光纤传感复习题
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。
短周期光纤光栅的特点是传输方向相反的两个芯模之间发生耦合，属于反射型带通滤波器。
长周期光纤光栅的特点是同向传输的纤芯基模和包层模之间的耦合，无后向反射，属于透射型带阻滤波器。
8.在光纤相位传感器中，光束干涉法使用的干涉仪有哪些？
马赫-增干涉仪（M-Z光纤干涉仪）、迈克尔逊光纤干涉仪、斐索光纤干涉仪、萨格奈克Sagnac干涉仪三光束干涉法（三光束光纤干涉仪）
多光束干涉法（法布里-珀罗Fabry-Perot干涉仪、微分干涉仪）
环形干涉法等
9.在光纤强度传感器中，非功能型使用的调制类型有哪些？
1）光束切割型光强调制2）光闸型光强调制
3）松耦合式光强调制4）物理效应型光强调制
10.按照寻址方式的不同，准分布式光纤传感可分为哪几类？
时分复用（TDM) 波分复用（WDM) 偏分复用（PDM) 空分复用（SDM)
频分复用（FDM) 混合复用（多种不同类型的复用系统组成网络）
11.什么是光的频率调制，目前较多采用哪种调制方式？
光频率调制，是指外界信号（被测量）对光纤中传输的光波频率进行调制，频率偏移即反映被测量。
目前使用较多的调制方法是多普勒法，即外界信号通过多普勒效应对接收光纤中的光波频率实施调制，是一种非功能型调制。
12. 光的跃迁可分为哪几类，激光器如何实现激光辐射？
光的跃迁类型：受激吸收 自发辐射 受激辐射
半导体激光器是向半导体PN 结注入电流，
实现粒子数反转分布，产生受激辐射，再利用谐振腔的正反馈，实现光放
13. 常见的光检测器有哪两类，各自的特点是什么？
PIN 光电二极管： PD 中加了一个I 区，大大地提高了响应速度，I 层很厚， 吸收系数很小，入射光很容易进入材料内部被充分吸收而产生大量电子 - 空穴对，因而大幅度提高了光电转换效率。 雪崩光电二极管（APD ）：外加200V 的电流值形成了一个雪崩区，于是形成了g 的倍增因子，但是缺点是噪声也同时增加了。
14. 光电二极管和激光器的异同点是什么？
LD 和LED 的区别
LD 发射的是受激辐射光 LED 发射的是自发辐射光 LED 的结构和LD 相似，大多是采用双异质结(DH)芯片，把有源层夹在P 型和N 型限制层中间，不同的是LED 不需要光学谐振腔， 没有阈值。
二、 分析计算
1. 某光纤为SIF 光纤，已知n1=1.52, n2=1.49 （1）光纤浸在水中（n0=1.33），求光从水中入射到光纤输入端面的最大接收角 （2） 光纤放置在空气中，求数值孔径。
2. 常见的石英晶体光纤可以分为哪三种基本类型？若某均匀光纤纤芯和包层的折射率分别为:n1=1.50, n2=1.45,纤芯半径a=2.5um 计算（1）相对折射率差Δ （2）光纤的数值孔径NA
（3）在1米长的光纤上，由子午线的光程差引起的最大时延差
（4）若工作波长为1.55 um ，此光纤工作在单模还是多模状态？
答案：分类：(a) 阶跃型多模光纤SIF (b) 渐变型多模光纤 GIF （c ） 单模光纤 SMF
4）a=2.5um λ=1.55um
单模传输条件为：
将a 、λ代入公式 求得V ≈3.89
因为3.89>2.405，所以此光纤工作在多模状态。
3.光源为半导体激光器采用GaAs 材料，其禁带宽度E g =1.42eV ，求它的发光波长。
接收采用GaAs PIN 光电二极管，平均每两个入射光子产生一个电子-空穴对，假设所有的电子都被收集。（1）计算该器件的量子效率（2）设在0.8μm 波段的接收功率是10-7W ，计算平均输出光电流和响应度（3）计算这个光电二极管的长波长截止点。
答案：发波光长： 405.222
221≤-=n n a V λ
π87.042
.124.124.1≈===
g g E E hc λ
1）00502
1
===光子数电子数η
2）
e 为常数，m μλ8.0= 24.1=e
hc 得出光电流p I =3.23*10e-8
