年來隨著IP 業務量的爆炸式增長,傳統的單模光纖已暴露出力不從心的態勢,目前已出現了兩種不同的新型光纖,即非零色散光纖（G.655光纖）和無水吸收峰光纖（全波光纖）。
4.3.1 新一代的非零色散光纖
非零色散光纖（G.655光纖）的基本設計思想是在1550 窗口工作波長區具有合理的較低色散,足以支持10Gbps的長距離傳輸而無需色散補償,從而節省了色散補償器及其附加光放大器的成本;同時,其色散值又保持非零特性,具有一起碼的最小數值（如2ps/（nm.km）以上）,足以壓制四波混合和交叉相位調非線性影響,適宜開通具有足夠多波長的DWDM系統,同時滿足TDM和DWDM兩種發展方向的需要。
4.3.2 全波光纖
與長途網相比,城域網面臨更加復雜多變的業務環境,要直接支持大用戶,因而需要頻繁的業務量疏導和帶寬管理能力,顯然開發具有盡可能寬的可用波段的光纖成為關鍵。全波光纖就是在這種形勢下誕生的,全波沒有了水峰,光纖可以開放第5 個低損窗口,從而使可復用的波長數大大增加,使元器件特別是無源器件的成本大幅度下降,從而降低了整個系統的成本;另外上述波長范圍內,光纖的色散僅為1550nm 波長區的一半,因而,容易實現高比特率長距離傳輸。
5、結語
在新世紀的信息技術發展中,光纖通信技術將成為重要的支撐平臺,光纖通信也將成為未來通信發展的主流,光纖通信有著巨大的潛力等待人們的開發。
參考文獻
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2.邊坡工程風險分析理論與應用研究
3.邊坡工程分布式光纖監測技術研究
4.基于巖體質量指標BQ的巖質邊坡工程巖體分級方法
5.邊坡工程災害防治技術研究
6.復雜巖質高邊坡工程安全監測三維可視化分析
7.錦屏一級水電站左岸高邊坡工程整體穩定性的模型試驗研究
8.邊坡工程中監測數據場三維云圖實時動態可視化方法
9.突變理論在邊坡工程應用的研究進展
10.邊坡工程監測技術分析
11.地震作用下邊坡工程動力響應與永久位移分析
12.基于強度折減法和容重增加法的邊坡穩定分析及工程研究
13.深埋混凝土抗剪結構加固設計方法及其在大型邊坡工程治理中的應用
14.光纖光柵測試技術在邊坡工程中的應用
15.三維不連續變形分析理論及其在巖質邊坡工程中的應用
16.工程邊坡綠色防護機制研究
17.邊坡工程可靠性的支持向量機估計
18.對邊坡工程安全系數的思考
19.邊坡工程風險評估與風險因子比率分析
20.邊坡工程可靠性分析的最大熵方法
21.西南水電高陡巖石邊坡工程關鍵技術研究
22.邊坡工程失穩災害預警系統的研究
23.邊坡工程建設安全評估方法研究
24.邊坡工程耐久性研究分析
25.邊坡工程輔助決策系統及其在萬梁高速公路中的應用研究
26.公路邊坡工程地質災害危險性評估方法研究
27.邊坡工程穩定性分析及處治技術研究
28.中國典型重大邊坡工程穩定性與安全評價現狀研究
29.邊坡工程風險指標體系的建立與應用
30.邊坡工程研究中的新理論和新方法評述
31.邊坡工程地質信息的三維可視化及其在三峽船閘邊坡工程中的應用
32.GIS和數值模擬技術在邊坡工程中的應用評述
33.巖體邊坡工程中的位移監測及分析
34.公路邊坡工程監測技術評價與分析
35.可用于邊坡工程的三種反演方法
36.泥化夾層對邊坡工程穩定性影響及控制方法研究
37.風險評估方法在邊坡工程中的應用
38.預應力錨索格構在邊坡工程中的設計研究
39.錨桿加固機理研究及其在邊坡工程中的應用
40.分布式光纖傳感技術在邊坡工程監測中的應用研究
41.高等級公路中的邊坡工程問題
42.復雜邊坡工程穩定性監測及信息施工
43.區間分析理論及其在邊坡工程中的應用
44.邊坡工程中的PSA-ANFIS反演設計方法
45.邊坡工程監測資料的穩定性判斷和利用
46.巖石邊坡工程塊體系統穩定性預測、監測與控制
47.植被混凝土在水利邊坡工程中的研究進展和應用現狀
48.強降雨下元磨公路典型工程邊坡穩定性研究
49.既有軟質巖邊坡工程檢測鑒定技術研究
50.邊坡工程變形監測系統的研究
51.邊坡工程常用穩定性分析方法
52.第七屆全國巖土工程實錄交流會特邀報告——基坑與邊坡工程綜述
53.人工智能在礦山巖體邊坡工程中應用
54.邊坡工程穩定性耦合分析理論與方法研究
55.邊坡工程的爆破效應分析
56.福州武警學院新校區邊坡工程設計研究
57.邊坡工程計算機輔助設計
58.露天礦邊坡工程系統演化過程
59.電磁波層析成像技術在復雜地質邊坡工程勘察中的應用研究
60.水電建設中的高邊坡工程
61.高速公路邊坡工程工后穩定性評估
62.抗滑樁在邊坡工程中的研究進展及應用
