時間：2023-03-16 15:47:53
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關鍵詞：隧道工程；光纖；監(jiān)控量測；隧道施工；隧道火災；健康監(jiān)測
傳統(tǒng)的傳感器是以應變－電壓為基礎，以電信號來反映結(jié)構(gòu)應變的變化，并借助導線傳輸。因此，傳統(tǒng)傳感器易受到電磁場和使用環(huán)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(xiàn)長期監(jiān)測和實時監(jiān)測。這些傳統(tǒng)傳感器的局限性嚴重地制約了其應用，無法滿足現(xiàn)代隧道建設中監(jiān)控量測的需求，而以光纖傳感技術(shù)為基礎的光纖傳感器不但可以替代傳統(tǒng)傳感器的作用，還可以很好的彌補傳統(tǒng)傳感器的上述缺陷。
1光纖傳感器在隧道施工過程中監(jiān)控量測
光纖傳感器以其材質(zhì)和工作原理上的優(yōu)越性，具有受環(huán)境干擾小，傳輸損耗低，連接方式豐富(可將多個傳感器并聯(lián)輸出)，導線價格低等優(yōu)點，可以大大提高隧道監(jiān)控量測的準確度和工作效率并可以降低工作風險和監(jiān)測成本。隧道的監(jiān)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(zhì)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(jiān)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(jiān)測，所以，隧道監(jiān)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(nèi)力量測、圍巖體內(nèi)位移量測、支護及襯砌內(nèi)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(nèi)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(jiān)控量測，還可以一直將監(jiān)測工作隨著隧道從建設到運營進行長期全壽命實時監(jiān)測，這一點具有傳統(tǒng)傳感器無法比擬的優(yōu)勢。
2光纖傳感器在隧道火災報警系統(tǒng)中的應用
光纖的光柵柵距和折射率會因其周圍環(huán)境的溫度變化而發(fā)生變化，這種變化會對應地引發(fā)光纖光柵的反射譜以及透射譜的變化。通過解調(diào)儀將光纖光柵的反射譜或透射譜發(fā)生的變化檢測并讀取顯示出來，則得到了光纖光柵周圍環(huán)境溫度的變化數(shù)據(jù)，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(nèi)的溫度進行實時監(jiān)測和火災報警。
(1)隧道內(nèi)火災發(fā)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(fā)，而車輛油箱內(nèi)的燃油和車輛所載易燃貨物則為火災的發(fā)生提供了物質(zhì)條件。隧道內(nèi)部發(fā)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(nèi)部溫度隨之而迅速升高。
(2)光纖傳感器的系統(tǒng)組成。光纖光柵感溫火災報警系統(tǒng)主要是針對所監(jiān)測隧道內(nèi)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(diào)系統(tǒng)、報警裝置、傳輸光纜和計算機組成。
(3)光纖傳感器在隧道內(nèi)的布設和安裝。光纖傳感器在隧道內(nèi)部的布設間距應根據(jù)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(nèi)交通的情況下有效監(jiān)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?shù)皆O備處理器，所以其布設方法和連接方式應按照隧道內(nèi)車道數(shù)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(nèi)斷面中央進行單排縱向布設;而當隧道行車道數(shù)量多于2時，光纖傳感器在隧道內(nèi)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(jiān)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(jié)構(gòu)劣化，其表現(xiàn)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(fā)現(xiàn)和處治還會誘發(fā)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(jiān)測就顯得尤為重要。隧道二次襯砌病害的傳統(tǒng)檢測技術(shù)主要通過地質(zhì)雷達、地震波法、CT等實現(xiàn)，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(nèi)襯砌和圍巖情況的變化進行實時監(jiān)測和報警，同時傳統(tǒng)監(jiān)測由于需要組織大量人員設備進入隧道進行監(jiān)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(shù)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(jié)構(gòu)的健康情況進行長期、實時的監(jiān)測。該技術(shù)可自動進行，不會對交通造成干擾，并且其實時輸出的數(shù)據(jù)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(jiān)測網(wǎng)的布設需要對隧道的圍巖等級、圍巖應力水平及經(jīng)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(jù)圍巖等級來確定其布設的環(huán)向間距，即傳感器的環(huán)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(jiān)測網(wǎng)后，根據(jù)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(diào)儀上進行監(jiān)測。
4結(jié)論
光纖應變傳感器以其相較于傳統(tǒng)傳感器的諸多優(yōu)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(jiān)測隧道結(jié)構(gòu)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(wǎng)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(jiān)測方面，光纖傳感器可以實時監(jiān)測隧道襯砌結(jié)構(gòu)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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【關鍵詞】 FBG；高應變；樁基檢測；預制樁
【中圖分類號】TU196+.1 【文獻標識碼】 B
Study on high strain detection of precast pile using FBG sensing technology
Qiu Zhenhong
(Shanghai jiangnan architectural design institute co,. ltd ShangHai 201800)
【Abstract】 FBG which has the advantage of high precision, strong ability of anti-electromagnetic, strong adaptive capacity to environment, long service life, etc has become a new advanced detection way in the field of pile foundation and bridge. This paper introduces the measure principle of FBG sensing technology and the implantation process of fiber grating into precast pile. Combined with the specific project, the traditional high strain data and FBG strain data is compared. The results showed that FBG data is suitable for high strain detection.
