光纤传感方向的光学硕士就业如何？

一、光纤传感方向的光学硕士就业如何？

光纤传感作为研究方向还是不错的，传感原理、传感器结构、新型光纤、多参数测量等都有值得深入研究的地方，只要在一方面有所创新就可以发表满足研究生毕业的文章了；

但是如果想继续读博，还是要结合导师的具体研究方向和实验室的具体条件来进行研究和实验的。

现在光纤传感市场发展不错，特别是DTS。

市场不错，就业应该就比较容易。

二、周利民的学术及科研成果

对复合材料的界面工程、大型结构的复合材料增强技术及光纤维传感器监测技术、形状记忆合金驱动的智能复合材料及记忆合金在工程中的应用等领域做了大量的研究并取得了丰硕的成果。至今，共在国际刊物上发表论文120多篇，被引用400多次，国际学术会议上发表论文50多篇。

（1）在复合材料界面工程方面

在复合材料界面工程领域做出了十分重要的贡献。早期高.米（高玉臣，米耀荣）纤维拔出模型的基础上，又做了大量的系统的研究工作，并也考虑了有限嵌入纤维长度、相邻纤维的束缚、纤维表面的涂层和纤维表面的粗糙度等等的影响。考虑到纤维的泊松膨胀效应和在纤维-基体界面脱粘处的可变摩擦力，该模型被广泛推广到纤维推出的情形（与陶瓷基复合材料有关），基于Griffith断裂力学判据，并考虑纤维缺陷的统计分布和界面脱粘-基体断裂之间的转变，申请人还进一步将该理论模型推广到单纤维的碎裂测试及纤维基体界面的疲劳扩展及对复合材料基本裂纹的影响。基于这些研究成果，申请人和他的合作者共发表了近二十篇SCI收录的国际学术杂志论文，并已被引用超过了二百三十次。

（2）用于大型结构中的复合材料增强及光纤传感器监测技术

对用复合材料增强和修复大型结构作了大量的系统的研究，同时成功地将光纤维传感器技术应用于监测增强和修复后结构内部及复合材料与结构界面处的应变及变力的变化。研究中考虑了纤维层数、温度变化、基体裂纹形状、复合材料的粘结方式对界面及温度粘结强度及断裂的影响。考虑到光纤传感器细小易断的特点，设计并制作了多种预埋式、混凝土或塑料包裹式的光纤传感器，并成功地应用于混凝土结构中。对基于白光干涉原理的光纤传感技术做了大量的研究。设计和制造了多种传感器并将其应用于山体滑坡的监测工程中，基于上述的研究结果，与合作人在国际刊物上共发表了四十多篇学术论文。

（3）记忆合金在工程中的应用及智能复合材料方面

形状记忆合金（SMA）是一种重要的智能材料，并在医疗器领域得到了广泛的应用。然而在其它工程领域则没有被广泛采用。申请人在SMA的工程化方面做了大量的研究工作，设计和制造了多种SMA驱动器，可用于日常生活中的多种产品中，包括防火通道的自动控制、三维装饰产品的无声驱动、家用电器、玩具等。并成功取得了两项美国专利（US6,686,564;US6,390,878）、一项英国专利（GB2357555）和一项中国专利（CN.0）。申请人在SMA智能复合材料领域做了大量的研究，通过考虑SMA纤维与复合材料基体的相互作用，应力传递的极限，应力与温度引起的相变，建立了新的优化驱动条件，SMA-基体界面破坏判据及复合材料梁的固有频率控制模型。

（4）纳米材料及技术方面

申请人于近年已将研究领域扩展到纳米复合材料及技术，并于近期成功研制出二氧化钛纳米管，现正在研制基于钛纳米管的生物传感器。

三、新型传感器有哪些？

一、固态图象传感器（CCD）

其工作过程是：首先由光学系统将被测物体成象在CCD的受光面上，受光面下的许多光敏单元形成了许多象素点，这些象素点将投射到它的光强转换成电荷信号并存储。然后在时钟脉冲信号控制下，将反映光象的被存储的电荷信号读取并顺序输出，从而完成了从光图象到电信号的转化过程。CCD传感器由MOS电容组成，金属和Si衬底是电容器两极，SiO2为介质。在金属栅上加正向电压UG，Si中的电子被吸引到衬底和SiO2的交界面上，空穴被排斥，于是在电极下形成一个表面带负电荷的耗尽区。

