光纖傳感技術(shù)論文
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光纖傳感技術(shù)論文范文第1篇
關(guān)鍵詞：隧道工程；光纖；監(jiān)控量測(cè)；隧道施工；隧道火災(zāi)；健康監(jiān)測(cè)
傳統(tǒng)的傳感器是以應(yīng)變－電壓為基礎(chǔ)，以電信號(hào)來(lái)反映結(jié)構(gòu)應(yīng)變的變化，并借助導(dǎo)線傳輸。因此，傳統(tǒng)傳感器易受到電磁場(chǎng)和使用環(huán)境的影響。另外，由于電阻傳感器和導(dǎo)線的金屬易腐蝕性，難以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。這些傳統(tǒng)傳感器的局限性嚴(yán)重地制約了其應(yīng)用，無(wú)法滿足現(xiàn)代隧道建設(shè)中監(jiān)控量測(cè)的需求，而以光纖傳感技術(shù)為基礎(chǔ)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(bǔ)傳統(tǒng)傳感器的上述缺陷。
1光纖傳感器在隧道施工過(guò)程中監(jiān)控量測(cè)
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(gè)傳感器并聯(lián)輸出)，導(dǎo)線價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，可以大大提高隧道監(jiān)控量測(cè)的準(zhǔn)確度和工作效率并可以降低工作風(fēng)險(xiǎn)和監(jiān)測(cè)成本。隧道的監(jiān)控量測(cè)包括必測(cè)項(xiàng)目和選測(cè)項(xiàng)目，其中的必測(cè)項(xiàng)目主要包括地質(zhì)和支護(hù)狀況觀察、周邊位移、拱頂下沉和地表下沉。必測(cè)項(xiàng)目中的這四項(xiàng)在隧道的監(jiān)控量測(cè)工作中一般均需要做測(cè)試，這些項(xiàng)目一般通過(guò)觀察、描述和光學(xué)測(cè)量?jī)x器如水準(zhǔn)儀、全站儀等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，所以，隧道監(jiān)控量測(cè)的必測(cè)項(xiàng)目一般不采用光纖應(yīng)變傳感器。選測(cè)項(xiàng)目中的錨桿內(nèi)力量測(cè)、圍巖體內(nèi)位移量測(cè)、支護(hù)及襯砌內(nèi)應(yīng)力和表面應(yīng)力量測(cè)、圍巖壓力及兩層支護(hù)間壓力量測(cè)、型鋼支撐內(nèi)外力量測(cè)可以通過(guò)布設(shè)在待測(cè)點(diǎn)的光纖應(yīng)變傳感器進(jìn)行量測(cè)。光纖應(yīng)變傳感器在這些項(xiàng)目上的應(yīng)用不但可以高效準(zhǔn)確的進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)，還可以一直將監(jiān)測(cè)工作隨著隧道從建設(shè)到運(yùn)營(yíng)進(jìn)行長(zhǎng)期全壽命實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，這一點(diǎn)具有傳統(tǒng)傳感器無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。
2光纖傳感器在隧道火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)中的應(yīng)用
光纖的光柵柵距和折射率會(huì)因其周?chē)h(huán)境的溫度變化而發(fā)生變化，這種變化會(huì)對(duì)應(yīng)地引發(fā)光纖光柵的反射譜以及透射譜的變化。通過(guò)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(cè)并讀取顯示出來(lái)，則得到了光纖光柵周?chē)h(huán)境溫度的變化數(shù)據(jù)，通過(guò)程序中設(shè)定的溫度控制閥值和報(bào)警裝置就可以對(duì)隧道內(nèi)的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和火災(zāi)報(bào)警。
(1)隧道內(nèi)火災(zāi)發(fā)生的原因。隧道火災(zāi)一般由車(chē)輛、貨物的著火以及交通事故起火而引發(fā)，而車(chē)輛油箱內(nèi)的燃油和車(chē)輛所載易燃貨物則為火災(zāi)的發(fā)生提供了物質(zhì)條件。隧道內(nèi)部發(fā)生火災(zāi)后，燃油和貨物的燃燒會(huì)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(shí)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(zāi)報(bào)警系統(tǒng)主要是針對(duì)所監(jiān)測(cè)隧道內(nèi)部溫度的異常升高進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，顯示溫度并判斷溫度是否過(guò)高而進(jìn)行及時(shí)報(bào)警。主要由光纖光柵感溫探測(cè)器、解調(diào)系統(tǒng)、報(bào)警裝置、傳輸光纜和計(jì)算機(jī)組成。
(3)光纖傳感器在隧道內(nèi)的布設(shè)和安裝。光纖傳感器在隧道內(nèi)部的布設(shè)間距應(yīng)根據(jù)隧道的長(zhǎng)度來(lái)計(jì)算確定，間距太密造成工作量和成本的的浪費(fèi)，太疏則會(huì)影響火災(zāi)探測(cè)的靈敏度和準(zhǔn)確率。當(dāng)隧道長(zhǎng)度介于500m和10000m之間時(shí)，光纖傳感器的縱向間距不能大于7m;當(dāng)隧道長(zhǎng)度超過(guò)10000m時(shí)，光纖傳感器的縱向間距不能大于8m。光纖傳感器應(yīng)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(yīng)在隧道拱頂沿縱向用鋼絞線進(jìn)行固定，以便在不影響隧道內(nèi)交通的情況下有效監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)火災(zāi)。對(duì)于長(zhǎng)隧道和隧道群，由于工作人員觀察室距離傳感器距離較遠(yuǎn)，通常需要將光纖傳感器測(cè)得的溫度信號(hào)通過(guò)光纜遠(yuǎn)程傳輸?shù)皆O(shè)備處理器，所以其布設(shè)方法和連接方式應(yīng)按照隧道內(nèi)車(chē)道數(shù)的不同而采取不同的方式方法。對(duì)于單車(chē)道和雙車(chē)道的交通隧道，光纖傳感器可在隧道內(nèi)斷面中央進(jìn)行單排縱向布設(shè);而當(dāng)隧道行車(chē)道數(shù)量多于2時(shí)，光纖傳感器在隧道內(nèi)斷面中央應(yīng)按照雙排進(jìn)行縱向布設(shè)。雙排布設(shè)時(shí)，兩排傳感器應(yīng)交錯(cuò)布置，以便增大光纖傳感器的感應(yīng)機(jī)會(huì)。
3光纖傳感器在隧道健康監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用
