第7章上课用 光纤传感器 (有第7章复习题)
光纤传感技术智慧树知到答案章节测试2023年上海电力大学

第一章测试1.光纤传感器的定义是用光作为敏感信息的载体,用光纤作为传递敏感信息的媒质。
A:对B:错答案:A2.光纤传感器易受电磁场干扰。
光纤损耗小,可远距离测量,融传感与通信与一体。
A:对B:错答案:B3.光纤为多层介质结构,从内到外分别为纤芯、包层、涂覆层和护套。
纤芯起到传光的作用,单模光纤纤芯直径一般为8-10um。
A:对B:错答案:A4.数值孔径表示光纤接收的能力,数值孔径越大,接收光线的能力越指弱,与光源的耦合效率越高。
其取值的大小要兼顾光纤接收光的能力和对模式色散的影响。
定义光纤孔径角的正弦值与入射界面折射率的乘积为数值孔径。
A:对B:错答案:B5.光纤的损耗分为吸收损耗、散射损耗和弯曲损耗。
光纤的散射损耗包括瑞利散射,布里渊散射和拉曼散射损耗。
其中瑞利散射为弹性散射,布里渊散射和拉曼散射为非弹性散射。
A:对B:错答案:A6.光隔离器功能是正向传输的光通过而隔离反向传输的光,从而防止反射光影响系统的稳定性。
A:对B:错答案:A第二章测试1.光纤传感用光源要求首先是光源的体积小,便于与光纤耦合。
光源工作时需要稳定性好、噪声小,能在室温下连续长期工作,光源要便于维护,使用方便。
A:错B:对答案:B2.光纤传感用光源种类包括相干光源,主要由半导体激光器LD、He-Ne激光器、固体激光器等。
和非相干光源:包括LED、白炽光源等。
A:错B:对答案:B3.激光器的特性](1)激光的高亮度。
(2).激光的方向性差。
(3).激光的高单色性。
(4).激光的高相干性等特点。
按照增益介质分为气体激光器、固体激光器、液体激光器、半导体激光器等。
A:错B:对答案:A4.光纤传感对光探测器的要求线性好、灵敏度高、响应频带宽、响应速度快、动态特性好,性能稳定、噪声小。
A:错B:对答案:B5.光纤传感器按光纤的作用分类分功能型光纤传感器。
优点:结构紧凑,灵敏度高。
非功能型传感器:是利用其它敏感元件感受被测量的变化,光纤仅作为信息的传输介质。
光纤传感复习题

光纤传感复习题光纤传感复习题光纤传感是一种基于光纤技术的传感器技术,它利用光纤的特性来实现对物理量的测量和监测。
在光纤传感中,光信号通过光纤传输,并通过对光信号的改变来实现对物理量的测量。
光纤传感具有高精度、抗干扰能力强等优点,被广泛应用于工业、医疗、环境监测等领域。
下面是一些光纤传感的复习题,希望能帮助大家对光纤传感有更深入的了解。
1. 光纤传感的基本原理是什么?光纤传感的基本原理是利用光信号在光纤中的传输特性来实现对物理量的测量。
当物理量作用于光纤时,会引起光信号的改变,如光强、相位、频率等的改变。
通过测量这些光信号的改变,就可以得到物理量的信息。
2. 光纤传感的分类有哪些?光纤传感可以根据测量原理和测量方式进行分类。
按照测量原理,可以分为干涉型光纤传感和强度型光纤传感。
按照测量方式,可以分为点式光纤传感和分布式光纤传感。
3. 干涉型光纤传感的工作原理是什么?干涉型光纤传感是利用光的干涉原理来实现对物理量的测量。
它通过光纤中的干涉现象来测量物理量的变化。
当物理量作用于光纤时,会引起光纤中的光程差发生变化,从而改变干涉图样。
通过分析干涉图样的变化,就可以得到物理量的信息。
4. 强度型光纤传感的工作原理是什么?强度型光纤传感是利用光的强度变化来实现对物理量的测量。
它通过测量光信号的强度变化来得到物理量的信息。
当物理量作用于光纤时,会引起光信号的强度变化,通过测量这种强度变化,就可以得到物理量的信息。
5. 点式光纤传感和分布式光纤传感有什么区别?点式光纤传感是指在光纤上只有一个传感点,通过对该点的测量来得到物理量的信息。
而分布式光纤传感是指在光纤上有多个传感点,通过对这些传感点的测量来得到物理量的信息。
点式光纤传感适用于对局部物理量的测量,而分布式光纤传感适用于对大范围物理量的测量。
6. 光纤传感的应用领域有哪些?光纤传感在工业、医疗、环境监测等领域有着广泛的应用。
在工业领域,光纤传感可以用于温度、压力、应力等物理量的测量。
传感器习题解答

思考与作业绪论.列出几项你身边传感测试技术的应用例子。
解:光电鼠标,电子台称,超声波测距,超声波探伤等。
第1章传感器的基本概念1. 什么叫做传感器的定义?最广义地来说,传感器是一种能把物理量、化学量以及生物量转变成便于利用的电信号的器件。
2.画出传感器系统的组成框图,说明各环节的作用。
答:1).敏感元件:直接感受被测量,并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。
2).转换元件:以敏感元件的输出为输入,把输入转换成电路参数。
3).转换电路:上述电路参数接入转换电路,便可转换成电量输出。
3.传感器有哪几种分类?按被测量分类——物理量传感器——化学量传感器——生物量传感器按测量原理分类阻容力敏光电声波按输出型式分类数字传感器模拟传感器按电源型式分类无源传感器有源传感器4. 传感器的静态特性是什么?静态特性表示传感器在被测量各个值处于稳定状态时的输入输出关系。
也即当输入量为常量,或变化极慢时,这一关系就称为静态特性。
5. 传感器的动态特性是什么?动态特性是指传感器对随时间变化的输入量的响应特性,反映输出值真实再现变化着的输入量的能力。
6. 为什么要把传感器的特性分为静态特性和动态特性?传感器所测量的非电量一般有两种形式:一种是稳定的,即不随时间变化或变化极其缓慢,称为静态信号;另一种是随时间变化而变化,称为动态信号。
由于输入量的状态不同,传感器所呈现出来的输入—输出特性也不同,因此存在所谓的静态特性和动态特性。
第2章电阻式传感器1. 如何用电阻应变计构成应变式传感器?电阻应变计把机械应变信号转换成ΔR/R后,由于应变量及其应变电阻变化一般都很微小,既难以直接精确测量,又不便直接处理。
因此,必须采用转换电路或仪器,把应变计的ΔR/R变化转换成电压或电流变化(通常采用电桥电路实现这种转换。
根据电源的不同,电桥分直流电桥和交流电桥)。
2. 金属电阻应变片测量外力的原理是什么?金属电阻应变片的工作原理是基于金属导体的应变效应,即金属导体在外力作用下发生机械变形时,其电阻值随着它所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变化的现象。
2012光纤传感复习题