响应度： 3）长波长截止点跟材料有关系
87.042.124.1≈=
ev
ev
长波长截止点 4. 某光强调制型光纤传感器的光源采用LED ，发射功率为P in =5mw ，接收光功率为P r =0.1mw ，已知此传感器的敏感元件标准情况下的光损为α=3dB ，则使用损耗系数为0.2dB/km 的光纤传光的话，最远传输距离为多少？
答案：发光功率：dBm mW P in 75≈= 接收功率dBm mW P r 101.0-≈=
光损+光路损耗 L 2.03+=α 若要最远传输：α=-r in P P
传输距离：)(702.0/)3107(km L =-+=
因为光路为往返线路，所以L 应为最大值的一半35km 5. 以下为加速度传感器的工作原理图
a) 请描述其工作原理
当框架随振动物体做低频振动时重物上产生一个与运动方向相反的惯性力，f=ma 。（x 发生相应变化，其变化量△x 与惯性力成比例，即与物体的振动加速度成比例。）a f x x ∞∞?→,
①振动缓慢时，即可测出加速度a
②到达固有频率时，传感器不能测量出真实的a ，仅起位移作用，x ?太大，可测量位移量 ③高于固有频率时，振动幅度x ?变小了，不是正比例于f ，不能测出a
综上所述，要做一个加速度传感器，应严格控制固有频率值，使振动频率小于固有频率，才能作为加速度传感器。
（光纤加速度传感器最适合测量微小振动加速度。）
b)分析其工作过程
振动加速度传感器原理
当框架随振动物体做低频振动时重物上产生一个与运动方向相反的惯性力，f=ma 。由于惯性力的作用，引起重物相对于框架作加速运动，这时框架与重物之间的距离x 发生相应变化，其变化量△x 与惯性力成比例，即与物体的振动加
图 加速度传感器原理框图
e hf
P I hf P e I P
P 0
0//==-=
入射光子数空穴对光生电子对ηλe P hc I e hf P I P P 0021==32
.00
≈=P I
P P
速度成比例。如图所示，它是把由重物、弹簧、阻尼、减震器组成的振子固定在框架上构成的。外框中间由弹簧连着一个重物，弹簧带动m 上下振动，根据ma f =，得知a ，利用减震器稳定重物上下移动的距离，测量x 值，得出x ?，
x ?正比于a ，测出x 即可得出a 。
6.
1）请描述其工作原理
多普勒频移原理：物体辐射的波长因为波源和观测者的相对运动而产生变化。 在运动的波源前面，波被压缩，波长变得较短，频率变得较高 （blue shift ）；当运动在波源后面时，会产生相反的效应。波长变得较长，频率变得较低 （red shift ）；波源的速度越高，所产生的效应越大。根据波红（蓝）移的程度，可以计算出波源循着观测方向运动的速度。
2）分析其工作过程
激光器发射激光穿过透镜，进入具有分光作用的偏振光器，有部分激光送到B 端面，其中激光一部分入射进入B 端面，一部分反射又通过偏振光器回到激光器里。入射光经过光纤到达A 端面，使运动粒子发生散射，由于平移关系，
原有f 1与散射光f 2是否一致，利用f 1、f 2的关系，求出运动物体的速度v 。
系统又附加了使让偏振态一致的偏振校正器，一部分光经过偏振校正器，透过接收透镜发射到光探测器，光探测器把接收的光转化为电信号，送到信号处理装置，进而输出。
7. 以下为Michelson 干涉式光纤声发射传感器的工作原理图
（1）请分析其工作过程（描述外界声信号是如何影响光纤相位变化）
激光器发出的光注入到耦合器，被3dB 耦合器分成两束光，一束光在参考臂光纤中传播，另一束光在传感臂光纤中传输，外界信号S(t)作用在传感臂光纤上，外界因素引起传感臂与参考臂之间的相位差，光到达光纤的反射端面发生全反射，回程光在参考臂和传感臂中传输，通过3DB 耦合器分光回到光电探测器中，通过光电探测器探测接收到的干涉信
图 光纤多普勒测速装置
声信号S (t )
Michelson 干涉式声发射传感器
号条纹的变化，反映外界声信号的变化。