隧道健康運(yùn)營(yíng)過(guò)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(kāi)裂、掉塊、錯(cuò)臺(tái)、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(shí)發(fā)現(xiàn)和處治還會(huì)誘發(fā)其他更為嚴(yán)重的病害，甚至?xí)s減隧道的使用壽命。因此對(duì)隧道二次襯砌的全壽命監(jiān)測(cè)就顯得尤為重要。隧道二次襯砌病害的傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)主要通過(guò)地質(zhì)雷達(dá)、地震波法、CT等實(shí)現(xiàn)，這些方法可探明某時(shí)某刻隧道襯砌的情況和其周?chē)膰鷰r情況，但無(wú)法對(duì)隧道內(nèi)襯砌和圍巖情況的變化進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和報(bào)警，同時(shí)傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)由于需要組織大量人員設(shè)備進(jìn)入隧道進(jìn)行監(jiān)測(cè)工作，不可避免的會(huì)影響甚至中段隧道交通。分布式光纖傳感技術(shù)具有遠(yuǎn)程、精度高、耐久性、實(shí)時(shí)性和成本低等特點(diǎn)，將其布設(shè)在二次襯砌之中可對(duì)隧道襯砌結(jié)構(gòu)的健康情況進(jìn)行長(zhǎng)期、實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)。該技術(shù)可自動(dòng)進(jìn)行，不會(huì)對(duì)交通造成干擾，并且其實(shí)時(shí)輸出的數(shù)據(jù)信息可以讓隧道工作人員隨時(shí)掌握隧道的健康狀況。光纖監(jiān)測(cè)網(wǎng)的布設(shè)需要對(duì)隧道的圍巖等級(jí)、圍巖應(yīng)力水平及經(jīng)濟(jì)性等進(jìn)行綜合考慮。沿隧道橫斷面布設(shè)的光纖傳感器應(yīng)根據(jù)圍巖等級(jí)來(lái)確定其布設(shè)的環(huán)向間距，即傳感器的環(huán)向間距應(yīng)隨著隧道圍巖等級(jí)的增大而相應(yīng)減小，并在隧道洞口附近適當(dāng)加密布設(shè)。布設(shè)好光線監(jiān)測(cè)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(guò)光纜將光線應(yīng)變傳感器連接到解調(diào)儀上進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
4結(jié)論
光纖應(yīng)變傳感器以其相較于傳統(tǒng)傳感器的諸多優(yōu)勢(shì)而被廣泛應(yīng)用于隧道中。在隧道施工過(guò)程中，光纖應(yīng)變傳感器可以準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)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(hù)航;在隧道火災(zāi)檢測(cè)報(bào)警方面，光纖傳感器以其自動(dòng)化和網(wǎng)絡(luò)化的特點(diǎn)提供良好的服務(wù)，從而預(yù)防火災(zāi)和減少火災(zāi)造成的損失;在隧道健康監(jiān)測(cè)方面，光纖傳感器可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)隧道襯砌結(jié)構(gòu)并進(jìn)行長(zhǎng)距離傳輸，從而使隧道的全壽命健康診斷與評(píng)估成為了可能。
參考文獻(xiàn)
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光纖傳感技術(shù)論文范文第2篇
本書(shū)為第11屆意大利傳感器與微系統(tǒng)會(huì)議的論文集，其中精選了具有代表性的會(huì)議論文。這次會(huì)議展示了在傳感器與微系統(tǒng)領(lǐng)域的理論模擬與實(shí)際應(yīng)用的最新成果。傳感器與微系統(tǒng)是一個(gè)新興的交叉學(xué)科，其涉及到物理、化學(xué)、材料科學(xué)以及生命科學(xué)等領(lǐng)域。
本書(shū)共分為六部分，第一部分為化學(xué)傳感器，主要介紹了：可調(diào)諧二極管激光光譜儀原位測(cè)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(dòng)的雙層模式組裝；一種室溫下的基于鉑／氧化銥復(fù)合物的氧氣傳感器；聚合物涂層的長(zhǎng)周期光柵作為高靈敏度化學(xué)傳感器；用于低溫下檢測(cè)氫氣的光纖傳感器；溶劑對(duì)復(fù)合薄膜形貌和傳感特性的影響；納米鈦對(duì)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(cè)牛奶中M1黃曲霉素的便攜式熒光計(jì)；利用光學(xué)傳感器檢測(cè)橄欖油的質(zhì)量；質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)體系在計(jì)劃、設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)厚膜氣體檢測(cè)器中的應(yīng)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(cè)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(duì)氫氣的檢測(cè)；包含銀納米簇的氟化聚亞酰胺納米復(fù)合薄膜用于對(duì)有機(jī)氣體的光學(xué)檢測(cè)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(fēng)速計(jì)；一種具有濺射內(nèi)核的二維平面磁通量閥門(mén)；一種用于探測(cè)RF電場(chǎng)的光學(xué)探針；通過(guò)拉曼散射來(lái)測(cè)量多孔硅結(jié)構(gòu)的應(yīng)力；對(duì)熱傳感器的一種十分有效的計(jì)算機(jī)模擬模型；對(duì)硅化鉻應(yīng)力傳感器的認(rèn)識(shí)。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(cè)DNA分子；抑制酪氨酸酶的有機(jī)相酶?jìng)鞲衅鳎挥糜谌肆霾《緳z測(cè)的DNA壓電生物傳感器；用于檢測(cè)硬質(zhì)小麥安全型的用戶友好的電化學(xué)手持設(shè)備；采用SPR成像技術(shù)來(lái)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(shí)驗(yàn)室芯片技術(shù)對(duì)基因進(jìn)行分析；利用硅基玻璃芯片對(duì)化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行快速光學(xué)檢測(cè)；采用不同導(dǎo)電納米顆粒來(lái)控制復(fù)合材料聚合物的傳感性質(zhì)；采用電化學(xué)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(jī)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(duì)印跡二氧化鈦納米粒子的合成與表征；機(jī)車(chē)安全與舒適度測(cè)量；懸臂梁的強(qiáng)制型阻尼振動(dòng)。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(xué)物質(zhì)檢測(cè)裝置；采用雜化電子鼻原位檢測(cè)硫質(zhì)噴氣孔火山口噴發(fā)的火山氣體；對(duì)主要公路旁的漂浮粒子和氧化氮化合物的檢測(cè)；多傳感器布局在敵對(duì)環(huán)境中的機(jī)器人。第六部分為傳感器網(wǎng)絡(luò)和對(duì)傳感器的數(shù)據(jù)分析，主要介紹了對(duì)于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的概覽：對(duì)ZGIGBEE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)一瞥；動(dòng)態(tài)場(chǎng)景下塵埃傳感器網(wǎng)絡(luò)：在城市環(huán)境中普遍應(yīng)用性能的研究；一種配置了IEEE 802.15.4的移動(dòng)設(shè)備的便攜式軟件工具；一種神經(jīng)光譜分類(lèi)的光學(xué)傳感器；對(duì)城市環(huán)境污染檢測(cè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的設(shè)計(jì)；應(yīng)用多傳感器微型化系統(tǒng)對(duì)橄欖油進(jìn)行評(píng)價(jià)。