【Keywords】 FBG; high strain; detection of pile foundation; precast pile
0 引言
樁基檢測中高應變檢測是一項重要檢測內(nèi)容，通過分析應力應變隨樁身變化情況分析樁身完整性和樁的承載性狀[1-2]。由于采用高應變進行承載力檢測具有工期短、成本低、效率高等特點，促進了高應變檢測法的推廣，但是高應變檢測的精度很大程度上與測試傳感器有關。傳統(tǒng)的電阻式、鋼弦式、電感式傳感器普遍存在靈敏度差、精度低、抗電磁干擾能力弱，受水腐蝕失真或失效等缺點，難以適應現(xiàn)代工程精確檢測的要求。而近年來興起的光纖光柵傳感器則具有精度高、抗電磁干擾、防水防潮、抗腐蝕和耐久性長等特點[3-6]，其體積小、重量輕，便于鋪設安裝，且不存與監(jiān)測對象不匹配的問題，對監(jiān)測對象的材料性能和力學參數(shù)等影響較小。另外，光纖光柵傳感技術(shù)采用光纖進行信號傳輸，傳輸損耗小，容易實現(xiàn)遠距離信號傳輸，正好彌補了傳統(tǒng)檢測技術(shù)的不足。本文結(jié)合具體的工程實例，將FBG傳感器植入檢測的預制樁中，同時采集傳統(tǒng)
的高應變檢測應變數(shù)據(jù)和FBG應變數(shù)據(jù)，并進行對比研究。結(jié)果表明：FBG測量數(shù)據(jù)可靠，具有較好的適用性。
1 FBG傳感技術(shù)測量原理
光纖布拉格光柵（Fiber Bragg Grating,簡稱FBG）是利用光纖材料的光敏性在纖芯內(nèi)形成空間相位,光柵其作用的實質(zhì)是在纖芯內(nèi)形成一個窄帶的濾波器或反射鏡，使得光在其中的傳播行為得以改變和控制[7]。
圖1 光纖光柵傳感器的構(gòu)造
如圖1所示，F(xiàn)BG傳感器分布在光纖纖芯的一小段范圍內(nèi)，它的折射率沿光纖軸線發(fā)生周期性變
作者簡介：邱正紅，1982年出生，男，漢族，重慶潼南縣人，工學學士，助理工程師，主要從事巖土工程勘察和基坑設計工作。E-mail：[email protected]
化，圖中纖芯的明暗變化代表了折射率的周期變化。光纖布拉格光柵是光纖纖芯折射率沿光纖軸向呈周期性變化的一種光柵。目前已有的基于光纖布拉格光柵的各種傳感器的工作原理都可以歸結(jié)為對布拉格光柵中心波長的測量[8-9]，即通過對由外界擾動引起的布拉格光柵中心波長漂移量的測量，得到被測參數(shù)；布拉格光柵中心波長與光纖纖芯有效折射率以及光纖光柵長度周期Λ相關[10]即：
(1)
其中：為布喇格光柵的中心波長；為光纖纖芯的有效折射率；為布喇格傳感器光柵的柵距。
圖2FBG傳感器工作原理圖
顯然，寬帶光源的輸入光譜在通過FBG傳感器1后，形成了波谷峰值為的凹陷，而反射光譜則具有波峰。當光柵所在處的光纖產(chǎn)生軸向應變時，柵距變?yōu)椋?/p>
(2)
此時布喇格波長產(chǎn)生相應的變化，它滿足：
(3)
其中：為有效光彈系數(shù),它的值約為0.22。
另外，溫度變化會引起光纖折射率的變化，同時也會引起柵距的變化，當溫度變化為時，將引起布拉格波長產(chǎn)生移動，可以表示為：
(4)
其中：為光纖的熱膨脹系數(shù)，；為光纖的熱光系數(shù)，。
由(3)、(4)兩式得到同時考慮應變與溫度變化時，所引起的波長移動：
(5)
由此可知，只要測出布喇格波長的變化，就可以得到外界的應變或溫度擾動。
2 預制樁FBG植入工藝
預制樁一般是在工廠制作而成的，特別是預應力預制樁是在預制廠經(jīng)過先張預應力，離心成型及高壓蒸養(yǎng)等工藝生產(chǎn)而成的高強預制混凝土構(gòu)件[11]，無法將光纖光柵澆注到其中。在打樁的過程中，由于預制樁管壁與土體的摩擦力很大，將光纖光柵貼在預制樁表面時，很容易造成打樁時光纖光柵被刮斷[12]。本文采用在預制樁表面刻槽后放入光纖光柵再用高強度膠進行密封，這樣既成能保證光纖光柵的成活率，又能保證光纖光柵與預裝樁身變形的一致性。預制樁的FBG植入工藝主要包括以下四個工序。
（1）光纖熔接
在FBG傳感技術(shù)測量中，光纖只是進行光信號的傳輸，真正起到測量作用的是光柵的那部分。所以要根據(jù)樁長截取相應長度的傳輸光纖與FBG傳感器進行熔接。
（2）刻槽布纖
用開槽機在預制樁身表面沿著布纖路線刻槽，槽寬和槽深以能放入光纖為準(太深容易破壞樁身強度)，光纖放入槽內(nèi)用502膠水進行定點固定，刻槽布纖如圖3所示。
圖3 刻槽布纖
（3）光纖保護
用高強膠（環(huán)氧樹脂）填充槽內(nèi)進行光柵粘貼和光纖線路保護，在樁端出露的光纖用套管進行保護，將多余的光纖盤繞在樁頭并用緩沖材料進行包裹保護，光纖保護如圖4所示。
圖4 線路保護
（4）打樁對接
將布好光纖的樁按順序進行打入，在樁對接時進行上下兩樁光纖的對接，并將多余光纖盤繞在接頭地方進行強化處理，打樁對接如圖5所示。
圖5 打樁對接
3 工程實例
3.1 工程背景
嘉定區(qū)城北大型經(jīng)濟適用房（南塊）位于上海市嘉定區(qū)，住宅樓和配套商業(yè)擬采用樁基礎，地下車庫、地下P型站和地下水泵房擬采用抗拔樁。工程主要負責樁基設計參數(shù)可行性研究工作。根據(jù)設計需要，結(jié)合勘察資料，進行現(xiàn)場原位測試，包括：模型樁單樁豎向抗壓、單樁豎向抗拔靜載，錘擊樁高應變跟蹤監(jiān)測及樁身應力分析，獲得各層土設計參數(shù)。
3.2 測試方法
本文主要研究該工程中管樁（管樁樁長13.0m，內(nèi)徑0.22m，外徑0.4m）的高應變檢測。通過光纖光柵測得應變數(shù)據(jù)分別與高應變測樁儀導出數(shù)據(jù)進行對比。樁身應力測量采用光纖光柵應變傳感器。光纖光柵應變傳感器布設：在樁頂以下1m處（-1m)布設一個；在土層交界處6.5m處（-6.5m)布設1個，在樁底以上50cm處（-12.5m)布設1個，F(xiàn)BG傳感器布設如圖6所示。
圖6 FBG傳感器布設圖
高應變初打跟蹤監(jiān)測試驗按照《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》（JGJ 106-2003）進行，測試方法見圖7。
圖7 高應變測試圖
3.3 檢測數(shù)據(jù)分析
本文選取了一根測試樁，對樁的錘擊高應變數(shù)據(jù)進行分析。通過預埋在樁身上的光纖光柵測得應變數(shù)據(jù)分別與高應變測樁儀輸出數(shù)據(jù)進行對比研究，F(xiàn)BG傳感器測試出的數(shù)據(jù)曲線如圖8所示。曲線中第一個峰值的出現(xiàn)表示在擊打過程中樁身產(chǎn)生的最大應變，其余峰值是由于擊打過程中余震產(chǎn)生。圖形顯示在-1m處峰值最高，其次-6.5m處，-12.5m處峰值最小。這表明：在被擊打過程中，離測試樁由樁頂至樁底，樁身應變逐漸減小，在樁頂處會產(chǎn)生最大應變，所以在錘擊過程中要加強對樁頂?shù)谋Ｗo。
圖8高應變時光纖測得應變曲線圖
由于-1m處安裝的FBG傳感器與高應變檢測中的應變片安裝位置接近（檢測傳感器的安裝用膨脹螺栓安裝在距樁頂約2倍樁徑處），將-1m處的FBG測試數(shù)據(jù)與應變片的數(shù)據(jù)進行了對比，光纖應變曲線與高應變儀導出應變曲線對比圖如圖9所示。從圖9中可以看出，兩者的曲線較為吻合，這說明FBG傳感技術(shù)適用于高應變檢測。
圖9 高應變時光纖曲線與高應變儀導出曲線對比圖
4 結(jié)論