（2）使用的激光器为LD ，若工作物质为GaAs ，则它的发射波长是多少？工作物质为InGaAs ，发射波长又为多少？
（GaAs ：E g =1.43eV InGaAs: E g =0.96eV ）
（1）
（2）
8. 以下为单光纤液位传感器结构的工作原理图
1）请描述其工作原理
光强调制是光纤传感技术中相对比较简单，用的最为广泛的一种调制方法。基本原理是利用外界信号扰动改变光强(调制），在通过测量光强变化（解调）实现对外界信号的测量。外界信号控制发射光纤（接收光纤）出射端（入射端）；产生相应的线位移或角位移，导致进入接收光纤的光束被切割，从而对光纤传输的光强进行调制。
2）分析其工作过程
将光纤的端部抛光成45o的圆锥面。当光纤处于空气中时，入射光大部分能在端部满足全反射条件而返回光纤。当传感
器接触液体时，由于液体的折射率比空气大，使一部分光不能满足全反射条件而折射入液体中，返回光纤的光强就减小。将两个光纤探头分别置于液面下和液面上，利用X 形耦合器，由于不同介质的折射率不同，造成液面上的反射光能强，液面下的反射弱。如果发生液面升高现象，两个探头折射率一致，出现探测结果不同，于是报警。即可构成具有两个探头的液位报警传感器。同样，若在不同的高度安装多个探头，则能连续监视液位的变化。
三、 综合
1、下图为光纤电流传感器的原理图，请分析说明（1）此传感器的工作原理和工作流程（2）属于功能型还是非功能型（3）此传感器的调制类型（4）此传感器可用于什么场合？
867.043
.124.124.1≈===
g g E E hc λ29
.196.024
.124.1≈===g g E E hc λ
答案：（1）工作原理：光偏振调制，是指外界信号（被测量）通过一定方式使光纤中光波的偏振面发生规律性偏转
或产生双折射，从而导致光的偏振特性变化，通过检测光的偏振变化即可测出外界被测量。
物质在磁场的作用下使通过的平面偏振光的偏振方向发生旋转，这种现象称为磁致旋光效应或法拉第（Faraday ）效应。即处于磁场中的光纤会使在光纤中传播的偏振光发生偏振面的旋转，其旋转角度Ω与磁场强度H 、磁场中光纤的长度L 成正比VHL =Ω式中V 是菲尔德（Verket ）常数，是光纤的材料常数。由于载流导线在周围空间产生的磁场
满足安培环路定律，对于长直导线有H=I/（2πR ），因此只要测量Ω，L ，R 的值，就可以由VNI R VLI
==
Ωπ2求出长直
导线中的电流I 。
工作过程：从激光器1中发出的激光束经起偏器2、物镜3耦合进入单模光纤4。6是高压载流导线，通过其中
的电流为I 。5是绕在导线上的光纤，在这一段光纤上产生磁光效应，使通过光纤的偏振光产生一角度为Ω的偏振面的
旋转。出射光经偏振棱镜8把光束分成振动方向垂直的两束偏振光。再通过光探测器7变为电信号，分别送进信号处理单元9进行运算。最后计算输出的将是函数
（2）属于功能型 （3）偏振态调制型
（4）应用：最典型的例子就是电力系统中高压传输线用的光纤电流传感器
2. 下图为光纤长周期光栅折射率传感示意图，请分析说明（1）此传感器的工作原理、过程及应用（2）如何进一步提高灵敏度（3）属于功能型还是非功能型（4）此传感器的调制类型
答案：（1）光波长调制，是指外界信号（被测量）通过选频、滤波等方式改变光纤中传输光的波长，测量波长变化即
可检测到被测量，这种调制方式称为光波长调制。长周期光纤光栅是一种透射型光纤光栅，无后向反射，在传感测量系统中不需要隔离器，测量精度高。LPG 的耦合发生在芯层导模与同向传输的包层模之间，因包层的渐逝场分布延伸到了包层外的介质中。这决定了LPG 本质上对外界折射率非常敏感，尤其是当外界折射率接近包层折射率时更加敏感。过程：输入光纤的光模式包括芯模和包层模，当到达LPG 光栅处，发生芯模继续沿着光纤纤芯进行传输，而包层模发生渐逝场的延伸与周围介质直接接触，于是在终端接收处反映了周围介质的变化量，对应输出为多强度震荡。应用：直接用LPG 可以实现折射率的测量、用于化学浓度的指示等。