63.改進粒子群優化算法在邊坡工程力學參數反演中的應用
64.基于光纖傳感的邊坡工程監測技術
65.三維環境下邊坡工程地質編錄關鍵技術研究及系統開發
66.邊坡工程中抗滑樁的效果評價與優化設計
67.邊坡柔性防護技術在巖質邊坡工程中的應用研究
68.露采邊坡工程特點與有關問題的探討
69.邊坡工程監測信息可視化分析系統研發及應用
70.港渝兩地邊坡工程中土釘技術的對比研究
71.邊坡工程集成式智能決策支持系統研究
72.豎向加筋技術在邊坡工程中的應用研究
73.邊坡工程模糊隨機可靠度分析
74.基于逆可靠度的邊坡工程反演分析
75.基于異步粒子群優化算法的邊坡工程巖體力學參數反演
76.論環境邊坡工程的設計與防治措施
77.福建山區高速公路邊坡工程與錨固技術
78.大連某檔案中心基坑邊坡工程支護型式研究
79.極端冰雪災害對邊坡工程穩定性影響分析研究
80.有限元強度折減法在元磨高速公路高邊坡工程中的應用
81.邊坡工程模糊可靠度研究
82.邊坡工程中的巖石力學參數研究方法探討
83.云南紅層分布及其邊坡工程病害分析
84.廣義塑性理論上限法及其在邊坡工程中的應用
85.錨桿抗滑樁加固邊坡工程動力穩定性分析
86.邊坡工程中破裂角和巖體等效內摩擦角取值及應用若干問題探討
87.邊坡工程評價與設計計算機輔助系統
88.邊坡工程反饋設計研究的人工神經網絡方法
89.露天煤礦邊坡工程的發展趨勢
90.露天礦邊坡工程技術的發展與展望
91.區間分析在邊坡工程中的應用
92.邊坡工程處治技術分析研究及工程應用
93.綠春縣登天門景區邊坡工程治理方案研究 優先出版
94.花崗巖類土質邊坡工程特性及加固方法研究
95.邊坡工程失穩災害預警的研究
96.基于能量方法的巖體破壞機理及其在邊坡工程中的應用
97.邊坡工程加固需求度評價及其應用
中圖分類號：TU37 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）12（c）-0007-05
Abstract：Steel corrosion is the major form of failure of durability of concrete structures. The durability monitoring for concrete structure and its repair research are two urgent and necessary tasks， and the former provides the basis for the latter. For concrete durability monitoring， with the development of corrosion processes， environmental factors in the concrete （saturation， temperature， and so on） and the corrosion rate changing will have an effect on steel corrosion polarization dynamics. Most corrosion sensors were designed to monitor corrosion state in concrete， such as Anode-Ladder-System and Corrowatch System， which are widely used to monitor chloride ingress in marine concrete. However， the monitoring principle of these corrosion sensors is based on the macro-cell test method， so erroneous information may be obtained， especially from concrete under drying or saturated conditions due to concrete resistance taking control in macro-cell corrosion. This paper reviewed some widely used foreign durability monitoring sensors for the reinforced concrete，and discussed the negative and positive aspects of them.