本書(shū)幾乎涵蓋了傳感器方面的所有方向，包括化學(xué)、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(huì)在本書(shū)中找到有參考價(jià)值的內(nèi)容。
光纖傳感技術(shù)論文范文第3篇
關(guān)鍵詞：光纖通訊 教學(xué)改革 課程設(shè)置
中圖分類(lèi)號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-2117（2014）14-00-02
近年來(lái)，我國(guó)信息技術(shù)飛速發(fā)展，帶來(lái)了信息科技與技術(shù)高速發(fā)展的時(shí)代。信息科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)是光纖通信技術(shù)，它是一門(mén)飛速發(fā)展的技術(shù)學(xué)科。為了適應(yīng)信息科技飛速發(fā)展和通信行業(yè)對(duì)人才需求的變化，我國(guó)許多高等學(xué)府都設(shè)立了光電信息通信類(lèi)的專(zhuān)業(yè)。這些專(zhuān)業(yè)都以光信息科學(xué)技術(shù)為核心。光信息科學(xué)是一門(mén)綜合性很強(qiáng)的學(xué)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?shí)現(xiàn)信息獲取的重要途徑。因此，在其專(zhuān)業(yè)課程的設(shè)置中，專(zhuān)業(yè)的核心主干課程應(yīng)為光纖類(lèi)課程，它既是專(zhuān)業(yè)類(lèi)課程也是學(xué)科上的特色課程。我國(guó)高等學(xué)府對(duì)光纖傳輸?shù)奈锢砘A(chǔ)和光纖技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行全面的闡述并都設(shè)置了光纖類(lèi)學(xué)科的課程。但是，由于光纖類(lèi)學(xué)科課程在教學(xué)內(nèi)容、課程設(shè)置上與社會(huì)所需人才培養(yǎng)上存在著一些問(wèn)題，致使此類(lèi)學(xué)科的改革刻不容緩。
1 光纖類(lèi)學(xué)科課程體系的構(gòu)建
當(dāng)今社會(huì)經(jīng)濟(jì)、政治都發(fā)生了深刻的變化以及科技飛速的發(fā)展導(dǎo)致光電通信行業(yè)對(duì)人才的需求越來(lái)越多樣化。多樣化的人才需求促使我國(guó)的高等教育要實(shí)行改革，要向基礎(chǔ)化和綜合化的方向不斷地發(fā)展。在人才培養(yǎng)上要加強(qiáng)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)理論的設(shè)置、擴(kuò)寬專(zhuān)業(yè)口徑的學(xué)習(xí)和素質(zhì)教育。要實(shí)現(xiàn)寬口徑、厚基礎(chǔ)、強(qiáng)素質(zhì)、廣適應(yīng)的信息人才的培養(yǎng)[1]。
1.1 光纖光學(xué)是獲取信息的物理基礎(chǔ)
專(zhuān)業(yè)的基礎(chǔ)學(xué)科是培養(yǎng)過(guò)程中傳授學(xué)科的基礎(chǔ)知識(shí)，是高等教育的基本工作。在人才培養(yǎng)的過(guò)程中高等學(xué)府設(shè)置基礎(chǔ)課程“光纖光學(xué)”，為學(xué)生提供寬厚的光導(dǎo)纖維的基礎(chǔ)理論知識(shí)，討論傳輸?shù)哪Ｊ嚼碚摗⒛ｑ詈侠碚摵凸饫w的傳輸特性。在這門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程的教學(xué)中，我們要著重強(qiáng)調(diào)基本理論的講解。基本理論是整個(gè)學(xué)科的基礎(chǔ)，在講解上要盡量運(yùn)用實(shí)例進(jìn)行分析，這樣才能讓學(xué)生更加透徹地了解基本概念。理論是應(yīng)用的基礎(chǔ)，只有理論牢固，才能更好地學(xué)習(xí)以后的光纖技術(shù)應(yīng)用的課程。
1.2 光纖通信和光纖傳感是光纖技術(shù)的應(yīng)用
光纖技術(shù)從信息領(lǐng)域的角度考察，主要是設(shè)計(jì)兩個(gè)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(xué)府在教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置上，應(yīng)隨著光纖信息技術(shù)的發(fā)展而發(fā)生變化。在課程設(shè)置上應(yīng)有正確的定位，要通過(guò)光纖的基本原理和光器件原理對(duì)通訊網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行闡述和講解，使學(xué)生能夠掌握光纖通信的基本原理。只有在原理的基礎(chǔ)上方能夠?qū)π畔⒌膫鞑ズ筒杉猩羁痰睦斫狻？傊谡n程的設(shè)置上要把握研究光信息科學(xué)發(fā)展的基本規(guī)律與技術(shù)專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)的機(jī)制，要以科學(xué)的方法為基礎(chǔ)，更要把握國(guó)內(nèi)外光纖類(lèi)學(xué)科設(shè)置的現(xiàn)狀、問(wèn)題以及趨勢(shì)，調(diào)整光纖類(lèi)課程的結(jié)構(gòu)體系，建立起基礎(chǔ)性強(qiáng)、可操作性強(qiáng)的光纖類(lèi)學(xué)科課程體系[2]。
2 教學(xué)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(fù)合型人才。在光纖系列課程的設(shè)置上要針對(duì)以上特點(diǎn)并根據(jù)光電信息專(zhuān)業(yè)人才所需的知識(shí)、技術(shù)和能力從整體的高度打破傳統(tǒng)的教學(xué)模式和課程體系，根據(jù)行業(yè)所需的人才設(shè)置光纖類(lèi)學(xué)科課程，進(jìn)而將其具體化。此外，還應(yīng)該解決原來(lái)各課程中對(duì)單一對(duì)象和知識(shí)進(jìn)行整合的問(wèn)題，避免其內(nèi)容的重復(fù)化，重新建立課程結(jié)構(gòu)體系和內(nèi)容，將教學(xué)的內(nèi)容有機(jī)的結(jié)合，使其更加豐富。
2.1 理論教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置
由于光信息科學(xué)的發(fā)展有著自身的規(guī)律，在光纖通訊的課程的設(shè)置上要符合這一規(guī)律。在課程設(shè)置上要將光纖結(jié)構(gòu)知識(shí)模塊化，只有將其具體的模塊化才能更加清晰地進(jìn)行課程設(shè)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(yīng)用模塊。見(jiàn)表1。
通過(guò)對(duì)光纖光學(xué)、光纖通訊原理與技術(shù)、光纖傳感測(cè)試技術(shù)等三個(gè)課程的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重新的組織和編排，使這三個(gè)課程相輔相成，形成一體。在對(duì)各個(gè)課程體系安排的同時(shí)要對(duì)每個(gè)課程的側(cè)重點(diǎn)進(jìn)行明顯的突出，使其做到特點(diǎn)鮮明、協(xié)調(diào)統(tǒng)一。
2.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置