1、石英玻璃光纤的包层材料是: BA.与纤芯完全相同的石英玻璃 B. 与纤芯有点不同的石英玻璃C. 塑料D. 有机聚合物2、光纤传光原理是 CA.直线传播 B. 单色传播 C. 全反射 D. 无吸收3、低色散多模光纤纤芯和包层折射率应满足BA.相等 B. 相差很小 C. 相差很大 D. 不一定4、单模光纤的数值孔径 DA.越大越好 B. 越小越好 C. 应为一定值 D. 不一定5、归一化频率V是与光波频率和光纤结构参数有关的参量,通常用它表示光纤传导的 DA.色散 B. 带宽 C. 最高频率 D. 模式数6、由于单模光纤只传输一种模式,因而它不存在 DA.色散 B. 脉冲展宽 C. 带宽限制 D. 模间色散7、石英单模光纤中损耗的功率主要是因为 CA.色散 B. 吸收 C. 散射 D. 模式耦合8、对多模光纤,按单位长度计算的均匀损耗这一概念不成立。
因为存在 D 。
A.色散 B. 吸收 C. 散射 D. 模式耦合9、非功能型光纤传感器是利用其它敏感元件感受被测量的变化,光纤仅作为传输介质,它常用于传输 D 的光信号A.相位不变 B.幅度不变 C. 偏振方向不变 D. 来自远处或难以接近场所10、当光纤周期性微弯时,会引起光纤中的 D .A.散射增加 B. 吸收增加 C. 色散增大 D. 模式增多11、长度为L的光纤产生的相位延迟为 CA.Δφ=0 处 B. Δφ=2πL C. Δφ=2πnL/λ D. Δφ= L/λ12、马赫—泽德光纤干涉仪最多需要 B 3dB耦合器A.1个 B. 2个 C. 3个 D. 4个14、“正交状态”是指干涉仪的两臂光波间的相对相位为 B 。
正交检测方式的优点是探测相位灵敏度最高。
A.π/4 B. π/2 C. π D. 2π15、许多物质在磁场的作用下可以使穿过它的平面偏振光的偏振方向旋转,这种现象称为 A 。
A.法拉第效应 B. 普克尔效应 C. 多普勒效应 D. 弹光效应16、光纤互连时功率损耗的原因之一---数值孔径不匹配是因为两光纤 D 。
光纤传感技术复习题

光纤传感技术复习题第一章1.下面哪种常见物品不属于传感器()A.数码摄像机B.液晶电视机C.烟雾报警器D.红外线感应门2.下面哪种物品属于光纤传感器()A.光纤水听器B.光纤光缆C.光纤水晶灯D.激光刀3.目前,最常用光纤的纤芯和包层构成的材料主要是()A.多成分玻璃B.半导体材料C.石英晶体D.塑料4.以下哪种光纤不是根据横截面上折射率的径向分布形式划分的()A.阶跃型光纤B.渐变型光纤C.石英光纤D.单模光纤5.以下哪种说法是错误的()A.在可见光范围内,大部分媒质的折射率大于1。
B.同一媒质对于不同波长的光有着不同的折射率。
C.红光和紫光的频率不同,所以它们在真空中的传播速度也不同D.紫光的频率高于红光,所以在水中紫色光的折射率大。
6.在下列因素中,不是引起光纤传输衰减的原因为()A.光纤弯曲B.瑞利散射C.杂质吸收D.多模传输7.在下列因素中,不是引起光纤传输色散的原因为()A.光纤弯曲C.偏振模随机变化B.色度色散D.多模传输1.光纤传感器的主要优势有哪些?2.若某均匀光纤的纤芯折射率为:n1=1.50,相对折射率差Δ=0.01,长度为1km,纤芯半径a=2.5um计算(1)光纤的数值孔径NA(2)由子午线的光程差引起的最大时延差(3)若工作波长为 1.55um,此光纤工作在单模还是多模状态?(4)若将此光纤的包层和涂覆层去掉,求裸光纤的NA和最大时延差。
3.某SIF光纤,n1=1.4258,n2=1.4205,工作在λ=1.3um和λ=1.55um两个波段,求光纤为单模时的最大纤芯直径?4.已知2a=50um,相对折射率差Δ=0.01,n1=1.45,工作波长λ=0.85um,折射率分别为SIF型和GIF型(g=2)的两种光纤,其导模数量为多少?若波长变为1.31um,则导模数量又为多少?第二章1.半导体光源LED发光的机理是()A.受激辐射B.自发辐射C.受激吸收D.自发吸收2.以下哪种不是常见的激光光源()A.固体激光器B.液体激光器C.半导体激光器D.黑体辐射激光器3.以下关于光隔离器的说法哪个是正确的()A.隔离器是互易元件B.隔离器放在接收机之前C.隔离器可以与偏振无关D.隔离器是光耦合器的一种4.以下哪种不是常见的激光光源()A.固体激光器B.液体激光器C.半导体激光器D.黑体辐射激光器5.以下关于光耦合器的说法哪个是正确的()A.耦合器是互易元件B.2dB耦合器将光功率等分C.耦合器可以做成光透镜D.隔离器是光耦合器的一种6.以下哪种不是半导体激光光源发光的三要素()A.受激辐射B.谐振腔正向反馈C.外界泵浦源D.半导体材料PIN区7.关于光探测器的说法哪个是不正确的(A.PD是目前使用最广泛的光电二极管B.光电二极管需要外部电源加上正向电压提供泵浦C.APD雪崩光电管的雪崩效应引入附加噪声因子D.相比APD光电二极管,PIN光电二极管的响应度不够高问答题:)半导体激光器采用GaA材料,其禁带宽度Eg=1.42eV,求它的发光波长。
光纤传感复习题答案