Key Words：Concrete； Chloride； Sensors； Steel corrosion
筋混凝土作為一種經濟實用的橋梁建筑材料在沿海橋梁工程中廣泛應用，其中氯離子侵入、鋼筋銹蝕、重載等問題已成為影響結構安全、耐久、高效運營的主要因素[1]?；A設施遭遇環境破壞的情況在世界許多地區是嚴重的、大量存在的問題，并且已經逐漸成為一個經濟問題。其中，鋼筋銹蝕是影響鋼筋混凝土基礎設施耐久性的主導、關鍵因素[2-3]。以美國為例，二十世紀五六十年代前是其基礎設施大規模興建時期，而二十世紀七八十年代后，美國步入了大規?；A設施修復時期。美國1991年的調查統計表明，每年基礎設施的修復費用，已經占據基礎設施固定資產的10%，美國鋼筋混凝土銹蝕的修復費每年高達2 500億美元，其中1 550億美元花在橋梁上。在我國，混凝土耐久性問題也同樣十分嚴重，20世紀90年前我國修建的海港工程，一般使用10～20年就會出現嚴重的鋼筋銹蝕，80%以上的港口基本都發生了嚴重的鋼筋銹蝕破壞，結構使用壽命基本達不到設計要求[4]。
美國學者用“五倍定律”形象地說明混凝土結構耐久性的嚴重性，特別是設計對耐久性問題的重要性[4]。設計時，對新建項目在鋼筋防護方面，每節省1美元，則發現鋼筋銹蝕時采取措施多追加5美元，混凝土開裂時多追加維護費用25美元，嚴重破壞時多追加維護費用125美元。
在海洋環境混凝土結構耐久性研究領域，雖然國內外都已經在腐蝕機理、修補、防護和耐久性設計等方面取得了大量的成果，但由于該問題的復雜性，目前在結構設計標準中還只能通過對混凝土配比、保護層厚度以及其它一些構造措施來間接反映結構對使用壽命的要求。對于重要的基礎設施工程，欲達到100年或以上的使用年限，國際上尚缺乏普遍認可的基于可靠度的設計理論，發達國家目前的做法是對基于持續動態獲得的結構原體耐久性關鍵參數進行“耐久性再設計”，其實施前提就是動態獲得結構原體耐久性關鍵參數的信息反饋。因為再好的設計和措施都不能期望能夠預見在長達百年服役期內的所有環境負荷及其耦合作用。
因此，對于沿海橋梁工程，有必要建立一套完善的結構耐久性監測系統，可以獲得混凝土結構耐久性下降、強度退化的關鍵數據，進行耐久性再設計，提前做好防腐措施。對于難以到達的結構，如水下基礎、跨海橋梁基礎、海底隧道等，腐蝕監測更是其他檢測手段無法替代的。目前國內在橋梁的變形等監測方便已經有了很多成熟的傳感器和檢測手段，但是對于耐久性傳感器的開發和耐久性監測的研究尚屬空白。為了提高我國的工程質量，建設百年工程，發展耐久性監測系統是非常有意義也非常必要的。
1 沿海環境混凝土腐蝕監測原理
混凝土是一種高堿性環境（pH值約在13左右），鋼筋在這種環境下表面形成鈍態膜，因此其腐蝕速率非常低。但是當鋼筋混凝土被Clˉ污染時，如海洋環境或者橋梁結構冬季灑除冰鹽后，Clˉ通過混凝土表面的空隙逐漸擴散至鋼筋表面，Clˉ可以破壞鋼筋的表面鈍性，鋼筋由鈍態轉為活性態，當鋼筋脫鈍后，如果還存在侵蝕條件，則鋼筋陽極處就失去電子生銹，鋼筋進入腐蝕階段。鋼筋的腐蝕產物多為Fe3O4等氧化物，其體積遠遠大于產生這些產物的鋼的體積，因此產生了內應力，使混凝土開裂?；炷聊途眯韵陆?，性能退化可分為幾個階段，見圖1。