現(xiàn)代人才的培養(yǎng)不僅要強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)知識(shí)、對(duì)其創(chuàng)新意識(shí)和動(dòng)手能力都有著一定的要求。實(shí)踐教學(xué)過(guò)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(xué)科是一門(mén)理論與技術(shù)相結(jié)合的新型學(xué)科，對(duì)于教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置上既要有理論知識(shí)，同時(shí)也要重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目。在實(shí)驗(yàn)課程的設(shè)置上，好的實(shí)驗(yàn)儀器是必不可少的，如應(yīng)配備光纖熔接機(jī)、光時(shí)域反射儀、光纖信息及傳感實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)等[3]。
（1）光纖基礎(chǔ)操作實(shí)驗(yàn)。光纖基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)是學(xué)生要掌握的基本實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。在實(shí)操時(shí)要在一定程度上能操作整個(gè)實(shí)驗(yàn)，這是這個(gè)學(xué)科實(shí)操的重點(diǎn)。基本操作實(shí)驗(yàn)是指：光纖數(shù)值孔徑的性質(zhì)和測(cè)量實(shí)驗(yàn)；管線傳輸耗損性質(zhì)與測(cè)量實(shí)驗(yàn)、光源與光纖耦合方法實(shí)驗(yàn)、光纖可調(diào)衰減器特性實(shí)驗(yàn)、光纖隔離器特性及參數(shù)實(shí)驗(yàn)、半導(dǎo)體激光器和發(fā)光二極管特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)、模擬信號(hào)光纖傳輸實(shí)驗(yàn)、數(shù)字信號(hào)光纖傳輸實(shí)驗(yàn)等基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。這些實(shí)驗(yàn)都是本學(xué)科的基礎(chǔ)，對(duì)學(xué)生了解光纖的基礎(chǔ)知識(shí)有著重要的幫助，應(yīng)將其內(nèi)容設(shè)置到教學(xué)的課程中，要求學(xué)生能夠掌握。
（2）特種光纖及模式功率分布傳感原理實(shí)驗(yàn)、光纖分束器參數(shù)及MZ干涉儀原理實(shí)驗(yàn)、光纖傳感的壓力測(cè)量實(shí)驗(yàn)等。這里技術(shù)光纖技術(shù)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容都為必修的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。
在實(shí)驗(yàn)的操作中學(xué)校要給學(xué)生提供方便，對(duì)儀器的操作教師都應(yīng)盡量地進(jìn)行實(shí)際的指導(dǎo)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行全面開(kāi)放，幫助學(xué)生進(jìn)行仿真模擬實(shí)驗(yàn)。還可以根據(jù)學(xué)生的特點(diǎn)和興趣點(diǎn)，選擇一些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目或者以組單位自己搭建實(shí)驗(yàn)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(xué)生做實(shí)驗(yàn)的興趣和提升學(xué)生實(shí)際操作的能力[4]。
綜上所述，光纖通訊是一個(gè)綜合性強(qiáng)的學(xué)科，對(duì)理論和實(shí)際操作的能力都有著一定的要求。我們?cè)谠搶W(xué)科的設(shè)置上要符合光信息科學(xué)發(fā)展的基本規(guī)律，還要結(jié)合光信息科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)的機(jī)制。更要把握我國(guó)光纖教學(xué)現(xiàn)狀以及問(wèn)題，根據(jù)實(shí)際情況，構(gòu)建適合光纖類(lèi)課程的結(jié)構(gòu)體系。在整個(gè)課程的設(shè)置方面要強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)、突出應(yīng)用。要將理論基礎(chǔ)與實(shí)踐教學(xué)相融合，同時(shí)教學(xué)改革思路也要遵循該原則對(duì)整個(gè)課程進(jìn)行設(shè)置。要加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，要運(yùn)用多種教學(xué)手段進(jìn)行創(chuàng)新教育，使學(xué)生對(duì)原理知識(shí)理解的同時(shí)，努力提高對(duì)應(yīng)用環(huán)節(jié)的操作，培養(yǎng)其動(dòng)手的能力，使其學(xué)以致用。同時(shí)要有特色的教學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生對(duì)光纖通訊技術(shù)產(chǎn)生興趣，把枯燥的知識(shí)變得有趣，使其適應(yīng)社會(huì)的需求。
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光纖傳感技術(shù)論文范文第4篇
關(guān)鍵詞：混凝土 氯離子 傳感器 鋼筋銹蝕
中圖分類(lèi)號(hào)：TU37 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(jīng)濟(jì)實(shí)用的橋梁建筑材料在沿海橋梁工程中廣泛應(yīng)用，其中氯離子侵入、鋼筋銹蝕、重載等問(wèn)題已成為影響結(jié)構(gòu)安全、耐久、高效運(yùn)營(yíng)的主要因素[1]。基礎(chǔ)設(shè)施遭遇環(huán)境破壞的情況在世界許多地區(qū)是嚴(yán)重的、大量存在的問(wèn)題，并且已經(jīng)逐漸成為一個(gè)經(jīng)濟(jì)問(wèn)題。其中，鋼筋銹蝕是影響鋼筋混凝土基礎(chǔ)設(shè)施耐久性的主導(dǎo)、關(guān)鍵因素[2-3]。以美國(guó)為例，二十世紀(jì)五六十年代前是其基礎(chǔ)設(shè)施大規(guī)模興建時(shí)期，而二十世紀(jì)七八十年代后，美國(guó)步入了大規(guī)模基礎(chǔ)設(shè)施修復(fù)時(shí)期。美國(guó)1991年的調(diào)查統(tǒng)計(jì)表明，每年基礎(chǔ)設(shè)施的修復(fù)費(fèi)用，已經(jīng)占據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施固定資產(chǎn)的10%，美國(guó)鋼筋混凝土銹蝕的修復(fù)費(fèi)每年高達(dá)2 500億美元，其中1 550億美元花在橋梁上。在我國(guó)，混凝土耐久性問(wèn)題也同樣十分嚴(yán)重，20世紀(jì)90年前我國(guó)修建的海港工程，一般使用10～20年就會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的鋼筋銹蝕，80%以上的港口基本都發(fā)生了嚴(yán)重的鋼筋銹蝕破壞，結(jié)構(gòu)使用壽命基本達(dá)不到設(shè)計(jì)要求[4]。
美國(guó)學(xué)者用“五倍定律”形象地說(shuō)明混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的嚴(yán)重性，特別是設(shè)計(jì)對(duì)耐久性問(wèn)題的重要性[4]。設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)新建項(xiàng)目在鋼筋防護(hù)方面，每節(jié)省1美元，則發(fā)現(xiàn)鋼筋銹蝕時(shí)采取措施多追加5美元，混凝土開(kāi)裂時(shí)多追加維護(hù)費(fèi)用25美元，嚴(yán)重破壞時(shí)多追加維護(hù)費(fèi)用125美元。
