书名：石墨烯光纤干涉型传感技术
定价：169.0
ISBN：9787115619884
作者：李成
版次：第1版
出版时间：2024-04

内容提要：
本书总结了作者多年来在石墨烯光纤传感器领域形成的基础性、前沿性和创新性的研究成果。介绍了石墨烯的基本特性（力学、热学、光学和电学性能）及石墨烯膜与基底间界面吸附力学行为；其次，结合光纤干涉型传感技术优势，阐述了新型石墨烯膜光纤Fabry-Perot（F-P）干涉型声压、温度、湿度传感器以及谐振式压力传感器的工作原理、敏感特性、制备工艺和性能测试，以及谐振式加速度传感器的结构和测试等内容；分析了现阶段该技术存在的问题，总结了未来发展趋势。本书可供从事石墨烯传感器研究的科技工作者阅读，也可作为高等院校相关专业高年级本科生和研究生的参考书。



作者简介：
李成 北京航空航天大学副教授，从事先进传感与智能仪器研究，主持国家自然科学基金、北京市自然科学基金、航空基金、航天基金、深圳创科委课题、CAST基金、国家重点实验室基金等多项。发表国内外学术论文一百余篇；授权中国发明专利十五项，软件著 作权三项。

目录：
第 1章　石墨烯膜光纤F-P传感器概述 1
1.1　石墨烯的基本性质　1
1.1.1　力学性质　1
1.1.2　光学性质　2
1.1.3　热学性质　4
1.1.4　电学性质　5
1.2　石墨烯用于传感器的优势　6
1.3　石墨烯与基底间的界面吸附性质　7
1.4　石墨烯膜光纤F-P传感器研究进展　8
1.5　本章小结　14
参考文献　14

第 2章　悬浮石墨烯膜大挠度力学特性　19
2.1　薄膜大挠度非线性理论模型　19
2.1.1　冯·卡门圆薄板大挠度模型　19
2.1.2　Beams鼓泡法球壳模型　21
2.1.3　Wei J.分析模型　22
2.2　石墨烯膜大挠度有限元仿真　24
2.2.1　石墨烯圆膜有限元建模　24
2.2.2　非线性收敛准则分析　25
2.2.3　石墨烯膜大挠度特性仿真　25
2.3　石墨烯膜大挠度特性的影响分析　27
2.3.1　薄膜预应力　27
2.3.2　薄膜层数　29
2.3.3　薄膜半径　29
2.3.4　弹性模量　30
2.4　本章小结　31
参考文献　32

第3章　石墨烯膜与基底间界面吸附力学行为　33
3.1　膜与基底间界面吸附力学特性模型　33
3.1.1　基于Blister膜泡的石墨烯膜与基底间界面吸附力学模型　35
3.1.2　基于自由能的石墨烯膜与基底间界面吸附力学模型　38
3.2　影响膜与基底间界面吸附能的主要因素　39
3.2.1　薄膜厚度　39
3.2.2　基底表面粗糙度　40
3.3　膜与基底间界面吸附对薄膜压力-挠度特性的影响分析　43
3.3.1　薄膜预应力　43
3.3.2　膜与基底间界面吸附能　44
3.4　石墨烯膜与基底间界面吸附能的测量　47
3.4.1　基于纳米金颗粒的石墨烯膜吸附能直接测量　47
3.4.2　基于声压测试的石墨烯膜吸附能间接测量　54
3.5　本章小结　56
参考文献　57

第4章　石墨烯膜光纤F-P干涉传感特性　59
4.1　EFPI光纤传感器基本概述　59
4.1.1　特点与优势　59
4.1.2　工作原理　60
4.1.3　解调方法　61
4.2　石墨烯膜光纤F-P干涉特性的建模分析　66
4.2.1　F-P微腔的腔长损耗模型　66
4.2.2　石墨烯膜的光学反射率模型　68
4.2.3　石墨烯膜光纤F-P干涉特性的理论仿真　69
4.3　石墨烯膜光纤F-P干涉特性实验　74
4.3.1　石墨烯膜反射率的F-P干涉测量　74
4.3.2　石墨烯膜光纤F-P干涉条纹对比度求解　80
4.4　本章小结　82
参考文献　82

第5章　石墨烯膜光纤F-P声压传感器　85
5.1　石墨烯膜光纤F-P声压传感器原理分析　85
5.1.1　声压敏感模型　85
5.1.2　机械灵敏度　86
5.1.3　电压灵敏度　89
5.2　石墨烯膜光纤F-P声压传感器探头的制作　91
5.2.1　石墨烯膜的悬浮转移　91
5.2.2　F-P声压传感器探头的制备　92
5.3　石墨烯膜光纤F-P声压传感器性能的影响实验　94
5.3.1　声压实验平台的搭建　94
5.3.2　基底材料对声压响应的影响　95
5.3.3　石墨烯复合膜对声压响应的影响　99
5.3.4　大腔体结构对声压响应的影响　102
5.4　氧化石墨烯波纹膜光纤F-P声压传感实验　107
5.4.1　周边固支圆波纹膜机械灵敏度分析　107
5.4.2　氧化石墨烯波纹膜光纤F-P声压传感器制作　109
5.4.3　声压测试与分析　112
5.5　本章小结　114
参考文献　114