國內目前主要依靠實驗室快速試驗獲取的參數以及現場同條件構件破損程度檢測間接預測結構使用壽命，但由于存在各種不確定因素，預測精度難以保證，而且存在無法動態反饋的缺點。但如果在混凝土結構內部埋入能監測整個氯離子侵蝕過程的傳感器，動態地、長期地獲得混凝土腐蝕進展情況及一些關鍵參數的信息反饋，那么就可以做到精確預測。一旦壽命預測結果小于設計年限，就可以對結構進行耐久性再設計，及時啟動腐蝕防護預案，并繼續對前鋒面進行監測，以確認腐蝕保護措施的效果。
2 國外研究現狀
20世紀80年代末，歐洲開始研發腐蝕監測系統，其中有德國S+R SensorTech公司的梯形陽極混凝土結構預埋式腐蝕監測傳感系統（Anode-Ladder-System，見圖2）和丹麥的FORCE Technology公司的環形多探頭陽極混凝土結構腐蝕監測系統（Nagel-System，見圖3），這兩個系統在歐洲及非洲很多大型混凝土結構工程中得到了應用。兩者的共同原理都是把傳感器安裝在結構內部，根據不同高度陽極的脫鈍腐蝕情況來提前預警鋼筋的腐蝕時間。
對于以上兩種傳感器，不同高度陽極的脫鈍判據基于電化學宏電池腐蝕原理[5-6]。然而，大量研究表明，當混凝土內部相對濕度處于一般或較低水平時，由于混凝土電阻率較大，電化學微電池腐蝕占據主導地位；只有當混凝土內部相對濕度很大（大于90%）時，宏電池腐蝕才成為主控因素[7-8]，但過大的內部濕度會導致陽極表面電子聚集引起自腐蝕電位顯著負移，即使陽極處于鈍化態，測試得到的宏電流仍會顯著增加，表現出已經脫鈍的假象[9-10]。因此，宏電流測試技術只適用于一般濕度條件，且要求陰陽極間距很小，否則由于混凝土電阻的影響會造成測試得到的宏電流數值較小，不容易判斷鋼筋腐蝕的情況；特別是對于水下區混凝土的腐蝕監測，以上兩種傳感器并不適用。
基于德國梯形陽極檢測原理，近些年加拿大的ROCKTEST公司開發了SENSCORE腐蝕監測系統（見圖4），不過這套系統剛剛問世不久，尚未真正大規模應用于工程。
區別于以上3種基于宏電池測試技術的傳感器，美國Virginia Technologies研發的ECI腐蝕監測系統則有了實質性的改進。該傳感器可實現5個主要參數的測試，分別為線性極化電阻、開路電位、混凝土電阻、氯離子濃度、溫度?；谖㈦姵販y試技術，采用氧化錳固體參比電極，通過測試碳鋼工作電極的開路電位和線性極化電阻來判定鋼筋的腐蝕狀態；借助于銀/氯化銀參比電極，可實現氯離子濃度的監測；混凝土電阻率采用了更為合理的四電極測試技術，較陽極梯傳感器的兩電極法可信度更高[11-13]。該傳感器的不足之處在于：（1）采用碳工作電極的開路電位和線性極化電阻來判定鋼筋的腐蝕狀態，仍無法避免混凝土在高濕缺氧狀態下的自腐蝕電位負移，致使線性極化電阻失真，形成誤判。因此，此傳感器也不適用于水下混凝土結構的監測。（2）氯離子濃度的監測通過銀/氯化銀參比電極相對于氧化錳固體參比電極的電壓來間接顯示，不同混凝土材料其電壓與氯離子濃度間的標定曲線不盡相同，海水中的其他鹵素離子會影響銀/氯化銀參比電極工作性能；銀/氯化銀參比電極在混凝土中的耐久性與工作性能有待考驗。（3）此傳感器只能監測混凝土中某一深度處的腐蝕狀態，因此，通常使傳感器的碳鋼工作電極頂面與主筋表面齊平。若要對整個腐蝕進程進行監測，則需在不同深度處放置傳感器，如此便會大大增加監測成本。