在海洋環(huán)境混凝土結(jié)構(gòu)耐久性研究領(lǐng)域，雖然國(guó)內(nèi)外都已經(jīng)在腐蝕機(jī)理、修補(bǔ)、防護(hù)和耐久性設(shè)計(jì)等方面取得了大量的成果，但由于該問(wèn)題的復(fù)雜性，目前在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中還只能通過(guò)對(duì)混凝土配比、保護(hù)層厚度以及其它一些構(gòu)造措施來(lái)間接反映結(jié)構(gòu)對(duì)使用壽命的要求。對(duì)于重要的基礎(chǔ)設(shè)施工程，欲達(dá)到100年或以上的使用年限，國(guó)際上尚缺乏普遍認(rèn)可的基于可靠度的設(shè)計(jì)理論，發(fā)達(dá)國(guó)家目前的做法是對(duì)基于持續(xù)動(dòng)態(tài)獲得的結(jié)構(gòu)原體耐久性關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行“耐久性再設(shè)計(jì)”，其實(shí)施前提就是動(dòng)態(tài)獲得結(jié)構(gòu)原體耐久性關(guān)鍵參數(shù)的信息反饋。因?yàn)樵俸玫脑O(shè)計(jì)和措施都不能期望能夠預(yù)見(jiàn)在長(zhǎng)達(dá)百年服役期內(nèi)的所有環(huán)境負(fù)荷及其耦合作用。
因此，對(duì)于沿海橋梁工程，有必要建立一套完善的結(jié)構(gòu)耐久性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以獲得混凝土結(jié)構(gòu)耐久性下降、強(qiáng)度退化的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，進(jìn)行耐久性再設(shè)計(jì)，提前做好防腐措施。對(duì)于難以到達(dá)的結(jié)構(gòu)，如水下基礎(chǔ)、跨海橋梁基礎(chǔ)、海底隧道等，腐蝕監(jiān)測(cè)更是其他檢測(cè)手段無(wú)法替代的。目前國(guó)內(nèi)在橋梁的變形等監(jiān)測(cè)方便已經(jīng)有了很多成熟的傳感器和檢測(cè)手段，但是對(duì)于耐久性傳感器的開(kāi)發(fā)和耐久性監(jiān)測(cè)的研究尚屬空白。為了提高我國(guó)的工程質(zhì)量，建設(shè)百年工程，發(fā)展耐久性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是非常有意義也非常必要的。
1 沿海環(huán)境混凝土腐蝕監(jiān)測(cè)原理
混凝土是一種高堿性環(huán)境（pH值約在13左右），鋼筋在這種環(huán)境下表面形成鈍態(tài)膜，因此其腐蝕速率非常低。但是當(dāng)鋼筋混凝土被Clˉ污染時(shí)，如海洋環(huán)境或者橋梁結(jié)構(gòu)冬季灑除冰鹽后，Clˉ通過(guò)混凝土表面的空隙逐漸擴(kuò)散至鋼筋表面，Clˉ可以破壞鋼筋的表面鈍性，鋼筋由鈍態(tài)轉(zhuǎn)為活性態(tài)，當(dāng)鋼筋脫鈍后，如果還存在侵蝕條件，則鋼筋陽(yáng)極處就失去電子生銹，鋼筋進(jìn)入腐蝕階段。鋼筋的腐蝕產(chǎn)物多為Fe3O4等氧化物，其體積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于產(chǎn)生這些產(chǎn)物的鋼的體積，因此產(chǎn)生了內(nèi)應(yīng)力，使混凝土開(kāi)裂。混凝土耐久性下降，性能退化可分為幾個(gè)階段，見(jiàn)圖1。
國(guó)內(nèi)目前主要依靠實(shí)驗(yàn)室快速試驗(yàn)獲取的參數(shù)以及現(xiàn)場(chǎng)同條件構(gòu)件破損程度檢測(cè)間接預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)使用壽命，但由于存在各種不確定因素，預(yù)測(cè)精度難以保證，而且存在無(wú)法動(dòng)態(tài)反饋的缺點(diǎn)。但如果在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部埋入能監(jiān)測(cè)整個(gè)氯離子侵蝕過(guò)程的傳感器，動(dòng)態(tài)地、長(zhǎng)期地獲得混凝土腐蝕進(jìn)展情況及一些關(guān)鍵參數(shù)的信息反饋，那么就可以做到精確預(yù)測(cè)。一旦壽命預(yù)測(cè)結(jié)果小于設(shè)計(jì)年限，就可以對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行耐久性再設(shè)計(jì)，及時(shí)啟動(dòng)腐蝕防護(hù)預(yù)案，并繼續(xù)對(duì)前鋒面進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以確認(rèn)腐蝕保護(hù)措施的效果。
2 國(guó)外研究現(xiàn)狀
20世紀(jì)80年代末，歐洲開(kāi)始研發(fā)腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其中有德國(guó)S+R SensorTech公司的梯形陽(yáng)極混凝土結(jié)構(gòu)預(yù)埋式腐蝕監(jiān)測(cè)傳感系統(tǒng)（Anode-Ladder-System，見(jiàn)圖2）和丹麥的FORCE Technology公司的環(huán)形多探頭陽(yáng)極混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（Nagel-System，見(jiàn)圖3），這兩個(gè)系統(tǒng)在歐洲及非洲很多大型混凝土結(jié)構(gòu)工程中得到了應(yīng)用。兩者的共同原理都是把傳感器安裝在結(jié)構(gòu)內(nèi)部，根據(jù)不同高度陽(yáng)極的脫鈍腐蝕情況來(lái)提前預(yù)警鋼筋的腐蝕時(shí)間。
對(duì)于以上兩種傳感器，不同高度陽(yáng)極的脫鈍判據(jù)基于電化學(xué)宏電池腐蝕原理[5-6]。然而，大量研究表明，當(dāng)混凝土內(nèi)部相對(duì)濕度處于一般或較低水平時(shí)，由于混凝土電阻率較大，電化學(xué)微電池腐蝕占據(jù)主導(dǎo)地位；只有當(dāng)混凝土內(nèi)部相對(duì)濕度很大（大于90%）時(shí)，宏電池腐蝕才成為主控因素[7-8]，但過(guò)大的內(nèi)部濕度會(huì)導(dǎo)致陽(yáng)極表面電子聚集引起自腐蝕電位顯著負(fù)移，即使陽(yáng)極處于鈍化態(tài)，測(cè)試得到的宏電流仍會(huì)顯著增加，表現(xiàn)出已經(jīng)脫鈍的假象[9-10]。因此，宏電流測(cè)試技術(shù)只適用于一般濕度條件，且要求陰陽(yáng)極間距很小，否則由于混凝土電阻的影響會(huì)造成測(cè)試得到的宏電流數(shù)值較小，不容易判斷鋼筋腐蝕的情況；特別是對(duì)于水下區(qū)混凝土的腐蝕監(jiān)測(cè)，以上兩種傳感器并不適用。
基于德國(guó)梯形陽(yáng)極檢測(cè)原理，近些年加拿大的ROCKTEST公司開(kāi)發(fā)了SENSCORE腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（見(jiàn)圖4），不過(guò)這套系統(tǒng)剛剛問(wèn)世不久，尚未真正大規(guī)模應(yīng)用于工程。