（1）本文將FBG傳感監(jiān)測技術(shù)應用于樁基檢測中，將光纖光柵測得應變數(shù)據(jù)與高應變測樁儀輸出數(shù)據(jù)進行比較研究。結(jié)果表明：FBG傳感數(shù)據(jù)能較好地適用于高應變檢測，但也存在不足，由于高應變檢測同時需要應變數(shù)據(jù)和加速度數(shù)據(jù)，而此次測試只采集了樁身FBG應變數(shù)據(jù)，如果在樁身相應的位置能安裝FBG加速度傳感，同時采集FBG應變和加速度數(shù)據(jù)，擬合樁基的承載力與傳統(tǒng)高應變測樁儀測出的樁基承載力進行對比，將是本論文需要深入研究的一個方向。
（2）FBG傳感器可以安裝在樁體的任何位置，如果將FBG傳感技術(shù)運用于高應變檢測中，就可以
測得樁體任何位置的應變，而不僅僅局限于樁頂附近。
（3）檢測數(shù)據(jù)的精確度不但與測試方法有關，還與傳感器的性能有關，F(xiàn)BG傳感器正是由于其高精度、抗電磁干擾能力強等特點得到了工程界廣泛的關注。但是，由于其比較高的價格也限制著它的發(fā)展。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，F(xiàn)BG傳感技術(shù)將會得到廣泛發(fā)展。
參 考 文 獻
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本書為第11屆意大利傳感器與微系統(tǒng)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(tǒng)領域的理論模擬與實際應用的最新成果。傳感器與微系統(tǒng)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(diào)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(qū)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(zhì)；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(zhì)量；質(zhì)量標準體系在計劃、設計和實現(xiàn)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(huán)境中的固體定位風速計；一種具有濺射內(nèi)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(jié)構(gòu)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(zhì)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(shù)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(shù)，主要介紹了實驗室芯片技術(shù)對基因進行分析；利用硅基玻璃芯片對化學物質(zhì)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(zhì)；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(shù)；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(tǒng)，主要介紹了整合型微重力化學物質(zhì)檢測裝置；采用雜化電子鼻原位檢測硫質(zhì)噴氣孔火山口噴發(fā)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(huán)境中的機器人。第六部分為傳感器網(wǎng)絡和對傳感器的數(shù)據(jù)分析，主要介紹了對于無線傳感器網(wǎng)絡的概覽：對ZGIGBEE網(wǎng)絡架構(gòu)一瞥；動態(tài)場景下塵埃傳感器網(wǎng)絡：在城市環(huán)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(jīng)光譜分類的光學傳感器；對城市環(huán)境污染檢測無線網(wǎng)絡設備的設計；應用多傳感器微型化系統(tǒng)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(gòu)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(nèi)容。
【關鍵詞】光電測試技術(shù) 教學內(nèi)容研究 電力特色
《光電測試技術(shù)》是上海電力學院測控技術(shù)及儀器專業(yè)的重要專業(yè)選修課。它是一門綜合性很強的課程，涉及了光學、電子和計算機等多門學科，也是現(xiàn)代檢測技術(shù)重要的發(fā)展方向，對培養(yǎng)學生綜合運用專業(yè)知識及創(chuàng)新能力起著非常重要的作用。如何在有限的學時內(nèi)，通過該課程的學習，培養(yǎng)學生達到教學目標，這對教師提出了挑戰(zhàn)。筆者從教學內(nèi)容的選取和組織安排等方面進行了一定的探索和研究。
一、優(yōu)選教學內(nèi)容
光電測試技術(shù)課程包涵的知識點很多，并且隨著科技的進步，新的測試技術(shù)不斷地出現(xiàn)，需要進一步擴充教學內(nèi)容。而不同的院校有又不同的背景，在不同的領域上有所側(cè)重，需要量體裁衣，合理選擇教學內(nèi)容。
（一）突出電力特色
上海電力學院的辦學定位與培養(yǎng)目標是主要為社會培養(yǎng)和輸出所需要的應用型技術(shù)人才，特別要為電力行業(yè)的科技進步服務，培養(yǎng)電力行業(yè)所需的第一線的應用型技術(shù)人才。為了突出本校的電力特色，尤其考慮到測控技術(shù)與儀器專業(yè)的部分學生在畢業(yè)后會進入電廠等相關電力領域工作，所以在教授內(nèi)容中加入最新的電力知識是很有必要的。
近年來，光電測試技術(shù)的發(fā)展可以說是日新月異，新的科技成果不斷涌現(xiàn)，在電力系統(tǒng)中的應用，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。
1.火焰圖像檢測器
光學成像技術(shù)在燃煤火電廠煤粉爐爐膛火焰視頻監(jiān)視上的應用，可以直接地反映爐膛內(nèi)的燃燒情況，給運行人員提供相對直觀的判斷依據(jù)，對鍋爐的安全運行和操作起到及時的指導作用。安裝好、調(diào)試好、使用好爐膛火焰電視設備，對鍋爐的安全和節(jié)能經(jīng)濟運行都有著非常重要的意義。這部分內(nèi)容可以和書本教材中的固體成像器件配合起來教學。
2.激光盤煤技術(shù)
傳統(tǒng)的煤場存煤量測量方法不僅需要耗費大量的人力和物力，其測量結(jié)果也極不準確，嚴重制約了電廠現(xiàn)代化管理水平的提高。目前新型的自動盤煤方法為激光盤煤儀，采用二維高頻率激光掃描儀對料場的表面進行高頻率斷面掃描獲得高密度的斷面數(shù)據(jù)，結(jié)合行程測量器獲得的料場長度和回程測量器獲得的掃描儀偏轉(zhuǎn)角度數(shù)據(jù)，實現(xiàn)料場體積的計算、料場三維模型的顯示。在盤煤的實時性和準確性方面都有顯著的改善，取得了比較滿意的結(jié)果。[1]該部分內(nèi)容可以和書本教材中紅外輻射與紅外探測器配合起來教學，還可結(jié)合數(shù)字信號處理、數(shù)字圖像處理等課程對圖像恢復重建等展開探討。