1.CCD的基本结构和原理

CCD的基本结构，是在N型或P型硅衬底上生成一层厚度约120nm的二氧化硅层，然后在二氧化硅层上依一定次序沉积金属电极，形成MOS电容器阵列，最后加上输入和输出端便构成了CCD器件。CCD的工作原理是建立在CCD的基本功能上，即电荷的产生、存储和转移。

（1）电荷的产生、存储 构成CCD的基本单元是MOS电容器，结构中半导体以P型硅为例，金属电极和硅衬底是电容器两极，SiO2为介质。在金属电极（栅极）上加正向电压 G时，由此形成的电场穿过SiO2 薄层，吸引硅中的电子在SiDSiO2的界面上，而排斥Si－SiO2界面附近的空穴，因此形成一个表面带负电荷，而里面没有电子和空穴的耗尽区。与此同时，Si－SiO2界面处的电势（称表面势 S）发生相应变化，若取硅衬底内的电位为零，表面势 S的正值方向朝下，如图1-45b所示。当金属电极上所加的电压 G超过MOS晶体上开启电压时，Si－SiO2界面可存储电子。由于电子在那里势能较低，可以形象地说，半导体表面形成了电子势阱，习惯称贮存在MOS势阱中的电荷为电荷包。图示

当光信号照射到CCD硅片表面时，在栅极附近的耗尽区吸收光子产生电子--空穴对。这时在栅极电压 G的作用下，其中空穴被排斥出耗尽区而电子则被收集在势阱中，形成信号电荷存储起来。如果 G持续时间不长，则在各个MOS电容器的势阱中蓄积的电荷量取决于照射到该点的光强。因此，某MOS电容器势阱中蓄积的电荷量，可作为该点光强的度量。

（2）电荷包的转移

若MOS电容器之间排列足够紧密（通常相邻MOS电容电极间隙小于3μm），使相邻MOS电容的势阱相互沟通，即相互耦合，那么就可使信号电荷（电子）在各个势阱中转移，并力图向表面势 S最大的位置堆积。因此，在各个栅极上加以不同幅值的正向脉冲 G，就可改变它们对应的MOS的表面势 S，亦即可改变势阱的深度，从而使信号电荷由浅阱向深阱自由移动。三个MOS电容器在三相交迭脉冲电压作用下，其电荷包耦合转移过程如图所示。

（3）电荷的输出（检测） CCD中电荷信号的输出方式有多种方法，浮置扩散放大器输出结构 如图所示。

2.CCD的应用

二、光纤传感器

光纤传感器以光学量转换为基础，以光信号为变换和传输的载体，利用光导纤维输送光信号的传感器。按光纤的作用，光纤传感器可分为功能型和传光型两种。功能型光纤传感器既起着传输光信号作用，又可作敏感元件；传光型光纤则仅起传输光信号作用。

1.光纤结构及传光原理

光纤一般为圆柱形结构，由纤芯、包层和保护层组成。纤芯由石英玻璃或塑料拉成，位于光纤中心，直径为5~75μm；纤芯外是包层，有一层或多层结构，总直径在100~200μm左右，包层材料一般为纯SiO2中掺微量杂质，其折射率 2略低于纤芯折射率 1；包层外面涂有涂料（即保护层），其作用是保护光纤不受损害，增强机械强度，保护层折射率 3远远大于 2。这种结构能将光波限制在纤芯中传输。全反射原理 光纤传播原理

2.光纤传感器的应用

1.记数装置 2.液位控制装置

3.光纤位移传感器 4.反射型光纤传感器

5.受抑全内反射型传感器 6.棱镜式全内反射型传感器

三、非晶态合金传感器

非晶态合金是70年代末发展起来的一种新型材料，具有非常独特的微观结构，其原子排列无规则，即长程无序；而邻近原子的数目和排列有规则，即短程有序；它没有晶态合金中常见的晶界缺陷，但整体上又有很高的缺陷密度，达10/以上。这种结构使得非晶态合金具有许多优异特性，而成为新一代功能材料，在电子、电力和机械等领域得到日益广泛的应用。