光纤传感复习题答案1. 光纤传感技术的原理是什么?答案:光纤传感技术是利用光纤作为传感介质,通过测量光在光纤中传播时的光强、相位、偏振、波长等参数的变化来实现对温度、压力、应变、振动、化学成分等物理量或化学量的测量。
2. 光纤传感器有哪些主要类型?答案:光纤传感器的主要类型包括干涉型光纤传感器、光栅型光纤传感器、光纤陀螺、光纤电流传感器和光纤温度传感器等。
3. 光纤传感器在哪些领域有应用?答案:光纤传感器在通信、医疗、环境监测、石油化工、航空航天、土木工程、电力系统等领域有广泛的应用。
4. 光纤传感器相比传统传感器有哪些优势?答案:光纤传感器具有抗电磁干扰能力强、体积小、重量轻、灵敏度高、可实现远距离传输、耐腐蚀、耐高温等优势。
5. 光纤布拉格光栅(FBG)传感器的工作原理是什么?答案:光纤布拉格光栅传感器的工作原理是利用光纤中周期性的折射率变化形成的光栅,当光栅的周期与入射光波长相匹配时,会发生反射,形成特定的反射波长。
当光纤受到温度、应变等外界因素的影响时,光栅的周期会发生变化,导致反射波长发生偏移,通过测量反射波长的偏移量,可以确定外界因素的变化。
6. 光纤陀螺是如何实现角速度测量的?答案:光纤陀螺利用Sagnac效应,即当光纤环在旋转时,沿顺时针和逆时针方向传播的光波会发生相位差,通过测量这种相位差,可以计算出光纤环的旋转速度,即角速度。
7. 光纤电流传感器的测量原理是什么?答案:光纤电流传感器的测量原理是利用法拉第磁光效应,即当磁场通过光纤时,光纤中的光波会发生偏振旋转,旋转角度与磁场强度成正比。
通过测量光波的偏振旋转角度,可以确定电流产生的磁场强度,进而计算出电流的大小。
8. 光纤温度传感器的测量原理是什么?答案:光纤温度传感器的测量原理是利用光纤材料的折射率随温度变化的特性,当光纤受到温度变化时,其折射率会发生变化,导致光波在光纤中的传播速度和相位发生变化,通过测量这些变化,可以确定温度的变化。
传感器技术与应用第2版-部分习题答案

第1章传感器特性习题答案:5.答:静特性是当输入量为常数或变化极慢时,传感器的输入输出特性,其主要指标有线性度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性。
传感器的静特性由静特性曲线反映出来,静特性曲线由实际测绘中获得。
人们根据传感器的静特性来选择合适的传感器。
9.解:10. 解:11.解:带入数据拟合直线灵敏度 0.68,线性度±7% 。
,,,,,,13.解:此题与炉温实验的测试曲线类似:14.解:15.解:所求幅值误差为1.109,相位滞后33042,所求幅值误差为1.109,相位滞后33042,16.答:dy/dx=1-0.00014x。
微分值在x<7143Pa时为正,x>7143Pa时为负,故不能使用。
17.答:⑴20。
C时,0~100ppm对应得电阻变化为250~350 kΩ。
V0在48.78~67.63mV之间变化。
⑵如果R2=10 MΩ,R3=250 kΩ,20。
C时,V0在0~18.85mV之间变化。
30。
C时V0在46.46mV(0ppm)~64.43mV(100ppm)之间变化。
⑶20。
C时,V0为0~18.85mV,30。
C时V0为0~17.79mV,如果零点不随温度变化,灵敏度约降低4.9%。
但相对(2)得情况来说有很大的改善。
18.答:感应电压=2πfCRSVN,以f=50/60Hz, RS=1kΩ, VN=100代入,并保证单位一致,得:感应电压=2π*60*500*10-12*1000*100[V]=1.8*10-2V第3章应变式传感器概述习题答案9. 答:(1).全桥电路如下图所示(2).圆桶截面积应变片1、2、3、4感受纵向应变;应变片5、6、7、8感受纵向应变;满量程时:(3)10.答:敏感元件与弹性元件温度误差不同产生虚假误差,可采用自补偿和线路补偿。
11.解:12.解:13.解:①是ΔR/R=2(Δl/l)。
因为电阻变化率是ΔR/R=0.001,所以Δl/l(应变)=0.0005=5*10-4。
第7章上课用_光纤传感器_(有第7章复习题)

总结:光在光纤内传播的条件
(1)对于不弯曲光纤:在满足全反射的条件下,光线就能在纤芯和 包层的界面上不断地产生全反射,呈锯齿形路线在芯内向前传播,
从光纤的一端以光速传播到另一端。
(2)对于弯曲光纤:R—弯曲光纤曲率半径 d—光纤直径
1、光强度调制型 光强度调制光纤传感器的基本原理:待测物理量引起光纤
中传输光的光强变化,通过检测光强的变化实现对待测量
的测量。 调制方法大致分为:反射式强度调制、透射式强度调制、 光模式强度调制以及折射率和吸收系数强度调制等。
下图a):光纤弯曲时,在纤芯中传输的光有一部分耦合到包层中, 原来光束以大于临界角的角度在纤芯中传播为全内反射,但在弯曲 处,光束以小于临界角的角度入射到界面,部分光逸出,散射到包 层。这种检测原理可以实现对力、位移和压强等物理量的测量。 下图b):光纤中光强被油滴所调制的情况 ,这是通过改变光纤的折 射率来实现光强调制的方法。
二、光 纤 传 感 器的基本原理和用途 光纤传感器是利用光在光纤中传播特性的变化来测量它所 受环境的变化,即用被测量的变化来调制光纤中的光波,使 光纤中的光波参量(幅度、相位、频率)随被测量而变化,
从而得到被测信号大小。
用于压力、应变、位移、速度、加速度、流量、振动、
温度、电流、电压、磁场等各种物理量的测量, 具有极为广泛
3.光纤的种类 (2)按光纤的传播模式来分类 根据传输“模”数的不同,光纤可分为单模光纤和多模光纤。 什么是光纤的传播模式 光纤传输的光波,可以分解为沿轴向传播和沿径向传播的两 种平面波成分。后者在纤芯和包层的界面上会产生全反射。当 2 它在横向往返一次的相位变化为 的整倍数时,将形成驻波。 形成驻波的光线组称为“模”;即一定纤芯和材料的光纤只能 传输有限个“模”的光。
光纤传感及应用考试答案