3.光纖傳感技術(shù)
光纖傳感技術(shù)具有細而柔軟、抗電磁干擾、絕緣性能好、防爆性能好、 耐腐蝕、導光性能好、信號衰減小等特點，可以解決常規(guī)檢測技術(shù)難以完全勝任的測量問題。分布式光纖傳感技術(shù)是隨著“智能結(jié)構(gòu)和智能材料”的需要而發(fā)展起來的一項新技術(shù)，集傳感與信息傳輸于一體，廣泛應用在電力行業(yè)中：電纜狀態(tài)監(jiān)測，如電力電纜的表面溫度檢測監(jiān)控、事故點定位、電纜隧道、夾層的火情監(jiān)測等；變電站監(jiān)測，如母排、橋袈、變壓器、電動機、發(fā)電機、配電盤的溫度分布、測量及故障點檢測等；水電站、發(fā)電廠監(jiān)測，如加熱系統(tǒng)、蒸汽、輸油管道；送煤系統(tǒng)的溫度監(jiān)測和故障點的檢測等等。
光纖傳感技術(shù)正好和書本教材的光導纖維與光纖傳感器匹配，在了解光導纖維與光纖傳感器的基本原理后，引入大量的光纖傳感技術(shù)在電力系統(tǒng)中應用的工程實例，更好地貫徹了理論聯(lián)系實際這一原則，可以使學生思考如何學以致用。
（二）適應科技發(fā)展
光電測試技術(shù)內(nèi)容多，知識面廣，又是多學科交互融合、互相滲透的前沿科學。通常情況下，教材對基礎知識、基本原理和基礎效應介紹較多，對具體應用和設計方面則較少；對經(jīng)典的光電器件介紹較多，新型光電器件較少；傳統(tǒng)技術(shù)敘述較多，尖端技術(shù)和綜合應用較少。由于種種限制，不可能找到一本非常完美、各方面都滿意的書本教材，我們只能選擇較合適的，在講授基本內(nèi)容的同時，一定要補充最新的相關內(nèi)容，將新型的光電檢測器件、新型的光電測試技術(shù)和手段、各種光電檢測器件的最新進展和應用等最新相關科研成果融合在教學過程之中，不斷進行教學內(nèi)容的完善和改進，有效的引導學生了解最新的、最先進的科學內(nèi)容。比如在中國第一個目標飛行器和空間實驗室——天宮一號與神舟十號飛船實現(xiàn)對接時，激勵學生關注其中所采用的最新光電測試技術(shù)。
以上的內(nèi)容是書本教材所無法包括的，所以我們要結(jié)合時代科技的進步，與時俱進，不斷深化教學內(nèi)容，注意學校的行業(yè)特色，關注火電廠及電力設備等的光電測試技術(shù)，對于教材上沒有提到的但是有益的內(nèi)容，一定要在課堂上提出，或者給出相關概念引導學生自己查找所需資料，不斷的通過自制多媒體課件、課外資料等來添加教學內(nèi)容，給《光電測試技術(shù)》注入新的血液，來激發(fā)學生的學習興趣。
二、 精心組織教學內(nèi)容
上海電力學院將該課程核定為32學時，在短課時內(nèi)，面對如此多的教學內(nèi)容，需要根據(jù)本專業(yè)的特點精心組織安排，否則會使得內(nèi)容雜亂無章，缺少完整性和系統(tǒng)性，讓學生無所適從。
（一）課程認識和章節(jié)聯(lián)系
首先講解課程的主要內(nèi)容、結(jié)構(gòu)和各章節(jié)的之間的聯(lián)系，讓學生對該課程有一個整體性的認識，然后具體到每一個章節(jié)。在開始學習前都列出教學要求，學完一章后都有復結(jié)，讓學生清楚自己應該達到的標準，也方便期末考試。第一部分光電測試技術(shù)的理論基礎是最基礎的內(nèi)容，尤其是我校未開設《物理光學》《應用光學》等相關課程，學生只是在《大學物理》中接觸過有關光的知識，這部分必須詳細講解。第二部分是常用的光輻射光源，只有這一章是講如何產(chǎn)生光信號的，其中光電測試用主要的光源發(fā)光二極管和半導體激光器都是從電信號轉(zhuǎn)換成光信號，正好與第三部分光電檢測器件是如何進行將光信號轉(zhuǎn)換成電信號相對應，可以讓學生更換地理解光電轉(zhuǎn)換。第三部分是各種光電檢測器件的結(jié)構(gòu)原理及應用，要結(jié)合它們各自典型的應用系統(tǒng)的分析和設計，使學生對整個知識體系有個更全面、更深刻的理解。
（二）注意知識點的聯(lián)會貫通
光電測試技術(shù)涉及光、機、電、自動控制等許多領域。如在講到光電器件和集成運算放大器連接時，模擬電子技術(shù)中運算放大器的三大特點：“虛短”“虛斷”和“虛地”，如何運用它們來完成電壓放大、電流放大和阻抗變換，而這牽涉深度負反饋的概念，又與自動控制相關。所以在教授新課程的時候，不斷地回顧先前學習過的課程，可以較好地調(diào)動學生的參與積極性，不會覺得什么都是新的，都要從頭開始學，能夠溫故知新。
（三）重視實踐教學
《光電測試技術(shù)》又是一門實踐性很強的學科，我們積極鼓勵學生參加大學生科技創(chuàng)新活動，堅持課堂教學與課外創(chuàng)新實踐活動相結(jié)合，提高學生的設計與綜合分析能力。
例如講解光敏電阻后，先采用浙江英聯(lián)科技開發(fā)有限公司的YL系列傳感器實驗儀及系統(tǒng)實驗臺開設光敏電阻的特性測試實驗，讓學生先了解光敏電阻的光電特性、伏安特性和光譜響應特性，對書本知識深入掌握后，再鼓勵學生從光敏電阻特點出發(fā)自己設計路燈自動點熄電路，通過查找閱讀資料并與實際應用電路比較，能否進一步改進，使其更加智能化、自動化等，最后以小論文的形式提交。這樣不僅加深了學生對基礎知識的理解，拓寬了知識面，更是鍛煉了學生獨立思考和自主創(chuàng)新的能力。
在教學過程中，注意提出在日常生活中的一些光電檢測系統(tǒng)應用實例，可以提高學生學習的熱情。如講到光電開關，就會提到在洗手時，是如何實現(xiàn)手到水出的？除了光電開關外，還有什么器件能夠達到這種效果的？熱釋電器件可不可以？
三、結(jié)論
對《光電測試技術(shù)》的教學內(nèi)容進行了探討，通過合理選擇教學內(nèi)容、注重結(jié)合我校電力特色、重視實踐教學，將學生獨立思考能力、動手能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)融合到專業(yè)課教學中，培養(yǎng)適應21世紀全面發(fā)展的高素質(zhì)人才。
【參考文獻】
【關鍵詞】光纖光柵傳感器 數(shù)據(jù)采集 光纖布拉格光柵
光纖傳感器是通過檢測光信號來測量環(huán)境中參量變化（生物量、物理量或化學量），這些參量變化會引起光的傳輸特性變化。光纖傳感器有很多種類，按照傳感機理它可以分為強度型、干涉型和光纖布拉格光柵型這三種。這其中光纖布拉格光柵不僅具有強度型和干涉型的優(yōu)點，并且具有波長分離能力強、靈敏度高、傳感精度好、抗干擾能力強等優(yōu)勢。光纖光柵傳感器有著很大的發(fā)展前途，它可以在需要精確定位或者是絕對數(shù)字測量時，可以構(gòu)成多光柵空間分布單一光纖傳感網(wǎng)絡系統(tǒng)。
本文研究的基于光纖光柵的數(shù)據(jù)采集，光纖光柵傳感器即采用的是光纖布拉格光柵，光纖光柵的原理如圖1所示。
光纖布拉格光柵的中心波長隨著外界環(huán)境參量的變化而隨之變化，它廣泛應用于壓力、溫度、應變等參數(shù)的測量。
一、基于光纖光柵數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成
（一）光纖光柵傳感系統(tǒng)