非晶态合金作为传感器的敏感材料，完成转换功能多与物理现象有关，属于物理敏感材料。目前发现它最主要的敏感功能是机械量、电学量和磁学量三者之间的相互转换及相互影响。

1.磁--机变换功能与传感器

磁致伸缩效应是用磁化使试件产生机械应变。铁基非晶态合金薄带具有高磁致伸缩特性，与光纤结合构成光纤Mach - Zehnder干涉型弱磁场传感器。除磁场检测外，可用非晶态合金磁致伸缩效应检测温度、距离和物位等物理量。

逆磁致伸缩效应是试件受机械应力后其磁化状态会发生变化。利用此效应可检测应力、应变、扭矩、冲击、声音、压力和振动等。

典型力传感器结构如图所示。图中非晶态合金做成电感线圈磁芯，当磁芯应力变化时，非晶态合金磁化率会发生变化，以致线圈电感发生变化，其电感量L与应力 有一定关系。

压力传感器 张力传感器

2.磁--电变换功能与传感器

非晶态合金的磁--电变换功能，主要指利用非晶态合金的物理效应将磁场参数变化转换成电量的功能。主要物理效应有电磁感应、霍尔效应和磁阻效应等。

电磁感应用法拉第电磁感应定律描述。设有一个磁感应强度为 的磁芯，其上绕有匝数为 N 的线圈，则线圈会感应出电动势式中

--穿过线圈的磁通量；

--磁芯的截面积；

--磁芯导磁率；

--磁场强度。

由上式可见：在恒定磁场偏置下，通过逆磁致伸缩效应把应力的变化转换成导磁率 的变化，再通过电磁感应转换成电动势变化，可做成力传感器；若材料导磁率 不随时间变化，可用来检测磁场变化，做成磁场传感器。

四、智能传感器

到目前为止，还尚未有统一的智能传感器定义。一般认为：传感器与微处理器结合并赋予人工智能的功能，又兼有信息检测与信息处理功能的传感器就是智能传感器。

红外气体传感器是一种基于不同气体分子的近红外光谱选择吸收特性，利用气体浓度与吸收强度关系（朗伯-比尔Lambert-Beer定律）鉴别气体组分并确定其浓度的气体传感装置。它与其它类别气体传感器如电化学式、催化燃烧式、半导体式等相比具有应用广泛、使用寿命长、灵敏度高、稳定性好、适合气体多、性价比高、维护成本低、可在线分析等等一系列优点。其广泛应用于石油化工、冶金工业、工矿开采、大气污染检测、农业、医疗卫生等领域。