光纤传感及应用考试答案一、单选题(每题2分,共20分)1. 光纤传感器中,光波导传感器的基本原理是()。
A. 光的干涉现象B. 光的衍射现象C. 光的全反射现象D. 光的散射现象答案:C2. 光纤传感器中,光纤陀螺仪的工作原理是基于()。
A. 迈克尔逊干涉仪B. 马赫-曾德尔干涉仪C. 萨格纳克效应D. 法布里-珀罗干涉仪答案:C3. 在光纤通信系统中,光纤的损耗主要由哪两个因素决定()。
A. 材料吸收和散射B. 材料吸收和折射C. 散射和折射D. 折射和吸收答案:A4. 光纤传感器中,光纤光栅传感器的工作原理是基于()。
A. 光的干涉现象B. 光的衍射现象C. 光的全反射现象D. 光的散射现象答案:B5. 在光纤通信系统中,光纤的色散主要由哪两个因素决定()。
A. 材料色散和波导色散B. 材料色散和折射C. 波导色散和折射D. 折射和吸收答案:A6. 光纤传感器中,光纤电流传感器的工作原理是基于()。
A. 法拉第磁光效应B. 克尔效应C. 塞曼效应D. 磁光效应答案:A7. 在光纤通信系统中,光纤的非线性效应主要包括()。
A. 自相位调制和交叉相位调制B. 四波混频和受激拉曼散射C. 自相位调制和四波混频D. 交叉相位调制和受激拉曼散射答案:B8. 光纤传感器中,光纤温度传感器的工作原理是基于()。
A. 光的干涉现象B. 光的衍射现象C. 光的全反射现象D. 光的散射现象答案:A9. 在光纤通信系统中,光纤的模式色散是由于()。
A. 光纤的折射率分布不均匀B. 光纤的折射率分布均匀C. 光纤的折射率分布不均匀和均匀D. 光纤的折射率分布均匀和不均匀答案:A10. 光纤传感器中,光纤压力传感器的工作原理是基于()。
A. 光的干涉现象B. 光的衍射现象C. 光的全反射现象D. 光的散射现象答案:A二、多选题(每题3分,共15分)1. 光纤传感器的主要优点包括()。
A. 抗电磁干扰能力强B. 灵敏度高C. 体积小、重量轻D. 易受环境影响答案:ABC2. 光纤传感器的类型主要包括()。
光纤传感复习提纲.doc

发.........——-今滞照>*州简答题1.光纤的主要损耗有哪几种?简述各种损耗性质。
2.光电探测器利用的光电效应有哪几种?3.光纤传感器的光强强度调制方式有哪儿种?4 .常用的光纤干涉仪有哪几种?5.偏振调制光纤传感器中常用的物理效应有哪几种?6.简述光纤的色散机理及其种类。
7 .简述光纤传感系统使用的光源种类。
8.常用的光纤干涉仪有哪儿种?计算题(带计算器)1.解释光纤的了午光线。
已知包层和纤芯的折射率,求该光纤了午光线的数值孔径。
2.半导体激光器的工作原理,已知半导体的禁带宽度求发光波长。
3.普克耳效应使晶体的双折射性质发生改变,晶体的两端设有电极,并在两极间加一个电场,外加电场平行于通光方向,这种运用称为纵向调制。
对于KDP 晶体,求半波电压;晶体的通光方向垂直于外加电场,这时产生的电光效应称为横向电光效应。
对于BSO晶体,求半波电压。
4.已知光纤衰减系数,输入功率,求输出功率。
5.光纤测温探头如图所示,求被测对象的最小尺寸。
6.赛格纳克光纤干涉仪,已知光纤圈面积,转动角速度,光速3X108m,光波氏628nm,相位延迟。
求光纤圈数。
1.已知光纤中相邻两模式的传播常数差△"=2A /A ( m(2-g)/(2+R)3.图2为某光纤电流传感器的装置示意图。
4.图3为某偏振调制光纤传感器的调制器, 当在平板电极上外界调制电压后,综合应用题(证明题)握抛物线光纤和阶跃光纤变形器的空间周期。
2.双光纤反射式光纤一维位移OFS (光纤传感器),对于BC 部分的光耦合效率。
物理效应?P = 20?掌握推导过程。
当外加电场方向与光的传播方向垂直时,平板电极之间的介质由感应双折射引起 的寻常光折射率和非寻常光折射率与外加电场E 的关系为:n-n. = X o kE 2式中k 为某常数。
①物理效应?/ = /0 sin 2 兀「U、2 ]"人/2 )掌握推导过程 (偏振光干itE\e = E\o = ,偏振光相干光相位差左〃从克尔效应求得 相干光强/二举+手+孔皿即+勿) 二、偏振光干涉 透光轴相互垂 E 2()= E ()cos= Esin Seos 0 E& = E p sin 。
(完整word版)第7章 光电式传感器习题

