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光纤传感技术期末考试试题### 光纤传感技术期末考试试题#### 一、选择题（每题2分，共20分）1. 光纤传感器的基本原理是什么？A. 光电效应B. 光的反射C. 光的干涉D. 光的折射2. 下列哪项不是光纤传感器的优点？A. 高灵敏度B. 抗电磁干扰C. 易于安装D. 重量大3. 光纤传感技术中，常用的传感类型有哪些？A. 温度传感B. 压力传感C. 位移传感D. 所有选项都是4. 光纤传感器的分类不包括以下哪项？A. 单模光纤传感器B. 多模光纤传感器C. 有源光纤传感器D. 无源光纤传感器5. 光纤传感技术在下列哪个领域应用最广泛？A. 医疗B. 军事C. 石油化工D. 通信#### 二、简答题（每题10分，共30分）1. 简述光纤传感器的工作原理。
2. 光纤传感器在工业监测中有哪些应用？3. 描述光纤传感技术在智能结构健康监测中的应用。
#### 三、计算题（每题15分，共30分）1. 假设有一个光纤传感器，其折射率变化与温度变化成线性关系，已知折射率变化量为0.0001 RIU（折射率单位），求当温度变化为10°C时，折射率变化量是多少？2. 给定一个光纤传感器的光纤长度为10km，光在光纤中的传播速度为200,000km/s。
如果光在光纤中往返一次，求光在光纤中往返一次所需的时间。
#### 四、论述题（20分）1. 论述光纤传感技术在现代通信网络中的应用及其重要性。
请注意，以上试题仅为示例，实际考试内容应以教学大纲和课程要求为准。
考试时应仔细审题，合理分配时间，确保答题的准确性和完整性。
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。
9光纤式传感器习题(总2页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--第9章 光纤式传感器光纤传感器一般可分为几类答：光纤传感器一般可以分为两大类：一类是功能型传感器，又称FF 型光纤传感器；另一类是非功能型传感器，又称NF 型光纤传感器。
前者是利用光纤本身的特性，把光纤作为敏感元件，所以又称传感型光纤传感器；后者是利用其他敏感元件感受被测量的变化，光纤仅作为光的传输介质，用以传输来自远处或难以接近场所的光信号，因此也称为传光型光纤传感器。
（1）如图所示为光纤传感器中光线传播原理，请推导入射角0的临界入射角c 与空气折射率n 0、纤芯折射率n 1及包层折射率n 2的关系式。
（2）解释光纤数值孔径的物理意义。
解：（1）00111111sin sin sin(90)cos n n n n θϕθθ==-= 1010sin cos n n θθ= 1122sin sin n n θϕ=在纤芯和包层界面A 处，当1θ逐渐增大到临界角'c θ时，290ϕ=，此时 '1112'211sin sin sin 90sin sin c c n n n n n θθθθ==== 222122111cos 1n n n n θ-⎛⎫=-= ⎪⎝⎭光线由折射率为0n 的空气，从界面O 处射入纤芯时实现全反射的临界角为221222*********sin cos c n n n n n n n n n θθ-===-即所求的关系式为：sin c θ=（2）数值孔径是衡量光纤集光性能的主要参数。
它表示无论光源的发射功率多大，只有2c θ张角内的光，才能被光纤接收、传播；NA 愈大，光纤的集光能力愈强。
试计算1 1.48=n 和2 1.46=n 的阶跃折射率光纤的数值孔径。
如果外部是空气01=n ，试问：对于这种光纤来说，最大入射角是多少解：根据光纤数值孔径NA 定义sin 0.1706arcsin arcsin 0.17069.8=======︒c c NA NA θθ。
一、是非题１．动态特性好的传感器应具有很短的瞬态响应时间和很窄的频率响应特性。
（×）２．幅频特性是指响应与激励信号的振幅比与频率的关系。
（√）３．一阶系统的时间常数越小越好。
（√）４．二阶系统固有频率ωn越小越好。
（×）５．二阶系数的固有频率ωn越大，可测量的信号频率范围就越宽。
（√）６．信号通过一阶系统后的幅值减小，相位滞后。
（√）７．传感器的相频特性φ(jω)表示了信号各频率分量的初相位和频率间的函数关系。
（×）８．能完成参量感受和转换的装置称之为传感器。
（√）９．传感器的灵敏度与量程呈反比。
（√）１０．为提高测试精度，传感器的灵敏度越高越好。
（×）１１．传感器的线性范围越宽，表明其工作量程越大。