3 國內研究現狀
國內也有大量研究人員和機構進行混凝土耐久性傳感器的研制和開發。近年來誕生的多項關于混凝土中鋼筋腐蝕監測的發明專利在一定程度上反映了國內同行在這方面的不懈追求，也反映了這個研究領域活躍的現狀。趙永韜[14]的發明涉及一種測試和分析材料耐腐蝕性能和鋼筋腐蝕速度的儀器，可測量腐蝕體系的極化電阻、塔菲爾斜率等參數；宋曉冰等[15]公開的發明涉及一種鋼筋混凝土構件中的鋼筋腐蝕長期監測傳感器，可用于直接對腐蝕發生的載體（鋼筋）進行實時測量，確定腐蝕介質入侵鋒面距離鋼筋的距離；吳瑾等人[16]公開了一種基于光纖光柵的鋼筋腐蝕監測方法，由光柵波長移動量及速率推斷鋼筋腐蝕程度與速率的關系；梁大開等人[17]的發明涉及長周期光纖光柵的鋼筋腐蝕監測方法及其傳感器，通過判斷光柵是否發生了彎曲來推斷鋼筋腐蝕的程度與速率。中國國家金屬腐蝕與防護國家重點實驗室對金屬銹蝕的在線無損腐蝕電化學監測技術進行了系統研究[18]，并開發了相應的電化學傳感器等探測儀樣機。吳文操[19]采用無線監測技術，研究改進了基于射頻技術的鋼筋腐蝕無線傳感器，并進行了電路分析和傳感器實驗研究。
現階段，對于氯離子濃度的監測主要基于銀/氯化銀參比電極來實現。但在實際應用中參比電極的穩定性與耐久性能仍有待驗證。大量研究表明，混凝土中影響鋼筋腐蝕電流密度的主要因素為溫度、鋼筋附近混凝土電阻、時間及鋼筋附近氯離子濃度，Liu.T通過試驗回歸分析建立了如下計算模型。該項目擬通過大量試驗數據建立氯離子濃度與腐蝕電流密度、溫度、鋼筋附近混凝土電阻、時間之間的映射關系，以期提出一種新的氯離子濃度監測技術。
式中：i為腐蝕電流密度，μA/cm2；Cl為氯離子濃度，kg/m3；T為環境溫度，K；Rc為混凝土電阻，Ω；t為時間，a。
4 結語
該文對目前國內外在混凝土耐久性監測技術方面的研究現狀進行了詳細的闡述。該文旨在分析國內外在耐久性監測技術方面的討論，指出各種傳感技術的優缺點，為研究人員在耐久性監測傳感器的研發方面提供新的思路。特別是對使用最為廣泛的Anode-Ladder-System and Corrowatch System這兩種傳感器進行了深入分析，由于這兩種傳感器的檢測原理是鋼筋銹蝕半電池電位測試原理，因此該傳感器受混凝土內部濕度影響較大。對于美國的ECI傳感器，該文也進行了優缺點分析，特別是該傳感器只能監測一個深度的耐久性劣化闡述，若要監測不同深度的耐久性劣化進程，則需布置多個傳感器，如此將顯著增加監測成本。最后，該文提出一個監測氯離子氯離子的間接方法，即通過監測混凝土內部溫度、電阻率、鋼筋電流密度等參數反算氯離子濃度。
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