第7章光电式传感器习题1. 什么是光电效应? 什么是内、外光电效应?当用光照射物体时,物体受到一连串具有能量的光子的轰击,于是物体材料中的电子吸收光子能量而发生相应的电效应(如电阻率变化、发射电子或产生电动势等)。
这种现象称为光电效应。
2 试比较光敏电阻、光电池、光敏二极管和光敏三极管的性能差异.给出什么情况下应选用哪种器件最为合适的评述。
3假如打算设计—种光电传感器,用于控制路灯的自动亮灭(天黑自动点亮,天明白动熄灭)。
试问可以选择哪种光电器件?试设计电路。
4光电转速传感器的测量原理是将被测轴的转速变换成相应频率的脉冲信号,然后,测出脉冲频率即可测得转速的数值。
试根据这一思路画出光电转速传感器的检测变换部分的工作原理示意图,图中的光电转换元件选用哪种光电器件比较合适?为什么?5 利用光敏器件制成的产品计数器,具有非接触、安全可靠的特点,可广泛应用于自动化生产线的产品计数,如机械零件加工、输送线产品、汽水、瓶装酒类等。
还可以用来统计出入口入员的流动情况。
试利用光电传感器设计一产品自动计数系统,简述系统工作原理。
产品计数器的工作原理,如图所示。
产品在传送带上运行时,不断地遮挡光源到光敏器件间的光路,使光电脉冲电路随着产品的有无产生一个个电脉冲信号。
产品每遮光一次,光电脉冲电路便产生一个脉冲信号,因此,输出的脉冲数即代表产品的数目。
该脉冲经计数电路计数并由显示电路显示出来一、单项选择题1、晒太阳取暖利用();人造卫星的光电池利用();植物生长利用了();A光电效应 B 光化学效应 C 光热效应 D 感光效应2、蓝光的波长比红光(),相同光通量的蓝光能量比红光()。
A大 B 小 C长 D短3、光敏二极管属于( B ),光电池属于()。
A外光电效应 B 内光电效应 C光生伏特效应4、光敏二极管在测光电路中应处于()偏置状态,光电池处于偏置状态( )A正向 B反向 C零5、光纤通信中,与出射光纤耦合的光电元件选用()。
光纤传感复习题[试题]
![光纤传感复习题[试题]](https://img.taocdn.com/s3/m/4d5c737ea88271fe910ef12d2af90242a895ab3c.png)
一、简答1.光纤作为传感器的优势有哪些?光波不产生电磁干扰,也不怕电磁干扰。
光纤工作频带宽,动态范围大。
容易接受被测量场的加载,是一种优良的敏感元件。
光纤本身不带电,体积小质量轻,易弯曲,抗电磁干扰,抗辐射性能好。
2.什么是光纤的损耗,损耗的机理是什么?光波在光纤中传输,随着传输距离的增加,光功率会逐渐减少,这种现象称为光线的损耗。
损耗的机理:损耗主要包括吸收损耗和散射损耗两部分。
吸收损耗是由SiO2材料引起的固有吸收和由杂质引起的吸收产生的。
散射损耗主要由材料微观密度不均匀引起的瑞利散射和由光纤结构缺陷(如气泡)引起的散射产生的。
瑞利(Rayleigh )散射损耗是光纤的固有损耗,它决定着光纤损耗的最低理论极限。
3.什么是光纤的色散,色散的分类有哪些?色散(Dispersion)是在光纤中传输的光信号,由于不同成分的光的时间延迟不同而产生的一种物理效应。
色散的种类:模间色散、材料色散、波导色散、偏振膜色散4.光纤技术的应用领域都有哪些?信息获取:信息传输:信息处理:其他应用:广告显示牌、激光手术刀、仪表照明、工艺装饰、电力输送、光纤面板医用内窥镜、潜望镜5.按照光受被测量调制形式的不同,光纤传感器可以分为哪些类型?(a) 强度调制型光纤传感器(b) 偏振调制型光纤传感器(c) 频率调制型光纤传感器(d) 相位调制型光纤传感器(e) 波长调制型光纤传感器(f)分布式光纤传感器(多点)6.光源有哪些主要类型,按照光纤在传感器中的作用可以把光纤传感器分为哪几类?光源类型:半导体激光二极管或称激光器(LD) 发光二极管或称发光管(LED) 分布反馈激光器(DFB - LD)(a) 功能型(全光纤型)光纤传感器(b) 非功能型(或称传光型)光纤传感器(c) 拾光型光纤传感器7.常见的光纤光栅有哪两类,分别的技术特点是什么?一般实际应用中,均按光纤光栅周期的长短分为短周期光纤光栅和长周期光纤光栅两大类。
周期小于1μm的光纤光栅称为短周期光纤光栅,又称为光纤布拉格光栅或反射光栅;把周期为几十至几百微米的光纤光栅称为长周期光纤光栅,又称为透射光栅。
传感器第六、七、八章思考题及习题

第六章 思考题与习题1、什么是压电效应?答:沿着一定方向对某些电介质加力而使其变形时,在一定表面上产生电荷,当外力取消,又重新回到不带电状态,这一现象称为正压电效应。
当在某些电介质的极化方向上施加电场,这些电介质在一定方向上产生机械变形或机械压力,当外加电场散去,这些变形和应力也随之消失,此即称为逆压电效应。
2、为什么压电传感器不能测量静态物理量? 答:压电元件送入放大器的输入电压由上式可知,用·当作用在压电元件上的力是静压力(ω=0)时,前置放大器输入电压等于零。
因为电荷就会通过放大器的输入电阻和传感器本身的泄漏电阻漏掉。
所以压电传感器不能测量静态物理量。
3、压电式传感器中采用电荷放大器有何优点?为什么电压灵敏度与电缆长度有关?而电荷灵敏度与电缆长度无关? 答:p115 ●补充题:1、有一压电晶体,其面积为20mm 2,厚度为10mm ,当受到压力p=10MPa 作用时,求产生的电荷及输出电压:①零度X 切的纵向石英晶体;②利用纵向效应之BaTiO 3(压电陶瓷)。
已知:S=20 mm 2,δ=10mm ,P=10MPa , 求:Q=?,V=? 解:①∵ PS d F d Q 1111== 而:)/(1031.21211N c d -⨯= ∴ c PS d Q 10111062.4-⨯== 又∵ SQ S Q C Q U r r a εεδδεε00)/(/=== 而:)/(1085.85.412-0m F r ⨯==εε、 ∴ )(8.5797/0V SQ C Q U r a ===εεδ解②∵ PS d F d Q 3333== 而:)/(10901233N c d -⨯= ∴ c PS d Q 833108.3-⨯== 同上:又∵ SQ S Q C Q U r r a εεδδεε00)/(/=== 而:)/(1085.8120012-0m F r ⨯==εε、 ∴ )(3.1788/0V SQ C Q U r a ===εεδ2、某压电晶体的电容为1000pF;Kq=2.5C/cm,Cc=3000pF,示波器的输入阻抗为1M Ω和并联电容为50pF,求;①压电晶体的电压灵敏度;②测量系统的高频响应③如系统允许的测量幅值误差为5%,可测最低频率时多少?④如频率为10Hz,允许误差为5%,用并联方式,电容值是多少?已知:pF C M R pF C N c k pF C i i c q a 5013000/5.21000=Ω====;;;; 求: 解①∵ a q V C k k /= ∴ )/(105.29N V k V ⨯= 解②依据教材p113(6-14)式 ∵ ic a m im V C C Cd F U k ++=∞=33/)(;而:3333//d F F d F Q k q ===∴ )/(1017.68N V C C C k k ic a qV ⨯=++=解③依据教材p113(6-15)式 因: 222)(1)()(i c a i c a C C C R C C C R k +++++=ωωω高频响应时:1)(*=∞=k k而:%5)(**≤-kk k Lωγ 则:%95)(1)()(222≥+++++=i c a i c a C C C R C C C R k ωωω其中: 解得:Hz f LCL 5.1192==πω 解④因: %5)(**≤-k k k Lωγ 则: %95)(1)()(222≥+++++=i c a i c a C C C R C C C R k ωωω其中:解得:pF C C C C c a 48447=++=3、用石英晶体加速度计及电荷放大器测量机器的振动,已知:加速度计灵敏度为5pC/g,电荷放大器灵敏度为50mV/pC,当机器达到最大加速度值时相应的输出电压幅值为2V ,试求该机器的振动加速度。
光纤传感技术考试试题