該系統(tǒng)通過光纖光柵傳感器采集數(shù)據(jù)，這是該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的前提條件。不同功能的光纖光柵傳感器能夠?qū)⒉煌奈锢韰⒘咳鐪囟?、壓力、應變和加速度等調(diào)制為相對應的光柵波長。光纖光柵傳感器輸出光波以后直接通過光纜便可以進行遠距離傳送。
（二）光纖光柵網(wǎng)絡分析系統(tǒng)
該系統(tǒng)作用是將光纖光柵傳感器采集的光信號經(jīng)光纜的遠程傳輸后，將光信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字量并以物理參量的方式在計算機終端記錄、顯示或存入數(shù)據(jù)庫中。
該系統(tǒng)主要由光開關、光纖光柵解調(diào)儀及光纖跳線組成。光纖光柵解調(diào)儀的作用是將光纖光柵中心波長解調(diào)為數(shù)字信號。光開關的主要作用是將多路光信號一起或是分別進入光纖光柵解調(diào)儀，這樣就克服了光纖光柵通道數(shù)不能滿足工程應用的缺點。
（三）光纖通訊傳輸網(wǎng)絡
該系統(tǒng)由光纜和光纖適配器等組成。光纜是光信號傳輸?shù)耐ǖ?，光纖適配器連接光纜且損耗很低，這樣就可以避免工程現(xiàn)場的光纖熔接。單橋監(jiān)控室采用光纜以低損耗方式接連光纜，將遠距離采集的光信號引入中心監(jiān)控室的數(shù)據(jù)處理及分析系統(tǒng)上。
（四）數(shù)據(jù)處理及分析系統(tǒng)
該系統(tǒng)是對采集后的數(shù)據(jù)進行預處理且分析，為后續(xù)系統(tǒng)的基礎。該系統(tǒng)是由軟件系統(tǒng)組成，在現(xiàn)場工控機上運行，為專家評估系統(tǒng)奠定堅實的基礎平臺，是后續(xù)工作提供可靠的依據(jù)。
二、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計
在光纖數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，首先運用了多線程技術(shù)，以保證數(shù)據(jù)采集、實時顯示界面和數(shù)據(jù)存儲同時進行；其次，運用數(shù)據(jù)安全隊列來保護線程之間數(shù)據(jù)安全傳遞的同時，還要使采集到得數(shù)據(jù)可以在最快的時間內(nèi)得到顯示，最后在VS平臺下實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)程序，由于VS庫函數(shù)和空間豐富，編程環(huán)境界面友好，使得軟件不僅界面漂亮，而且開發(fā)難度大大的降低。數(shù)據(jù)采集的流程圖3-5所示。
在基于光纖光柵數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，為了使數(shù)據(jù)采集、儲存和實時顯示同時進行，必須采用多線程技術(shù)。此外，還可以采用數(shù)據(jù)安全隊列使采集到的數(shù)據(jù)能夠在最快時間實現(xiàn)顯示并能夠保護線程之間數(shù)據(jù)的安全傳遞。由于VS平臺下庫函數(shù)和空間豐富、界面友好，采用VS平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)程序可以使開發(fā)難度大大降低且軟件界面漂亮。數(shù)據(jù)采集的流程圖如圖2所示。
三、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的程序?qū)崿F(xiàn)
隨著社會的發(fā)展，大型橋梁的安全問題越來越受到人們的重視，為了保證橋梁運行的安全性、可靠性及耐久性等，研究表明，得到科學管理的橋梁有著更好的安全性以及耐用性，橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)已經(jīng)是橋梁建設中不可少的一部分，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)則是整個監(jiān)測系統(tǒng)的基石。對于橋梁健康監(jiān)測來說，傳感器具有數(shù)量大、種類多，信號采集的儲存實時性高等要求，這樣對于數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)有較高要求。本文以武漢某大型斜拉橋為例，研究基于光纖光柵的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件設計及具體實現(xiàn)。
根據(jù)要求，傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠提供監(jiān)測數(shù)據(jù)。以某斜拉橋為例的健康監(jiān)測系統(tǒng)中，系統(tǒng)采用光纖光柵應力傳感器、光纖光柵溫度傳感器、光纖光柵位移傳感器、壓電式低頻加速度傳感器等等監(jiān)測斜拉橋應力、溫度等參數(shù)。本文主要針對的是光纖光柵型傳感器，將采集到的光信號通過光纜傳輸后經(jīng)過解調(diào)儀解調(diào)，最后通過網(wǎng)口對解調(diào)儀采集到數(shù)字信號存入數(shù)據(jù)庫中，為后續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)做準備。
光纖光柵解調(diào)儀具有以太網(wǎng)接口，根據(jù)實際需要進行網(wǎng)絡編程，實現(xiàn)網(wǎng)絡程序有很多種方式，Windows Socket是其中比較簡單的方法。本系統(tǒng)監(jiān)測對象比較多并且要求系統(tǒng)實時性高，多線程技術(shù)可以滿足系統(tǒng)要求，它支持系統(tǒng)一個進程中執(zhí)行多個線程，多個操作可以在不同線程中同時進行。光信號經(jīng)解調(diào)儀傳輸后是字節(jié)流，可以使用memmove函數(shù)對字節(jié)流進行分解處理。
（一）光纖光柵傳感器的配置
數(shù)據(jù)采集方案的確定和傳輸方式的選擇一般是根據(jù)傳感器空間分布情況確定的。斜拉橋的跨度比較大，一般為幾百米到幾千米，橋上敷設的傳感器的數(shù)量種類也特別多，這個時候為了減少信號在傳輸中受到干擾、衰減失真等情況，首先要對傳感器進行配置，再選擇合適的數(shù)據(jù)采集方案和傳輸方式。
數(shù)據(jù)采集之前要確定傳感器的總數(shù)、解調(diào)儀的數(shù)量、所需通道數(shù)、采樣頻率和存儲頻率等各方面信息。傳感器的總數(shù)決定了數(shù)據(jù)傳輸設備的數(shù)量和數(shù)據(jù)的傳輸方式。傳感器的采樣頻率是由數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的要求以及數(shù)據(jù)本身的動態(tài)特性決定的。在進行傳感器配置的時，采取四層結(jié)構(gòu)，采用樹形控件，應用如圖3所示。第一層是光纖光柵系統(tǒng)，第二層是光纖光柵解調(diào)儀，第三層是通道，第四層是傳感器。在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)首次運行時要進行初始配置，這樣才能提高系統(tǒng)的運行速率。傳感器配置有兩種方式，一種是在界面進行配置，第二種是修改配置文件的內(nèi)容。開始配置時首先將配置信息顯示在界面上，對界面進行配置，然后將數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫。