（√）１２．测量小应变时，应选用灵敏度高的金属丝应变片，测量大应变时，应选用灵敏度低的半导体应变片。
（×）１３．根据压电效应，在压电材料的任何一个表面施加力，均会在相应的表面产生电荷。
（×）１４．压电式加速度传感器由于产生的是静电荷，且本身内阻很大，故不能用普通电表测量。
（√）１５．用差动变压器式电感传感器作位移测量时，根据其输出就能辨别被测位移的方向的正负极性。
（√）１６．变间隙式电容或电感传感器，只要满足△d<<d0的条件，则灵敏度均可视为常数。
（√）１７．由同一材料构成的热电偶，即使两端点温度不等，也不会形成热电势。
（√）１８．用热电偶测温时，冷端温度的改变对测量结果是有影响的。
（√）１９．直流电桥的平衡条件是R1R3＝R2R4。
其电桥灵敏度是供桥电源的函数。
（√）２０．交流电桥达到平衡时条件必须满足4321zzzz=，4321φφφφ+=+。
（×）２１．交流电桥可测静态应变，也可测动态应变。
（√）２２．调频波是频率不变，幅值也不变的已调波。
（×）２３．电压放大器的连接电缆长度发生变化时，仪器的灵敏度不发生变化。
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。
一、填空：1、测量系统的静态特性指标主要有线性度、迟滞、重复性、分辨力、稳定性、温度稳定性、各种抗干扰稳定性等。
通常用 输入量与输出量的对应关系来表征。
2、传感器是能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置，传感器通常由直接响应于被测量的敏感元件 和产生可用信号输出的转换元件以及相应的信号调节转换电路组成。
3、霍尔元件灵敏度的物理意义是表示在单位磁感应强度相单位控制电流时的霍尔电势的大小。
4W=0.02mm ，其夹角θ=0.1°，则莫尔条纹的宽度B=11.43㎜莫尔条纹的放大倍数K= 573.2。
5三类。
第一类是利用在光线作用下光电子逸出物体表面的外光电效应（材料中电子溢出表面的_现象，即 外光电 效应）,这类元件有光电管、光电倍增管；第二类是利用在光线作用下使材料内部电阻率改变的内光电 效应，这类元件有光敏电阻；第三类是利用在光线作用下使物体内部产生一定方向电动势的光生伏特效应，这类元件有光电池、光电仪表。
第二类是利用在光线作用下 材料电阻率发生改变的 现象，即 内光电 效应。
光敏电阻 传感器属于这一类。
第三类是利用在光线作用下 光势垒 现象，即 _光生伏特_____ 效应， 光敏二极管及光敏三极管______ 传感器属于这一类(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)。
P126 热电偶所产生的热电势是两种导体的接触电势和单一导体的温差电势组成的，其表达式为Eab （T ，To ）=T B A TT BA 0d )(N N ln )T T (e k 0σ-σ⎰+-。
在热电偶温度补偿中补偿导线法（即冷端延长线法）是在连接导线和热电偶之间，接入延长线，它的作用是将热电偶的参考端移至离热源较远并且环境温度较稳定的地方，以减小冷端温度变化的影响。
一.填空题（每空1分，共20分）
1 .在光纤中，实现传输光位相调制的机理有
2 .典型的半导体激光器组成部分为、
3 .光纤传感器的主要传感方法（或调制机理）为
4 .在光纤陀螺中，抑制寄生干涉的主要措施有、。
5 .光纤陀螺基于效应，其基本概念与年提出。
目前光纤陀螺的工作方式有
、两种，发展的里程碑技术有、、
二.简答题（每题10分，共40分）
1 .简述波长检测的基本原理，及基于宽谱光源和扫描激光器的光栅解调原理。
2 .简述两种（含）及以上的光纤偏振器原理并比较异同。
3 .描述SagnaC原理，写出其基本表达式并说明每个符号的物理意义
4 .阐述光纤陀螺设计优选基本原则
三.问答题
1. （10）简述互易SagnaC干涉仪的基本原则，画出开环和闭环互易光路结构图并分别说明
如何保证互易。
2. （15）一只光电陀螺的工作波长为1.31μm,光纤环直径90mm,所绕光纤长为300m。
光纤等效折射率为 1.455。
调制器置于光纤环一端，半波电压 3.6V,采用全数字信号检测技术。
①设计调制方波的频率和幅度；②当陀螺敏感的角速率为1% 时，计算产生相位差的大小和③反馈台阶波的台阶高度
3. （15）设计光纤应变传感器，简述测量原理并画出原理图，写出测量方程。
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。