LPG 折射率传感示意图
（2）根据工作原理，（人们提出了应用不同光纤光栅来实现折射率的传感，并提出了许多种方法或手段来提高测量灵敏度，如腐蚀或侧面抛磨的FBG 、LPG 、闪耀光栅、多模光纤LPG 、FBG 构成的FFPI 以及LPG 构成的M-Z 干涉仪等） （3）功能型 （4）波长调制型
3.下图为膜片反射式光纤压力传感器示意图，请分析说明（1）此传感器的工作原理和工作流程（2）属于功能型还是非功能型（3）此传感器的调制类型（4）此传感器可用于什么场合？
答案：（1）利用弹性体的受压变形，将压力信号转换成位移信号，控制发射光纤（接收光纤）出射端（入射端）；产
生相应的线位移或角位移，导致进入接收光纤的光束被切割，从而对光纤传输的光强进行调制。
因此，只要设计好合理的弹性元件及结构，就可以实现压力的检测。光纤束的一端分成两束，其中一束为输入光源光纤，一束为接收光纤，在Y 形光纤束前端放置一感压膜片，当膜片受压变形时，使光纤束与膜片间的距离发生变化，从而使输出光强受到调制。
可见，在一定范围内，膜片中心挠度与所加的压力呈线性关系。若利用Y 形光纤束检测位移特性的线性区，则传感器的输出光功率亦与待测压力呈线性关系。
（2）非功能型 （3）光强调制型
应用: 一架飞行器为了监测压力、温度、振动、起落驾驶状态、超声波场和加速度情况，所需要的传感器超过100个。 4.下图为线性调频半导体激光绝对干涉测距系统的结构示意图，请分析说明（1）工作流程（2）属于功能型还是非功能型（3）此传感器的调制类型（4）此传感器可用于什么场合？
1—光纤 2—膜片固定装置 3—感压膜片
图 系统结构示意图
答案：（1）工作流程：LD发射光源，调频光经校准后射向1／8波片和测量反射镜M,从1／8波片前表面的反射光作参考光.从测量反射镜M反射的光作为测量光波。二光波各自经过不等路径产生相对延时，然后会合在一起产生干涉并形成光拍。光拍频率与二波光程差(1/8波片和反射镜M之间距离)d成正比。光拍信号由光电探测器件处理后,计算拍频周期数得到被测距离。该装置变为单频激光干涉仪，接助精密导轨可测量相对位移，分辨率0.02μm；1/8波片和偏振分光棱镜PBS使光电接收器PD1、PD2输出信号相位相差90°，可辨别位移方向。
（2）非功能型
（3）频率调制型
（4）适合在工业现场使用
（5）
光纤传感器的设计1
HARBIN ENGINEERING UNIVERSITY 物理实验报告 实验题目：光纤传感器的设计 姓名： 物理实验教学中心
实 验 报 告 一、实验题目：光纤传感器的设计 二、实验目的： 1.了解光纤传感器设计实验系统的基本构造和原理及应用； 2.了解光纤传感器设计实验系统的补偿机理，验证补偿效果； 3.设计光纤位移传感器，给出定标曲线。 三、实验仪器： 光纤传感设计实验系统主机、三光纤补偿式传感探头、精密机械调节架。 四、实验原理（原理图、公式推导和文字说明）： 图1 在纤端出射光场的远场区，为简便计，可用接收光纤端面中心点处的光强来作为整个纤芯面上的平均光强。在这种近似下，得到在接收光纤终端所探测到的光强公式为 2 022(,)exp[](2)(2) SI d I x d x x πωω=?- （1） 考虑到光纤的本征损耗，光纤所接收到的反射光强可进一步表示为 00(,)(,)I x d I K KRf x d = 式中 I 0——注入光源光纤的光强； K 0，K ——光源光纤和反射接收光纤的本征损耗系数； R ——反射器的反射系数；
d ——两光纤的间距； f (x ,d )——反射式特性调制函数。结合式(1)，f (x ,d )由下式给出，即 22 022(,)exp[](2)(2) a d f x d x x πωω=?- 其中 3/2 00 ()[1()] x x a a ωξ =+ 为了避免光源起伏和光纤损耗变化等因素所带来的影响。采用了双路接收的主动补偿方式可有效地补偿光源强度的变化、反射体反射率的变化以及光纤损耗等因素所带来的影响。补偿式光纤传感器的结构由图1给出。由（1）式可知 1002 00(,)(,) (,2)(,2)I x d I K KRf x d I x d I K KRf x d =?? =? 则两路接收光纤接收光强之比为 ]) 2()2(exp[22 221x d d I I ω--= 通过实验建立两路接收光强的比值与位移的关系（标定）后，即可实现补 偿式位移测量。