分子中的电子总是处在某一种运动状态中，每一种状态都具有一定的能量，属于一定的能级。 电子由于受到光、热、电的激发，从一个能级转移到另一个能级，称为跃迁。当这些电子吸收了外来辐射的能量，就从一个能量较低的能级跃迁到另一个能量较高的能级。由于分子内部运动所牵涉到的能级变化比较复杂，分子吸收光谱也就比较复杂。在分子内部除了电子运动状态之外，还有核间的相对运动，即核的振动和分子绕重心的转动。而振动能和转动能，按量子力学计算是不连续的，即具有量子化的性质。所以，一个分子吸收了外来辐射之后，它的能量变化△E为其振动能变化△Ev、转动能变化△Er以及电子运动能量变化△Ee的总和。 物质对不同波长的光线具有不同的吸收能力，物质也只能选择性地吸收那些能量相当于该分子振动能变化△Ev 、转动能变化△Er以及电子运动能量变化△Ee总和的辐射。 由于各种物质分子内部结构的不同，分子的能级也千差万别，各种能级之间的间隔也互不相同，这样就 决定了它们对不同波长光线的选择吸收。 如果改变通过某一吸收物质的入射光的波长，并记录该物质在每一波长处的吸光度（A），然后以波长为横坐标，以吸光度为纵坐标作图，得到的谱图称为该物质的吸收光谱或吸收曲线。某物质的吸收光谱反映了它在不同的光谱区域内吸收能力的分布情况，可以从波形、波峰的强度和位置及其数目，研究物质的内部结构。分子的振动能量比转动能量大，当发生振动能级跃迁时，不可避免地伴随有转动能级的跃迁，所以无法测量纯粹的振动光谱，而只能得到 分子的振动-转动光谱，这种光谱称为红外吸收光谱。红外吸收光谱是一种分子吸收光谱。当样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收某些频率的辐射，并由其振动或转动运动引起偶极矩的净变化，产生分子振动和转动能级从基态到激发态的跃迁，使相应于这些吸收区域的透射光强度减弱。记录红外光的百分透射比与波数或波长关系曲线，就得到红外光谱。 当红外线波长与被测气体吸收谱线相吻合时，红外能量被吸收。红外光线穿过被测气体后的光强衰减满足朗伯-比尔(Lambert-Beer)定律。气体浓度越大，对光的衰减也越大。因此，可通过测量气体对红外光线的衰减来测量气体浓度。为了保证读数呈线性关系，当待测组分浓度大时，分析器的测量气室较短，最短的为0.3mm；当浓度低时，测量气室较长，最长的为＞200mm。经吸收后剩余的光能用红外检测器检测。 分光是指用棱镜或光栅进行分光，由光源发出的红外线分成完全对称的两束光：参考光束与样品光束。它们经半圆型调制镜调制，交替地进入单色仪的狭缝，通过棱镜或光栅分光后由热电偶检测两束光的强度差。当样品光束的光路中没有样品吸收时，热电偶不输出信号。一旦放入测试样品，样品吸收红外光，两束光有强度差产生，热电偶便有约10Hz的信号输出，经过放大后输至电机，调节参考光束光路上的光楔，使两束光的强度重新达到平衡，由笔的记录位置直接指出了某一波长的样品透射率，波数的连续变化就自动记录了样品的红外吸收光谱或透射光谱。基于这样原理的气体传感器就称为分光红外气体传感器。 随着红外光学材料及微电子封装技术的发展，红外探测器在其封装上固定安装有针对不同气体的窄带干涉滤光片。通过使用固定有不同波长滤光片的的红外传感器，可以实现对不同气体的测量。 热释电材料是一种具有自发极化的电介质,它的自发极化强度随温度变化,可用热释电系数p来描述,p=dP/dT（P为极化强度，T为温度）。在恒定温度下，材料的自发极化被体内的电荷和表面吸附电荷所中和。如果把热释电材料做成表面垂直于极化方向的平行薄片，当红外辐射入射到薄片表面时，薄片因吸收辐射而发生温度变化，引起极化强度的变化。而中和电荷由于材料的电阻率高跟不上这一变化，其结果是薄片的两表面之间出现瞬态电压。若有外电阻跨接在两表面之间，电荷就通过外电路释放出来。电流的大小除与热释电系数成正比外，还与薄片的温度变化率成正比，可用来测量入射辐射的强弱。 热释电型红外探测器都是用硫酸三甘酞(TGS)和钽酸锂 (LiTaO3)等优质热释电材料(p的数量级为10-8C/Kcm2)的小薄片作为响应元，加上支架、管壳和窗口等构成。它在室温工作时，对波长没有选择性。 热电堆的结构辐射接收面分为若干块，每块接一个热电偶，把它们串联起来，就构成热电堆。按用途不同，实用的热电堆可以制成细丝型和薄膜型，亦可制成多通道型和阵列型器件。带红外带通滤波器的传感器应用于红外吸收气体探测。 热释电和热电堆型红外探测器的根本区别在于，后者利用响应元的温度升高值来测量红外辐射，响应时间取决于新的平衡温度的建立过程，时间比较长，不能测量快速变化的辐射信号。而热释电型探测器所利用的是温度变化率，因而能探测快速变化的辐射信号。这种探测器在室温工作时的探测率可达 D≈1～2×109厘米・赫/瓦。70年代中期以来,这种探测器在实验室的光谱测量中逐步取代温差电型探测器和气动型探测器。 利用这些窗口滤波红外探测器，不用进行分光，从而可以直接测量对应滤波片波段也即相应气体吸收波段的红外光强度，这样的气体传感器成为非分光红外（NDIR）气体传感器。

湿度传感器、温度传感器、温湿度传感器、气体传感器这些多是比较常用的。

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