第6章　石墨烯膜光纤F-P声压放大结构　116
6.1　声压放大结构的设计　116
6.1.1　人耳结构及其声场增强机理　116
6.1.2　放大结构的力学建模　117
6.1.3　放大倍数的影响分析　123
6.2　声压放大结构的有限元仿真　125
6.2.1　放大结构的有限元建模　125
6.2.2　低频声压响应仿真　127
6.2.3　动态声场仿真　129
6.3　声压放大结构的小型化制作　132
6.3.1　声压放大结构的制作　132
6.3.2　F-P复合腔干涉抑制　133
6.3.3　声压放大结构的小型化　137
6.4　声压放大结构的性能评测与设计仿真　140
6.4.1　实验平台的搭建　140
6.4.2　声压放大性能实验　140
6.4.3　声压放大组合结构的设计仿真　144
6.5　本章小结　147
参考文献　147

第7章　石墨烯膜光纤F-P探头温度敏感特性　149
7.1　石墨烯膜光纤F-P探头的温度模型　149
7.1.1　石墨烯膜光学反射率的热敏感性　149
7.1.2　悬浮石墨烯膜的热变形　151
7.1.3　F-P腔的腔长热变形　153
7.2　石墨烯膜光纤F-P探头的温度误差补偿　154
7.2.1　全光纤F-P探头制作　155
7.2.2　基于玻璃焊料熔接的F-P探头制作　155
7.2.3　FBG-EFPI复合的传感器探头制作　156
7.3　石墨烯膜光纤F-P探头的温度实验　158
7.3.1　温度测量实验平台的搭建　158
7.3.2　温度对石墨烯膜光学反射率的影响　158
7.3.3　石墨烯膜光纤F-P探头的温度响应　160
7.4　本章小结　164
参考文献　165

第8章　石墨烯膜光纤F-P湿度传感器　167
8.1　石墨烯及氧化石墨烯的湿度敏感性质　167
8.1.1　石墨烯的湿度敏感性质　167
8.1.2　氧化石墨烯的湿度敏感性质　169
8.2　石墨烯膜光纤F-P探头的湿度敏感响应　171
8.2.1　石墨烯膜F-P探头的制备　171
8.2.2　湿度敏感特性实验与分析　172
8.3　氧化石墨烯膜光纤F-P探头的湿度敏感响应　177
8.3.1　氧化石墨烯膜F-P探头的制备　177
8.3.2　湿度敏感实验与分析　180
8.4　氧化石墨烯膜光纤F-P探头的改进与湿度敏感响应　187
8.4.1　基于光子晶体光纤的F-P探头　187
8.4.2　基于PVA/GO复合膜的F-P探头　189
8.5　本章小结　191
参考文献　191

第9章　石墨烯膜光纤F-P谐振式压力传感器　194
9.1　石墨烯谐振式传感器的研究进展　194
9.1.1　石墨烯谐振器的研究进展　194
9.1.2　石墨烯谐振式压力传感器的研究进展　197
9.2　石墨烯膜光纤F-P谐振器的建模仿真　200
9.2.1　石墨烯膜压力谐振敏感模型　200
9.2.2　光学激励下石墨烯谐振特性研究　201
9.3　石墨烯膜光纤F-P谐振压力实验　209
9.3.1　谐振压力实验平台的搭建　209
9.3.2　F-P谐振探头的制备　211
9.3.3　谐振压力传感实验　215
9.4　石墨烯膜光纤F-P谐振探头的光热响应实验　218
9.4.1　F-P光热激励调谐实验　218
9.4.2　热应力对谐振压力响应的影响实验　219
9.4.3　石墨烯膜热时间常数的光纤F-P谐振测量　221
9.5　本章小结　227
参考文献　227

第 10章　石墨烯膜光纤F-P谐振式加速度传感器　231
10.1　石墨烯谐振式加速度传感器结构设计　231
10.1.1　石墨烯谐振式加速度计研究现状　231
10.1.2　单轴石墨烯谐振式加速度计结构　233
10.1.3　单轴石墨烯加速度计特性仿真　236
10.2　压力敏感的加速度传感器探头设计与制作　243
10.2.1　加速度传感器的敏感结构设计　243
10.2.2　压力敏感的加速度传感器工作原理　245
10.2.3　压力敏感的加速度传感器探头制作　248
10.3　加速度测量实验与分析　250
10.3.1　加速度实验平台的搭建　250
10.3.2　石墨烯F-P谐振探头的谐振响应测试　251
10.3.3　石墨烯F-P谐振探头的静压敏感实验　252
10.3.4　石墨烯谐振式光纤加速度计性能实验　254
10.4　本章小结　256
参考文献　256