光纤传感技术考试试题一、选择题(每题5分,共40分)1. 光纤传感技术的基本原理是利用_______。
A. 光纤的低传输损耗B. 光纤的高光传输速度C. 光纤的折射特性D. 光纤的衰减特性2. 光纤传感技术的主要应用领域包括_______。
A. 通信领域B. 医疗领域C. 工业控制领域D. 所有以上领域3. 光纤传感技术中,温度传感常用的原理是_______。
A. 反射方式B. 散射方式C. 折射方式D. 干涉方式4. 光纤传感技术中,应变传感常用的原理是_______。
A. 反射方式B. 散射方式C. 折射方式D. 干涉方式5. 光纤传感技术中,加速度传感常用的原理是_______。
A. 反射方式B. 散射方式C. 折射方式D. 干涉方式6. 光纤传感技术可以实现对物理量的非接触式测量,这是因为_______。
A. 光纤自身的特性B. 光的高速传播C. 光在光纤中的传输特性D. 以上都是7. 光纤传感技术中,光纤的敏感区域一般是通过_______来实现的。
A. 光纤的拉制B. 光纤的掺杂C. 光纤的聚合D. 光纤的烧制8. 光纤传感技术中,相对于传统传感技术,其主要优势是_______。
A. 可靠性高B. 抗干扰能力强C. 体积小D. 以上都是二、问答题(每题10分,共30分)1. 请简要介绍光纤传感技术的基本原理。
2. 光纤传感技术常用于哪些应用领域,请举例说明。
3. 光纤传感技术中如何利用温度变化实现传感?三、综合题(30分)某工业任务需要对高温场景进行实时监测,选择光纤传感技术进行温度传感,请设计一种方案,并解释其工作原理。
同时,阐述光纤传感技术在高温环境下的应用前景。
(注意:本题回答需要结合光纤传感技术的原理、温度传感的实现以及高温环境下的应用前景进行论述。
)。
传感器复习题及答案

传感器复习题及答案一、选择题1. 传感器的主要功能是什么?A. 放大信号B. 转换信号C. 过滤噪声D. 调节电流答案:B2. 以下哪个不是传感器的分类?A. 温度传感器B. 压力传感器C. 光传感器D. 放大器答案:D3. 传感器的灵敏度是指什么?A. 传感器的稳定性B. 传感器的响应速度C. 传感器输出信号的变化率与输入量的变化率之比D. 传感器的寿命答案:C4. 传感器的线性度是指什么?A. 传感器的精度B. 传感器的稳定性C. 传感器的输出信号与输入量成正比的程度D. 传感器的耐用性答案:C5. 以下哪个不是传感器的主要特性?A. 灵敏度B. 线性度C. 稳定性D. 复杂性答案:D二、填空题6. 传感器是将__________转换为电信号的装置。
答案:非电物理量7. 传感器的静态特性包括灵敏度、__________和线性度。
答案:迟滞8. 传感器的动态特性包括响应速度、__________和稳定性。
答案:频率响应9. 传感器按照工作原理可以分为__________传感器和__________传感器。
答案:主动式;被动式10. 传感器按照输出信号类型可以分为模拟传感器和__________传感器。
答案:数字三、简答题11. 简述传感器在自动化控制系统中的作用。
答案:传感器在自动化控制系统中的作用主要包括:实时监测和测量各种物理量,如温度、压力、速度等;将这些物理量转换为电信号,供控制系统进行处理;根据控制系统的指令,对被控对象进行调节和控制,以实现系统的自动控制。
12. 描述传感器的校准过程。
答案:传感器的校准过程通常包括以下步骤:首先,确定传感器的校准条件,如环境温度、湿度等;其次,使用已知的标准设备或标准物质对传感器进行标定,以确定其输出与输入之间的关系;然后,根据标定结果对传感器进行调整,以消除系统误差;最后,记录校准数据,并定期进行校准,以确保传感器的准确性和可靠性。
四、论述题13. 论述传感器在智能交通系统中的应用及其重要性。
第七章光电传感器练习PPT课件