區(qū)別于以上3種基于宏電池測(cè)試技術(shù)的傳感器，美國(guó)Virginia Technologies研發(fā)的ECI腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)則有了實(shí)質(zhì)性的改進(jìn)。該傳感器可實(shí)現(xiàn)5個(gè)主要參數(shù)的測(cè)試，分別為線性極化電阻、開(kāi)路電位、混凝土電阻、氯離子濃度、溫度。基于微電池測(cè)試技術(shù)，采用氧化錳固體參比電極，通過(guò)測(cè)試碳鋼工作電極的開(kāi)路電位和線性極化電阻來(lái)判定鋼筋的腐蝕狀態(tài)；借助于銀/氯化銀參比電極，可實(shí)現(xiàn)氯離子濃度的監(jiān)測(cè)；混凝土電阻率采用了更為合理的四電極測(cè)試技術(shù)，較陽(yáng)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(kāi)路電位和線性極化電阻來(lái)判定鋼筋的腐蝕狀態(tài)，仍無(wú)法避免混凝土在高濕缺氧狀態(tài)下的自腐蝕電位負(fù)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(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè)。（2）氯離子濃度的監(jiān)測(cè)通過(guò)銀/氯化銀參比電極相對(duì)于氧化錳固體參比電極的電壓來(lái)間接顯示，不同混凝土材料其電壓與氯離子濃度間的標(biāo)定曲線不盡相同，海水中的其他鹵素離子會(huì)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(yàn)。（3）此傳感器只能監(jiān)測(cè)混凝土中某一深度處的腐蝕狀態(tài)，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(duì)整個(gè)腐蝕進(jìn)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)，則需在不同深度處放置傳感器，如此便會(huì)大大增加監(jiān)測(cè)成本。
3 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀
國(guó)內(nèi)也有大量研究人員和機(jī)構(gòu)進(jìn)行混凝土耐久性傳感器的研制和開(kāi)發(fā)。近年來(lái)誕生的多項(xiàng)關(guān)于混凝土中鋼筋腐蝕監(jiān)測(cè)的發(fā)明專(zhuān)利在一定程度上反映了國(guó)內(nèi)同行在這方面的不懈追求，也反映了這個(gè)研究領(lǐng)域活躍的現(xiàn)狀。趙永韜[14]的發(fā)明涉及一種測(cè)試和分析材料耐腐蝕性能和鋼筋腐蝕速度的儀器，可測(cè)量腐蝕體系的極化電阻、塔菲爾斜率等參數(shù)；宋曉冰等[15]公開(kāi)的發(fā)明涉及一種鋼筋混凝土構(gòu)件中的鋼筋腐蝕長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)傳感器，可用于直接對(duì)腐蝕發(fā)生的載體（鋼筋）進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，確定腐蝕介質(zhì)入侵鋒面距離鋼筋的距離；吳瑾等人[16]公開(kāi)了一種基于光纖光柵的鋼筋腐蝕監(jiān)測(cè)方法，由光柵波長(zhǎng)移動(dòng)量及速率推斷鋼筋腐蝕程度與速率的關(guān)系；梁大開(kāi)等人[17]的發(fā)明涉及長(zhǎng)周期光纖光柵的鋼筋腐蝕監(jiān)測(cè)方法及其傳感器，通過(guò)判斷光柵是否發(fā)生了彎曲來(lái)推斷鋼筋腐蝕的程度與速率。中國(guó)國(guó)家金屬腐蝕與防護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室對(duì)金屬銹蝕的在線無(wú)損腐蝕電化學(xué)監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)研究[18]，并開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的電化學(xué)傳感器等探測(cè)儀樣機(jī)。吳文操[19]采用無(wú)線監(jiān)測(cè)技術(shù)，研究改進(jìn)了基于射頻技術(shù)的鋼筋腐蝕無(wú)線傳感器，并進(jìn)行了電路分析和傳感器實(shí)驗(yàn)研究。
現(xiàn)階段，對(duì)于氯離子濃度的監(jiān)測(cè)主要基于銀/氯化銀參比電極來(lái)實(shí)現(xiàn)。但在實(shí)際應(yīng)用中參比電極的穩(wěn)定性與耐久性能仍有待驗(yàn)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(shí)間及鋼筋附近氯離子濃度，Liu.T通過(guò)試驗(yàn)回歸分析建立了如下計(jì)算模型。該項(xiàng)目擬通過(guò)大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)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(shí)間之間的映射關(guān)系，以期提出一種新的氯離子濃度監(jiān)測(cè)技術(shù)。
式中：i為腐蝕電流密度，μA/cm2；Cl為氯離子濃度，kg/m3；T為環(huán)境溫度，K；Rc為混凝土電阻，Ω；t為時(shí)間，a。
4 結(jié)語(yǔ)
該文對(duì)目前國(guó)內(nèi)外在混凝土耐久性監(jiān)測(cè)技術(shù)方面的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。該文旨在分析國(guó)內(nèi)外在耐久性監(jiān)測(cè)技術(shù)方面的討論，指出各種傳感技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，為研究人員在耐久性監(jiān)測(cè)傳感器的研發(fā)方面提供新的思路。特別是對(duì)使用最為廣泛的Anode-Ladder-System and Corrowatch System這兩種傳感器進(jìn)行了深入分析，由于這兩種傳感器的檢測(cè)原理是鋼筋銹蝕半電池電位測(cè)試原理，因此該傳感器受混凝土內(nèi)部濕度影響較大。對(duì)于美國(guó)的ECI傳感器，該文也進(jìn)行了優(yōu)缺點(diǎn)分析，特別是該傳感器只能監(jiān)測(cè)一個(gè)深度的耐久性劣化闡述，若要監(jiān)測(cè)不同深度的耐久性劣化進(jìn)程，則需布置多個(gè)傳感器，如此將顯著增加監(jiān)測(cè)成本。最后，該文提出一個(gè)監(jiān)測(cè)氯離子氯離子的間接方法，即通過(guò)監(jiān)測(cè)混凝土內(nèi)部溫度、電阻率、鋼筋電流密度等參數(shù)反算氯離子濃度。
參考文獻(xiàn)
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光纖傳感技術(shù)論文范文第5篇
論文摘要數(shù)字化校園網(wǎng)的不斷發(fā)展改變了校園的學(xué)習(xí)和生活，為學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)提供了一個(gè)嶄新的環(huán)境。對(duì)校園網(wǎng)中出現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)進(jìn)行闡述，繼而論述其對(duì)創(chuàng)新環(huán)境建設(shè)所起的作用。
創(chuàng)新人才的培養(yǎng)需要一個(gè)數(shù)字化的校園環(huán)境。數(shù)字化校園環(huán)境建設(shè)的基礎(chǔ)是IT，而IT的發(fā)展有賴于持續(xù)的、無(wú)止境網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展。因此，網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)的發(fā)展會(huì)給數(shù)字化校園網(wǎng)創(chuàng)新性環(huán)境建設(shè)注入新的活力，從而為學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)提供一個(gè)不斷變化發(fā)展的環(huán)境。