界面的配置步驟為：光纖系統(tǒng)總配置、光纖光柵解調(diào)儀配置、通道配置、傳感器配置。將每一個配置的傳感器編號，通過傳感器編號可以查詢具體信息。比如：傳感器的名稱、類別、位置、初始應變、報警上限、報警下限、標定系數(shù)、標定斜率、是否要溫度補償、基準波長、標定波長、所屬的解調(diào)儀和通道數(shù)等信息。
（二）網(wǎng)口采集
武漢某斜拉橋健康監(jiān)測系統(tǒng)需采集的信號數(shù)量大、實時性高、處理較復雜。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)負責將光纖光柵解調(diào)儀的信號通過網(wǎng)口以后，進行數(shù)據(jù)的采集、分析、轉(zhuǎn)化為相應數(shù)據(jù)儲存，為后續(xù)的數(shù)據(jù)分析處理以及安全評估提供可靠地實時數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)是采用開放式Windows系統(tǒng)平臺，軟件開發(fā)環(huán)境為Visual Studio 2005，把任務分成幾個獨立的線程，使用多線程方式，這樣就能夠保證數(shù)據(jù)采集的實時性，用戶其他操作也能及時響應，這樣提高了利用率和程序的運行效率。
光纖光柵解調(diào)儀主要作用是把光纖光柵中心波長解調(diào)出來，解調(diào)的機理有很多，本系統(tǒng)采用的解調(diào)原理是基于F―P濾波器的原理，基于網(wǎng)口的數(shù)據(jù)采集技術(shù)較成熟，解調(diào)儀的通信協(xié)議為UDP協(xié)議，傳輸速率要求能夠完全滿足系統(tǒng)要求。
對于UDP無連接的數(shù)據(jù)報服務，客戶機給服務機發(fā)送一個含有地址的數(shù)據(jù)報，客戶機和服務器并沒有建立連接。服務器是通過調(diào)用Recvfrom（）等待客戶端數(shù)據(jù)?；赨DP的socket編程思路為：首先創(chuàng)建套接字（socket），然后將套接字綁定到一個本地端口和地址上，等待接收的數(shù)據(jù)，最后關閉socket。
根據(jù)實際情況開發(fā)服務端軟件基于UDP的，UDP能夠提供端口機制便于UDP用戶使用。UDP長度中包括UDP本身長度、源端口、目的端口、用戶數(shù)據(jù)和UDP校驗等。實際開發(fā)，端口號為5000，首先使用“ping”命令判斷測試網(wǎng)絡是否連通，原理為發(fā)送UDP數(shù)據(jù)包給對方主機，對方主機回復是否收到數(shù)據(jù)報，如果回復及時，則網(wǎng)絡已經(jīng)連接，軟件流程如下圖4所示。
四、小結(jié)
光纖光柵傳感器使用越來越普遍，本文介紹基于光纖光柵傳感器的數(shù)據(jù)采集監(jiān)測系統(tǒng)的組成，對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行軟件設計和介紹基于網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)采集的關鍵技術(shù)，最后對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行實例應用。
參考文獻：
[1]柳旭.基于光纖傳感技術(shù)的橋梁健康監(jiān)測數(shù)據(jù)序系統(tǒng)研究：[工學碩士論文].武漢：武漢理工大學，2006
關鍵詞：光纖通訊 教學改革 課程設置
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(shù)飛速發(fā)展，帶來了信息科技與技術(shù)高速發(fā)展的時代。信息科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點是光纖通信技術(shù)，它是一門飛速發(fā)展的技術(shù)學科。為了適應信息科技飛速發(fā)展和通信行業(yè)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(yè)。這些專業(yè)都以光信息科學技術(shù)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(shù)、電子技術(shù)、通信技術(shù)和信息技術(shù)等。
光纖是大量信息傳輸?shù)闹匾浇楹腿藗儗崿F(xiàn)信息獲取的重要途徑。因此，在其專業(yè)課程的設置中，專業(yè)的核心主干課程應為光纖類課程，它既是專業(yè)類課程也是學科上的特色課程。我國高等學府對光纖傳輸?shù)奈锢砘A和光纖技術(shù)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(nèi)容、課程設置上與社會所需人才培養(yǎng)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(gòu)建
當今社會經(jīng)濟、政治都發(fā)生了深刻的變化以及科技飛速的發(fā)展導致光電通信行業(yè)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(fā)展。在人才培養(yǎng)上要加強專業(yè)基礎理論的設置、擴寬專業(yè)口徑的學習和素質(zhì)教育。要實現(xiàn)寬口徑、厚基礎、強素質(zhì)、廣適應的信息人才的培養(yǎng)[1]。
1.1 光纖光學是獲取信息的物理基礎
專業(yè)的基礎學科是培養(yǎng)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(yǎng)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?shù)哪Ｊ嚼碚?、模耦合理論和光纖的傳輸特性。在這門專業(yè)基礎課程的教學中，我們要著重強調(diào)基本理論的講解。基本理論是整個學科的基礎，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(shù)應用的課程。
1.2 光纖通信和光纖傳感是光纖技術(shù)的應用
光纖技術(shù)從信息領域的角度考察，主要是設計兩個方面的內(nèi)容，即信息的傳輸和采集。信息的傳輸是屬于光纖通信技術(shù)，而信息的采集則是屬于光纖傳感技術(shù)。為了緊跟信息技術(shù)的發(fā)展，高等學府在教學設計和教學內(nèi)容的設置上，應隨著光纖信息技術(shù)的發(fā)展而發(fā)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(wǎng)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?qū)π畔⒌膫鞑ズ筒杉猩羁痰睦斫?。總之在課程的設置上要把握研究光信息科學發(fā)展的基本規(guī)律與技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)的機制，要以科學的方法為基礎，更要把握國內(nèi)外光纖類學科設置的現(xiàn)狀、問題以及趨勢，調(diào)整光纖類課程的結(jié)構(gòu)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(nèi)容的組織和融合