传感器与检测技术复习客观题
一、判断题 1.传感器的传感元件通常情况下直接感受被测量；√ 2.对于所有的二阶传感器，总是希望其固有频率越高越好；× 3.一般情况下，设计弹性敏感元件时，若提高灵敏度，则会使其线性变差、固有频率提高； × 4.应变片的基长越长，则应变片的动态特性越好；× 5.变磁阻式电感传感器属于互感型的电感传感器；× 6.压电式传感器不能测量恒定不变的信号；√ 7.惯性式振幅计，在设计时尽量使其固有频率低。√ 8.传感器的重复性误差是属于系统误差；× 9.传感器的敏感元件通常情况下不直接感受被测量；× 10.传感器实现波形测试不失真的条件是：传感器的幅频特性和相频特性均是常数；× 11.传感器弹性敏感元件的固有频率越高，则传感器的灵敏度越低，线性度越差；× 12.应变式传感器采用半桥连接时，若供桥电源波动的误差为2%，则由此引起的电桥信号 输出波动的误差为1% 。× 13.压电片采用并联连接后，更适合于测量快速变化的信号；× 14.圆柱形弹性元件受力产生的应变大小与圆柱的长度无关；√ 15.驱动电缆法实际上是一种等电位屏蔽法；√ 16.差动变压器采用差动整流电路后，次级电压的相位和零点残余电压都不必考虑；√ 17.希望压电传感器的电阻率高，介电常数小；× 18.半导体光吸收型光纤温度传感器是属于传光型光纤传感器；√ 19.传感器的动态灵敏度就是传感器静态特性曲线的斜率；× 20.按照能量关系分类传感器可分为结构型传感器和物性型传感器；× 21.激波管产生激波压力的恒定时间越长，则可标定的下限频率越低；√ 22.压阻效应中由于几何形状改变引起的电阻变化很小；√ 23.光导摄像管是一种固态图像传感器；× 24.热释电型红外传感器必须进行调制。√ 25.传感器的幅频特性为常数，则传感器进行信号的波形测量时就不会失真。× 26.等截面梁的不同部位所产生的应变是不相等的。√ 27.一般来说，螺管型差动变压器的线性范围约为线圈骨架长度的二分之一。× 28.压电常数d32所表示的含义是：沿着z轴方向受力，在垂直于y轴的表面产生电荷；× 29.涡流式电感传感器属于互感型的电感传感器；× 30.金属丝的电阻应变效应中，引起电阻改变的主要原因是电阻率的改变；× 31.压电常数d ij中的下标i表示晶体的极化方向，j表示晶体受力的性质；√
光纤耦合器
光纤耦合器 光纤耦合器的概述 ?·光纤耦合器的简介 ?·光纤耦合器的分类 ?·光纤耦合器的制作方式 ?·光纤耦合器端口的级联 光纤耦合器的应用 ?·2×2单模光纤耦合器的改进... ?·光纤耦合器中光孤子传输的... ?·可调光子晶体光纤耦合器的制作 光纤耦合器的简介 光纤耦合器是指光讯号通过光纤中分至多条光纤中的元件,属于一种光被动元件,一般 在电信网路、有线电视网路、用户回路系统、区域网路各个领域都会应用到,与光纤连接器 在被动元件中起重大作用,也叫分歧器. 光纤耦合器的分类 光纤耦合器一般分为三类: 标准耦合器:双分支,单位1X2,就是将光讯号未成两个功率 星状/树状耦合器 波长多工器:也称作WDM,一般波长属于高密度分出,即波长间距窄,就是WDM 光纤耦合器的制作方式 光纤耦合器制作方式有烧结(FUSE)、微光学式(MICRO Optics)、光波导式(Wave Guide) 三种.这里介绍下烧结方式,烧结方式占了多数(约有90%),主要的方法是将两条光纤并在一起烧融拉伸,使核芯聚合一起,以达光耦合作用,而其中最重要的生产设备就是融烧机,也是最为重要的步骤,虽然重要步骤部分可由机器代工,但烧结之后,必须人工封装,所以人工成本在10%-15%左右,其次采用人工检测封装必须保证品质一致性,这也是量产时所必须克服的,但技术困难度不若DWDM MODULE及光主动元件高,因此初期想进入光纤产业的厂商,大部 分会从光耦合器切入,毛利则在20～30% 光纤耦合器端口的级联 光纤耦合器端口的级联 由于光纤端口的价格仍然非常昂贵,所以,光纤主要被用于核心交换机和骨干交换机之间连接,或被用于骨干交换机之间的级联.需要注意的是,光纤端口均没有堆叠的能力,只能被用于级联. 1. 光纤跳线的交叉连接