校園網(wǎng)建設(shè)中出現(xiàn)的新一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)的發(fā)展與融合，現(xiàn)代社會(huì)以前所未有的速度進(jìn)入嶄新的網(wǎng)絡(luò)信息時(shí)代。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是一個(gè)新老更替、優(yōu)勝劣汰的發(fā)展過(guò)程，新技術(shù)、新方法的發(fā)展日新月異、層出不窮，新技術(shù)的發(fā)展是以應(yīng)用為目的，因此以Internet為代表的新一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)革命正逐步走近校園網(wǎng)的建設(shè)。
一個(gè)復(fù)雜的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)——物聯(lián)網(wǎng)走近校園網(wǎng)
物聯(lián)網(wǎng)的完整定義是：指通過(guò)傳感器、射頻識(shí)別（RFID）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按照約定的協(xié)議，將任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通訊，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)[1]。其目的是讓所有的物品都與網(wǎng)絡(luò)連接在一起，方便識(shí)別、管理和控制。
物聯(lián)網(wǎng)不僅僅提供了傳感器的連接，其本身也具有智能處理的能力，能夠?qū)ξ矬w實(shí)施智能控制。物聯(lián)網(wǎng)將傳感器和智能處理相結(jié)合，利用云計(jì)算、模式識(shí)別等各種智能技術(shù)，擴(kuò)充其應(yīng)用領(lǐng)域。從傳感器獲得的海量信息中分析、加工和處理出有意義的數(shù)據(jù)，以適應(yīng)不同用戶的不同需求，發(fā)現(xiàn)新的應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用模式。目前，物聯(lián)網(wǎng)已用于校園網(wǎng)的安防管理，著手建立基于校園網(wǎng)的信息管理平臺(tái)。然而，隨著傳感技術(shù)的不斷發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)在學(xué)校的應(yīng)用也將進(jìn)一步深入。將物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于專(zhuān)業(yè)教學(xué)和建設(shè)，為相關(guān)專(zhuān)業(yè)建立真正意義上的模擬實(shí)訓(xùn)基地提供技術(shù)保障成為可能。
新一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)——三網(wǎng)融合應(yīng)用于校園網(wǎng)
所謂三網(wǎng)融合是指電信網(wǎng)、有線電視網(wǎng)、和互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)資源融合[2]。其目的是通過(guò)優(yōu)化現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)配置、綜合利用、整合現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)資源、采用全數(shù)字化連接、寬帶數(shù)據(jù)交換與傳輸、高度集成業(yè)務(wù)、簡(jiǎn)化終端接口、智能化管理與控制等方式改造多媒體信息網(wǎng)絡(luò)，向用戶提供視頻、數(shù)據(jù)、語(yǔ)音等多媒體信息服務(wù)。
“三網(wǎng)融合”利用原有的電視設(shè)備對(duì)其進(jìn)行改造，形成數(shù)字化電視網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)寬帶接入、程序下載、多應(yīng)用多業(yè)務(wù)等功能。在此基礎(chǔ)上電視網(wǎng)、電信網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合，相互補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)基于“三網(wǎng)融合”技術(shù)的校園網(wǎng)由光纖以太網(wǎng)、閉路電視網(wǎng)升級(jí)的HFC雙向網(wǎng)絡(luò)組成，即電視與廣播子網(wǎng)采用數(shù)字技術(shù)與數(shù)字廣播技術(shù)，把電視信號(hào)與廣播信號(hào)轉(zhuǎn)為IP包，在局域網(wǎng)內(nèi)廣播，形成校內(nèi)的廣播與電視臺(tái)，網(wǎng)內(nèi)任何一臺(tái)電腦終端都可接收。
無(wú)線局域網(wǎng)與3G入住校園
無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)（Wireless Local Area Networks，WLAN）是相當(dāng)便利的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，它利用射頻（Radio Frequency，RF）的技術(shù)，取代舊式礙手礙腳的雙絞銅線（Coaxial）所構(gòu)成的局域網(wǎng)絡(luò)，使得無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)能利用簡(jiǎn)單的存取架構(gòu)讓用戶透過(guò)它，達(dá)到“信息隨身化，便利走天下”的理想境界。目前，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)已應(yīng)用于高校校園分布較遠(yuǎn)的校區(qū)之間、分布不規(guī)則的校園建筑物和建筑物內(nèi)部、會(huì)議廳、校園公共休息場(chǎng)所、教工宿舍樓及各學(xué)校與教研網(wǎng)中心的接入和互聯(lián)。
3G即三代移動(dòng)通信技術(shù)（3rd-generation，3G），是指支持高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆涓C移動(dòng)通訊技術(shù)。3G的典型特征是能夠同時(shí)提供語(yǔ)音及數(shù)據(jù)的高速無(wú)線移動(dòng)服務(wù)，速率一般在幾百kbps以上。校園網(wǎng)利用3G網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)建設(shè)，以TD-HSDPA網(wǎng)絡(luò)作為主體網(wǎng)絡(luò)，以WLAN網(wǎng)絡(luò)覆蓋方式對(duì)于宿舍、圖書(shū)館等室內(nèi)熱點(diǎn)地區(qū)進(jìn)行輔助補(bǔ)充，使得“無(wú)線校園”網(wǎng)絡(luò)具有靈活布設(shè)、高帶寬和無(wú)線接入優(yōu)勢(shì)。
新一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)——云計(jì)算探索校園
狹義云計(jì)算是指IT基礎(chǔ)設(shè)施的交付和使用模式，指通過(guò)網(wǎng)絡(luò)以按需、易擴(kuò)展的方式獲得所需的資源；廣義云計(jì)算是指服務(wù)的交付和使用模式，指通過(guò)網(wǎng)絡(luò)以按需、易擴(kuò)展的方式獲得所需的服務(wù)。它是網(wǎng)絡(luò)中協(xié)同工作的一組虛擬的服務(wù)器群，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)大支持，使計(jì)算分布在大量的分布式計(jì)算機(jī)上，而非本地計(jì)算機(jī)或遠(yuǎn)程服務(wù)器中，提供基礎(chǔ)設(shè)施、平臺(tái)和軟件應(yīng)用服務(wù)來(lái)實(shí)現(xiàn)特定連接后在網(wǎng)絡(luò)中的分布式數(shù)據(jù)處理[3]。它是一種基礎(chǔ)架構(gòu)管理方法論：把大量的高度虛擬化的資源管理起來(lái)，組成一個(gè)大的資源池，用來(lái)統(tǒng)一提供服務(wù)（IBM）以公開(kāi)的標(biāo)準(zhǔn)和服務(wù)為基礎(chǔ)，以互聯(lián)網(wǎng)為中心，提供安全、快速、便捷的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)計(jì)算服務(wù)（Google）統(tǒng)一的特征。