光纖通訊的人才是具有創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的高素質(zhì)、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(jù)光電信息專業(yè)人才所需的知識、技術(shù)和能力從整體的高度打破傳統(tǒng)的教學模式和課程體系，根據(jù)行業(yè)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(nèi)容的重復化，重新建立課程結(jié)構(gòu)體系和內(nèi)容，將教學的內(nèi)容有機的結(jié)合，使其更加豐富。
2.1 理論教學內(nèi)容的設置
由于光信息科學的發(fā)展有著自身的規(guī)律，在光纖通訊的課程的設置上要符合這一規(guī)律。在課程設置上要將光纖結(jié)構(gòu)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(shù)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(shù)、光纖傳感測試技術(shù)等三個課程的教學內(nèi)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(cè)重點進行明顯的突出，使其做到特點鮮明、協(xié)調(diào)統(tǒng)一。
2.2 實驗教學內(nèi)容的設置
現(xiàn)代人才的培養(yǎng)不僅要強調(diào)基礎知識、對其創(chuàng)新意識和動手能力都有著一定的要求。實踐教學過程已經(jīng)成為理工科培養(yǎng)人才的重要環(huán)節(jié)。光信息學科是一門理論與技術(shù)相結(jié)合的新型學科，對于教學內(nèi)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(tǒng)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(nèi)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(shù)值孔徑的性質(zhì)和測量實驗；管線傳輸耗損性質(zhì)與測量實驗、光源與光纖耦合方法實驗、光纖可調(diào)衰減器特性實驗、光纖隔離器特性及參數(shù)實驗、半導體激光器和發(fā)光二極管特性測試實驗、模擬信號光纖傳輸實驗、數(shù)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(nèi)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(shù)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(shù)光纖技術(shù)實驗的內(nèi)容都為必修的實驗內(nèi)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(jù)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(tǒng)，這樣不僅能夠提高高校儀器是使用率，更重要的是培養(yǎng)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(fā)展的基本規(guī)律，還要結(jié)合光信息科學與技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)的機制。更要把握我國光纖教學現(xiàn)狀以及問題，根據(jù)實際情況，構(gòu)建適合光纖類課程的結(jié)構(gòu)體系。在整個課程的設置方面要強調(diào)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(huán)節(jié)，要運用多種教學手段進行創(chuàng)新教育，使學生對原理知識理解的同時，努力提高對應用環(huán)節(jié)的操作，培養(yǎng)其動手的能力，使其學以致用。同時要有特色的教學內(nèi)容，讓學生對光纖通訊技術(shù)產(chǎn)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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關鍵詞：智能結(jié)構(gòu)；應用現(xiàn)狀；現(xiàn)代建筑；
中圖分類號：B83文獻標識碼： A
經(jīng)濟的快速增長，人民生活水平的不斷提高，在推動建筑行業(yè)的發(fā)展的同時，也對其發(fā)展提出了更高的標準。目前在我國大型建筑物日益重要，像高層建筑、大型水壩、地下工程等都需要有一個高強度的骨架作為支撐，才能使建筑物的安全性、實用性得到保障，此時智能土木結(jié)構(gòu)應運而生，并擔當了“土木工程界的知識經(jīng)濟”。現(xiàn)今，智能土木結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代建筑中發(fā)揮重要作用的同時，也開辟了土木工程快速發(fā)展的新天地。
一、智能結(jié)構(gòu)簡介
在社會高速發(fā)展的信息時代，土木工程師把視野轉(zhuǎn)入信息材料上，開始了將傳感器、驅(qū)動材料應用于建筑結(jié)構(gòu)中的探索，以求建筑結(jié)構(gòu)本身穩(wěn)固性的同時，還能對建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部進行及時的感知，使人們能及時對建筑物的安全性與穩(wěn)固性做出更確切的分析，從而做出對該建筑物是維修還是報廢的判斷，這也是人們對智能結(jié)構(gòu)最初的嘗試?，F(xiàn)在書籍中對智能結(jié)構(gòu)進行了定義，是指在基體材料中融入具有仿生功能的材料，是最終的材料或者構(gòu)件滿足人們對其智能化的需要，這種結(jié)構(gòu)就是智能結(jié)構(gòu)。智能土木結(jié)構(gòu)按其材料可分嵌入式智能土木結(jié)構(gòu)和基體、智能材料耦合結(jié)構(gòu)兩種類型。現(xiàn)在建筑工程對智能架構(gòu)的應用是十分廣泛的，建筑結(jié)構(gòu)中安裝使用智能結(jié)構(gòu)，使建筑物能準確應對外界環(huán)境的變化并對自身作出及時的內(nèi)部調(diào)整，特別在遭遇強風或地震時，智能結(jié)構(gòu)對整個建筑物尤其重要。在地震幅度不是很明顯時智能結(jié)構(gòu)實現(xiàn)結(jié)構(gòu)控制一體化的優(yōu)勢更能充分發(fā)揮其作用，此外，智能結(jié)構(gòu)對提高建筑結(jié)構(gòu)的抗震性也發(fā)揮著很重要的作用，智能結(jié)構(gòu)在建筑領域的應用對建筑設計、建筑施工及建筑檢測都起著至關重要的作用，智能土木結(jié)構(gòu)保障建筑物的穩(wěn)固的同時，也保證了人民的生命財產(chǎn)安全。