• A.光容型传感器 B.光感型传感器
• C.传光型传感器 D.光敏型传感器
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• 二、填空题
• 1、光电式传感器由
及
组成。
两大部分
• 2、光敏电阻的
与 之差称为光电流。
• 3、光电池与光敏二极管、光敏三极管存在PN结,
主要区别在于后者的PN结
选用光敏三极管 • D. 光敏二极管的线性特性较差,光敏三极管有很好的线性特性
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• 5、光敏电阻的特性是( ) • A.有光照时亮电阻很大 • B.无光照时暗电阻很小 • C.无光照时暗电流很大 பைடு நூலகம் D.受一定波长范围的光照时亮电流很大 • 6、基于光生伏特效应工作的光电器件是( ) • A.光电管 B.光敏电阻 C.光电池 D.光电倍增管 • 7、CCD以( )为信号 • A. 电压 B.电流 C.电荷 D.电压或者电流 • 8、构成CCD的基本单元是( ) • A. P型硅 B.PN结 C. 光电二极管 D.MOS电容器 • 9、光敏电阻的相对灵敏度与入射波长的关系称为( )。 • A. 伏安特性 B. 光照特性 C. 光谱特性 D. 频率特性
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感谢您的关注!
• 3、光在光纤中是怎样传输的?对光纤及入射
光的入射角有什么要求?
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• 四、论述题 • 1.什么是光电元件的光谱特性?举例说明它在实际
应用中的重要性。
• 2. 某光电开关电路如图所示,请分析其工作原理, 并说明各元件的作用,该电路在无光照的情况下继电 器J是处于吸合还是释放状态?
光纤应用习题解第1-7章

第一章 光纤光学基础1.详述单模光纤和多模光纤的区别(从物理结构,传播模式等方面)A :单模光纤只能传输一种模式,多模光纤能同时传输多种模式。
单模光纤的折射率沿截面径向分布一般为阶跃型,多模光纤可呈多种形状。
纤芯尺寸及纤芯和包层的折射率差:单模纤芯直径在10um 左右,多模一般在50um 以上;单模光纤的相对折射率差在0.01以下,多模一般在0.01—0.02之间。
2.解释数值孔径的物理意义,并给出推导过程。
A::NA 的大小表征了光纤接收光功率能力的大小,即只有落入以m 为半锥角的锥形区域之内的光线,才能够为光纤所接收。
3.比较阶跃型光纤和渐变型光纤数值孔径的定义,可以得出什么结论?A :阶跃型光纤的NA 与光纤的几何尺寸无关,渐变型光纤的NA 是入射点径向坐标r 的函数,在纤壁处为0,在光纤轴上为最大。
4.相对折射率差的定义和物理意义。
A :2221212112n n n n n n --D =?D 的大小决定了光纤对光场的约束能力和光纤端面的受光能力。
5.光纤的损耗有哪几种?哪些是其固有的不能避免,那些可以通过工艺和材料的改进得以降低?A :固有损耗:光纤材料的本征吸收和本征散射。
非固有损耗:杂质吸收,波导散射,光纤弯曲等。
6.分析多模光纤中材料色散,模式色散,波导色散各自的产生机理。
A :材料色散是由于不同的光源频率所对应的群速度不同所引起的脉冲展宽。
波导色散是由于不同的光源频率所对应的同一导模的群速度不同所引起的脉冲展宽。
多模色散是由于不同的导模在某一相同光源频率下具有不同的群速度所引起的脉冲展宽。
7.单模光纤中是否存在模式色散,为什么?A :单模光纤中只传输基模,不存在多模色散,但基模的两个偏振态存在色散,称为偏振模色散。
8.从射线光学的观点计算多模阶跃光纤中子午光线的最大群时延差。
A :设光纤的长度为L ,光纤中平行轴线的入射光线的传输路径最短,为L ;以临界角入射到纤芯和包层界面上的光线传输路径最长,为sin c L f 。
传感器期末复习题及答案