云計(jì)算應(yīng)用于校園網(wǎng)需要其提供IT基礎(chǔ)架構(gòu)，而不需購(gòu)買(mǎi)昂貴的硬件設(shè)備。可以在信息傳輸?shù)幕A(chǔ)設(shè)施的建設(shè)上實(shí)現(xiàn)覆蓋全面化、性能最優(yōu)化、規(guī)模最大化、費(fèi)用最低化，同時(shí)還能滿足教育網(wǎng)絡(luò)所需的實(shí)用性、穩(wěn)定性、安全技術(shù)先進(jìn)性等多方面需求。
校園網(wǎng)中新技術(shù)對(duì)創(chuàng)新環(huán)境建設(shè)的影響
在教育創(chuàng)新與創(chuàng)新教育的大背景下，需要建立創(chuàng)新教育環(huán)境，特別是學(xué)校創(chuàng)新環(huán)境。網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)應(yīng)用于校園網(wǎng)的建設(shè)，改變了原有的校園教學(xué)、學(xué)習(xí)、生活環(huán)境，利用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思想將新技術(shù)運(yùn)用于校園的創(chuàng)新環(huán)境建設(shè)成為可能。
物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)智能化教學(xué)
創(chuàng)新環(huán)境首先是課堂環(huán)境的創(chuàng)新。利用物聯(lián)網(wǎng)對(duì)傳統(tǒng)課堂和虛擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行拓展：可以利用智能標(biāo)簽識(shí)別需要學(xué)習(xí)的對(duì)象，并且根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)行為記錄，調(diào)整學(xué)習(xí)內(nèi)容；建立泛在學(xué)習(xí)環(huán)境；在空間上和交互環(huán)節(jié)上，通過(guò)實(shí)地考察和實(shí)踐，增強(qiáng)學(xué)生的體驗(yàn)。例如，實(shí)驗(yàn)教學(xué)中需要學(xué)生運(yùn)用各種實(shí)驗(yàn)器材，可以為每種實(shí)驗(yàn)器材粘貼帶有二維碼的標(biāo)簽，學(xué)生看到這種器材后，除了可以知道它的名字，還可以用手機(jī)識(shí)別二維碼從教學(xué)平臺(tái)上獲得其相關(guān)擴(kuò)展內(nèi)容。物聯(lián)網(wǎng)還解決校園網(wǎng)的安全認(rèn)證問(wèn)題，創(chuàng)新性環(huán)境建設(shè)需要一個(gè)開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)資源系統(tǒng)，然而開(kāi)放必然會(huì)引發(fā)不安全因素。而網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)提供了校園安全認(rèn)證。
三網(wǎng)合一創(chuàng)建全面的資源利用平臺(tái)
三網(wǎng)融合進(jìn)入校園是信息發(fā)展的必然趨勢(shì)和推進(jìn)信息化戰(zhàn)略的必然選擇。它充分利用已有的網(wǎng)絡(luò)資源，在原有的視頻網(wǎng)基礎(chǔ)上采用數(shù)字技術(shù)改造，使其適應(yīng)于IP網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)改造電視網(wǎng)絡(luò)或終端，與電信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)重新組成一個(gè)新的系統(tǒng)。新網(wǎng)絡(luò)可以承載更多的業(yè)務(wù)、實(shí)現(xiàn)更多的功能，可以充分利用電視、廣播、網(wǎng)上資源，通過(guò)各種方式得到最前沿的知識(shí)、技術(shù)，從而影響改變?nèi)说乃季S。創(chuàng)新環(huán)境的建設(shè)首先是教師和學(xué)生的思維觀念的轉(zhuǎn)變，三網(wǎng)融合實(shí)現(xiàn)了多種途徑、方式獲取知識(shí)。而且三網(wǎng)融合可以更充分利用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開(kāi)展遠(yuǎn)程教育，發(fā)揮優(yōu)質(zhì)教育資源的作用。
無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與3G技術(shù)創(chuàng)造普適學(xué)習(xí)模式
普適學(xué)習(xí)是普適計(jì)算環(huán)境下的學(xué)習(xí)方式，透過(guò)無(wú)所不在的運(yùn)算環(huán)境，在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)、任何設(shè)備提供給學(xué)習(xí)者持續(xù)而合適的學(xué)習(xí)資訊。普適學(xué)習(xí)的主要特征在于：永久性，易于獲取，即時(shí)性，交互性，教學(xué)活動(dòng)真實(shí)性，適應(yīng)性，協(xié)作性。普適學(xué)習(xí)環(huán)境應(yīng)該是多維度的，能提供視、聽(tīng)、讀或者其結(jié)合，才能對(duì)知識(shí)有全面深刻的理解，才能超脫其原有學(xué)習(xí)情境，才能給人以更廣闊深遠(yuǎn)的思考，繼而擴(kuò)展遷移到其他領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與3G技術(shù)實(shí)現(xiàn)了校園內(nèi)隨時(shí)隨地都能上網(wǎng)，并且可以多人同時(shí)上網(wǎng)，并提供了更快的網(wǎng)速，創(chuàng)造了校園普適學(xué)習(xí)環(huán)境。
云計(jì)算構(gòu)建更新的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)境
云計(jì)算的服務(wù)模式是將設(shè)備的更新?lián)Q代的任務(wù)交給了服務(wù)的提供者——數(shù)據(jù)中心的建立者或者是相關(guān)服務(wù)的提供商。這樣，云計(jì)算模式就為教育領(lǐng)域擴(kuò)展出一個(gè)嶄新的學(xué)習(xí)空間，也為信息共享、信息協(xié)作和學(xué)習(xí)創(chuàng)造了一個(gè)全新的環(huán)境。即可以使學(xué)習(xí)者通過(guò)云計(jì)算提供的服務(wù)更好地利用信息資源和服務(wù)。
結(jié)束語(yǔ)
置身于最尖端的環(huán)境才能更好地創(chuàng)新。新一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在不斷地發(fā)展，在校園網(wǎng)中的應(yīng)用也在不斷地深入。技術(shù)重在應(yīng)用，隨著網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)更好地發(fā)展，如何能更好的應(yīng)用校園網(wǎng)創(chuàng)建校園的創(chuàng)新性環(huán)境值仍需要我們努力。
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