二、智能結(jié)構(gòu)應用現(xiàn)狀
智能建筑與我國可持續(xù)發(fā)展觀中生態(tài)和諧理念高度契合，所以和其他國家相比，目前我國智能建筑主要功能更加凸顯了環(huán)保、節(jié)約、可持續(xù)發(fā)展利用等特點，在運用智能化結(jié)構(gòu)對建筑結(jié)構(gòu)進行設計時更加注重節(jié)能減排以及高效低碳能否實現(xiàn)。智能建筑隨著經(jīng)濟的發(fā)展已經(jīng)成為未來建筑的主要發(fā)展趨勢，智能結(jié)構(gòu)作為智能建筑的重要支撐在建筑智能化發(fā)展中被廣泛應用，智能結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)有著密切的聯(lián)系，智能土木結(jié)構(gòu)以傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)為基礎，并以此為依據(jù)對傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)做了改進，因此對智能結(jié)構(gòu)的應用離不開對傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的理解與掌握。目前，建筑工程中對智能結(jié)構(gòu)的研究有建筑結(jié)構(gòu)的檢測與監(jiān)控、建筑結(jié)構(gòu)抗震抗風降噪的自控制等，利用智能結(jié)構(gòu)使建筑設備自動化、辦公化，最終實現(xiàn)建筑物全面的擬智能生命化也是今后智能結(jié)構(gòu)在建筑領域的發(fā)展方向。
（一）智能傳感元件的應用
土木工程中對建筑物健康檢測時常將傳感元件埋入或粘貼在建筑結(jié)構(gòu)中，在保證檢測結(jié)果的準確性的同時，對建筑物的安全性與穩(wěn)固性作出更確切的評價，得到最精準的數(shù)據(jù)，從而決定建筑物是維修還是報廢。對于重大土木工程建筑結(jié)構(gòu)，由于修建時間較長，設備一般比較陳舊，傳統(tǒng)的傳感器不能適應此種建筑物的內(nèi)部環(huán)境，這時就需要采用性能較高傳感器對其進行結(jié)構(gòu)及健康的監(jiān)測。利用光纖、智能材料等制成的傳感器的應用在土木工程發(fā)展史上具有劃時代的意義，開辟了土木工程發(fā)展史的新篇章。
（二）建筑工程的健康檢測
智能結(jié)構(gòu)在建筑工程結(jié)構(gòu)損傷及健康檢測方面也發(fā)揮著重要作用。在土木工程中對建筑物檢測通常采用目測法，此外還常利用超聲波、聲發(fā)射、x 射線等技術(shù)進行無損檢測，利用這種方法檢測是有很多弊端的，如建筑物內(nèi)部結(jié)構(gòu)的破損情況、建筑物的實時動態(tài)等都不能準確的被監(jiān)測，不能滿足人們了解建筑物整體狀況的需求，檢測結(jié)果往往會失真、檢測效率也低，甚至會出現(xiàn)完全錯誤的檢測結(jié)果?，F(xiàn)在利用光導纖維、壓電材料、半導體材料等制成的檢測器材，在建筑物內(nèi)部的傳感器能及時感知建筑物自身狀況，檢測損傷并根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)損壞過程進行損傷定位，例如建筑物發(fā)生損傷，內(nèi)部出現(xiàn)裂紋，裂紋在外界作用力作用下?lián)p傷力度加大，并以聲速失穩(wěn)擴展，這些都會被由這些特殊材料制成的傳感元件所感知，使人類能準確及時的了解建筑物內(nèi)部狀況，及時對建筑物進行整體規(guī)劃、采取必要措施避免事故發(fā)生。
三、智能結(jié)構(gòu)關鍵問題總結(jié)及建議
（一）提高智能傳感技術(shù)
傳感元件在建筑工程中的應用離不開純熟的傳感技術(shù)，因此提高智能傳感技術(shù)勢在必行。從仿生學來看，傳感器相當于建筑物的感覺器官，提高智能傳感技術(shù)必須增強傳感技術(shù)的系統(tǒng)性，提高傳感器感知、處理與識別能力，在此基礎上提高傳感系統(tǒng)的可靠性和靈敏度實現(xiàn)傳感技術(shù)的智能化。在建筑工程中要求傳感元件不影響建筑物的結(jié)構(gòu)外形，與建筑材料具有很好的相容性，使對建筑結(jié)構(gòu)的強度影響降到最低，此外還應具有對信號的抗干擾能力，在此基礎上對建筑物的整體狀況能準確感知。
（二）提高智能傳感技術(shù)
智能結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中主要有傳感元件、驅(qū)動元件及乙級控制元件，它們在對整個建筑物內(nèi)部損傷情況進行定位時常會有一個計算的過程，在計算過程中常采用小波分析技術(shù)、時間有限元模型等對連接網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)總線進行定位，最終使傳感器的信息處理和數(shù)據(jù)傳輸融合。
（三）發(fā)展智能控制集成
智能控制系統(tǒng)相當于人類的中樞神經(jīng)系統(tǒng)的最高級部分大腦，不僅決定著運動系統(tǒng)、感覺系統(tǒng)的有序運行，還擔負著整個腦神經(jīng)高級功能的運轉(zhuǎn)。在土木工程內(nèi)部安裝智能控制集成系統(tǒng)，能使建筑物在遭遇風暴、強降雨等惡劣自然災害情況下，迅速采取應急措施，使損失降低到最小，因此發(fā)展智能控制集成技術(shù)也是十分重要的。
（四）發(fā)展智能驅(qū)動技術(shù)
驅(qū)動在計算機中的應用十分廣泛，所有的硬件設備都需要安裝相應的驅(qū)動程序才能正常工作。智能驅(qū)動技術(shù)能夠?qū)χ悄芙Y(jié)構(gòu)的形狀和力學原理加以控制，便于對智能結(jié)構(gòu)的管理與規(guī)劃。驅(qū)動相當于一個入口，只有通過這個入口操作系統(tǒng)才能實現(xiàn)對整個部件的控制，在土木工程中驅(qū)動技術(shù)發(fā)揮著不可小覷的作用，發(fā)展智能的驅(qū)動技術(shù)，才能實現(xiàn)建筑物整體的控制，才能使建筑物的性能更加穩(wěn)固。在建筑工程中要求所使用的驅(qū)動系統(tǒng)材料自身機械性能要高，保障其具有很強的抗沖擊性；再次，驅(qū)動材料與建筑材料本身要有很好的兼容性；最后，還應提高驅(qū)動速度，便于及時掌握建筑物的狀況。
四、結(jié)束語
我國建筑業(yè)產(chǎn)值的持續(xù)增長推動了建筑智能化行業(yè)的發(fā)展，目前我國處于智能建筑行業(yè)的快速發(fā)展期。科學技術(shù)的不斷進步，經(jīng)濟水平的不斷提高，人們對建筑安全性、舒適性、便利性等有了更高層次的要求，者為智能建筑的發(fā)展提供契機的同時，也給智能建筑的發(fā)展提出了新的挑戰(zhàn)。
土木工程智能建筑結(jié)構(gòu)作為智能建筑的靈魂與支撐，在未來智能建筑的發(fā)展中不可或缺，因此，我們在今后智能結(jié)構(gòu)的發(fā)展道路上必須用發(fā)展的眼光、科學的手段，與時俱進，開拓創(chuàng)新。
參考文獻：
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