传感器期末复习题及答案1. 传感器的定义是什么?答:传感器是一种能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用信号(通常是电信号)的器件或装置。
2. 传感器的分类有哪些?答:传感器按工作原理可分为物理传感器、化学传感器和生物传感器;按用途可分为温度传感器、压力传感器、湿度传感器等。
3. 什么是传感器的灵敏度?答:灵敏度是指传感器输出信号变化量与输入量变化量之比,通常用来衡量传感器对被测量变化的响应能力。
4. 传感器的线性度指的是什么?答:线性度是指传感器输出与输入之间实际关系曲线与理想直线之间的偏离程度,是衡量传感器线性特性的重要参数。
5. 简述传感器的动态特性。
答:动态特性是指传感器在输入量随时间变化时的响应特性,包括响应时间、超调量、稳定性等。
6. 传感器的静态特性包括哪些?答:静态特性包括灵敏度、线性度、迟滞、重复性、分辨率等。
7. 什么是传感器的稳定性?答:稳定性是指传感器在一定时间内保持其性能不变的能力,通常用稳定性误差来衡量。
8. 传感器的校准方法有哪些?答:传感器的校准方法包括直接比较法、标准量传递法、零点和量程校准法等。
9. 简述传感器的抗干扰能力。
答:抗干扰能力是指传感器在外界干扰存在的情况下,保持正常工作的能力,包括电磁干扰、温度干扰、湿度干扰等。
10. 传感器的输出信号类型有哪些?答:传感器的输出信号类型包括模拟信号、数字信号、频率信号等。
11. 传感器的安装方式有哪些?答:传感器的安装方式包括直接安装、间接安装、固定安装、移动安装等。
12. 传感器的维护和保养措施包括哪些?答:传感器的维护和保养措施包括定期校准、清洁、防潮、防震、防腐蚀等。
13. 举例说明传感器在工业自动化中的应用。
答:在工业自动化中,传感器可用于温度控制、压力监测、物料流量测量等,以实现生产过程的自动控制和优化。
14. 传感器在环境监测中的作用是什么?答:传感器在环境监测中用于检测空气质量、水质、土壤污染等,为环境保护提供数据支持。
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渐变折射率多模光纤纤芯内的折射率不是常量,而是从中心轴 线开始沿径向大致按抛物线形成递减,中心轴折射率最大,因 此,光纤在纤芯中传播会自动地从折射率小的界面向中心会聚, 光纤传播的轨迹类似正弦波形,如图所示,具有光自聚焦效果, 故渐变折射率多模光纤又称为自聚焦光纤。因此渐变折射率多 模光纤的模分散比阶跃型小得多。2)
时 , 则 一 部 分 入 射 光 以 折 射 角 2 折射入光疏物质,其余部分以 角度反射回1 光密物质,根据折 射定律(斯涅尔定律),光折射和 反射之间的关系为:
当光线的入射角 增1 大到某一角度 时,c 透射入光疏物质的折射 光则沿界面传播,即 =90°2 ,称此时的入射角 为临界c 角。由斯
四、光纤传感器
在光通讯系统中,光纤被用作远距离传输光波信号的 媒质。显然,在这类应用中,光纤传输的光信号受外界干 扰越小越好。
但是,在实际的光传输过程中,光纤会受到外界因素 的影响,例如温度、压力、电磁场等外界条件的变化将引 起光纤光波参数如光强、相位、频率、、波长等的变化。 因此,如果能测出上述光波参数的变化,就可以知道导致 光波参数变化的各种物理量的大小,于是产生了光纤传感 技术。光纤传感器按传感原理可分为功能型和非功能型。
一般光纤所处环境为空气, 则n0=1
数值孔径NA的意义: 无论光源发射功率有多大, 只有入射光处于
2θc的角度范围内, 光纤才能导光。 如入射角过大,超过了该角度范围,
光线经折射后, 便会从包层逸出而产生漏光。NA是光纤的一个重要 参数。要适当选择数值孔径NA的值。
总结:光在光纤内传播的条件
(1)对于不弯曲光纤:在满足全反射的条件下,光线就能在纤芯和 包层的界面上不断地产生全反射,呈锯齿形路线在芯内向前传播,从 光纤的一端以光速传播到另一端。
涅尔定律得
sinc
n2 n1
临界角仅与介质的 折射率的比值有关
当入射角 >1 时c ,光线不会透过其界面,而全部反射到光密物
质内部,也就是说光被全反射。根据这个原理,如图所示,只 要使光线射入光纤端面的光与光轴的夹角 小于0 一定值,则入射
到光纤纤芯和包层界面的 角就满1 足小于临界角 的条件,c 光线
就射不出光纤的纤芯。光线在纤芯和包层的界面上不断地产生 全反射而向前传播,光就能从光纤的一端以光速传播到另一端, 这就是光纤传光的基本原理。
由上图,可以求出从空气中射入光纤端面的光线能够发生全反射
的入射角满足
,由于
得到光线被“束缚”在光纤里面传播的条件是:
其中
称为光纤的“数值孔径” (计算题: P161的第8题)
(2)对于弯曲光纤:R—弯曲光纤曲率半径 d—光纤直径
R远大于4d时,仍能满足全反射条件,光纤传输损耗很小;
R小于4d时, 不满足全反射条件, 光纤传输损耗很大。
3.光纤的种类 (1)按折射率来分类
分为折射率阶跃型光纤和折射率梯度型光纤,如下图所示。
阶跃型光纤:纤芯和包层的折射率不连续,有突变。
梯度型光纤:又称渐变光纤,在中心轴上折射率最大,沿径向由中心向外呈 抛物线逐渐变小,纤芯和包层的交界处n1 = n2 。梯度型光纤是自聚焦光纤 (入射光线会自动从界面向轴心汇聚,但制造困难)
单模光纤纤芯直径仅有几微米,接近波长。其折射率分布均 为阶跃型。单模光纤原则上只能传送一种模数的光,常用于光 纤传感器。这类光纤传输性能好,频带很宽,具有较好的线性 度;但因芯小,难以制造和耦合。
多模光纤允许多个模 数的光在光纤中同时 传播,通常纤芯直径 较大,达几十微米以 上。由于每一个“模” 光进入光纤的角度不 同,它们在光纤中走 的路径不同,因此它 们到达另一端点的时 间也不同,这种特征 称为模分散。特别是 阶跃折射率多模光纤, 模分散最严重。这限 制了多模光纤的带宽 和传输距离。
3.光纤的种类 (2)按光纤的传播模式来分类 根据传输“模”数的不同,光纤可分为单模光纤和多模光纤。
什么是光纤的传播模式
光纤传输的光波,可以分解为沿轴向传播和沿径向传播的两 种平面波成分。后者在纤芯和包层的界面上会产生全反射。当 它在横向往返一次的相位变化为 的整2倍数时,将形成驻波。 形成驻波的光线组称为“模”;即一定纤芯和材料的光纤只能 传输有限个“模”的光。
1.功能型光纤传感器
如图,它利用对外界信息具有敏感能力和检测能力的光纤作传 感元件,将“传”和“感”合为一体。功能性光纤传感器中光 纤不仅起传光作用,而且还利用光纤在外界因素的作用下,其 光学特性(光强、相位、频率、偏振态等)的变化来实现“传” 和“感”的功能。这类传感器主要使用单模光纤。
2、光纤的传光原理
光是沿着直线传播的。
当光纤的直径比光的波长大很多时, 可以用几何光学的方 法来说明光在光纤内的传播。
当满足一定条件时,光在光纤中的传输被限制在光纤中, 并随光纤能传送到很远的距离,光能够在光纤中的传输条件是: 光在光纤中发生全内反射:即,只有反射没有折射 。
全反射的条件
如图,根据几何光学理论,当 光线以某一较小的入射角 ,由
第四节 光 纤 传 感 器
一、
光纤传感器是20世纪70年代中期发展起来的一门新技术, 它是伴随着光纤及光通信技术的发展而逐步形成的。
光纤传感器的优点:不受电磁干扰,电绝缘性能好;体积 小, 重量轻, 可挠曲, 灵敏度高, 耐腐蚀, 易与微机连接, 容易实 现对被测信号的远距离监控,便于遥测等。
二、光 纤 传 感 器的基本原理和用途
光纤传感器是利用光在光纤中传播特性的变化来测量它所 受环境的变化,即用被测量的变化来调制光纤中的光波,使 光纤中的光波参量(幅度、相位、频率)随被测量而变化, 从而得到被测信号大小。
用于压力、应变、位移、速度、加速度、流量、振动、 温度、电流、电压、磁场等各种物理量的测量, 具有极为广泛 的应用前景。
三、光 纤 传 感 器的基本知识 1
光纤是光导纤维的简称,形状一般为圆柱形,结构如下图所示。中心的圆 柱体叫纤芯, 围绕着纤芯的圆形外层叫做包层。纤芯和包层由不同掺杂的石英 玻璃制成。纤芯的折射率n1略大于包层的折射率n2 ;在包层外面还常有一层护 套, 多为尼龙材料。由护套维持光纤的机械强度。光纤的传光能力取决于纤芯 和包层的性质, 当满足一定条件时,光就被“束缚”在光纤里面传播。