光纤耦合器及光纤配线架的制作流程
本技术提供了一种光纤配线架，包括：母板(2)、ARM主机(4)、远端服务和光纤耦合器(1)；所述光纤耦合器(1)插入所述母板(2)中；所述母板(2)与所述ARM主机(4)连接；所述ARM主机(4)与所述远端服务连接；所述光纤耦合器(1)与光纤连接，用于获取光纤的散射红外光，并将获取的红外光波转换为微电流或微电压数据；所述ARM主机(4)用于，将电流/电压信号转变为可传输于IP网络的数据并通过IP网络将数据传输到远端服务。本技术提供的技术方案通过红外传感器获取散射红外光实现全天候监测光纤的通信状态。 技术要求 1.一种光纤耦合器，其特征在于，包括：耦合部(13)和一端设有红外传感器(11)的电路板(12)； 所述耦合部(13)一端与电路板(12)具有红外传感器(11)的一端固定，所述耦合部(13)的另一端与光纤连接；所述电路板(12)的另一端插入可与光纤耦合器(1)连接的外部设备； 所述红外传感器(11)用于获取与所述耦合部连接的光纤在通信中发出的散射红外光波，并将红外光波转换为微电流或微电压数据。 2.如权利要求1所述的光纤耦合器，其特征在于，所述耦合部正中位置设置有凹槽； 所述红外传感器(11)固定于所述耦合部的凹槽处。 3.如权利要求1所述的光纤耦合器，其特征在于，所述光纤为单模/多模；
优选的，所述光纤耦合器(1)设置于光纤配线架壳体(5)上； 优选的，还包括，外壳； 所述外壳包裹所述耦合部。 4.一种光纤配线架，其特征在于，包括：母板(2)、ARM主机(4)、远端服务和如权利要求1-3任一项所述的光纤耦合器(1)； 所述光纤耦合器(1)插入所述母板(2)中；所述母板(2)与所述ARM主机(4)连接；所述ARM 主机(4)与所述远端服务连接； 所述光纤耦合器(1)与光纤连接，用于，获取光纤的散射红外光，并将获取的红外光波转换为微电流或微电压数据； 所述ARM主机(4)用于，将电流/电压信号转变为可传输于IP网络的数据并通过IP网络将数据传输到远端服务。 5.如权利要求4所述的光纤配线架，其特征在于，所述光纤线路监测装置还包括排线(3)；所述母板(2)包括耦合器电路板插槽(21)和电路板排线插槽(22)；所述ARM主机包括ARM主机排线插槽(41)； 所述电路板排线插槽(22)和ARM主机排线插槽(41)通过所述排线(3)连接； 优选的，所述光纤耦合器(1)、所述耦合器电路板插槽(21)和排线插槽(22)的个数大于等于1； 优选的，所述光纤耦合器具有编号和位置信息； 所述光纤耦合器的编号与接入所述光纤耦合器的光纤的编号一致； 所述耦合器的位置信息与接入所述光纤耦合器的光纤的位置一致。 6.如权利要求5所述的光纤配线架，其特征在于，所述ARM主机(4)还包括：管理主机(42)；
传感器课程测试试题汇总
传感器课程试题汇总
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传感器与自动检测技术仿真试题一 一、单项选择题（本大题共10小题，每小题2分，共20 分） 在每小题列出的四个选项中只有一个选项是符合题目要求的，请将正确选项前的字母填在题后的括号内。错选、多选和未选均不得分。 1、下列不属于按传感器的工作原理进行分类的传感器是（ B ）。 A. 应变式传感器 B. 化学型传感器 C. 压电式传感器 D. 热电式传感器 2、传感器的下列指标全部属于静态特性的是（ C ） A．线性度、灵敏度、阻尼系数 B．幅频特性、相频特性、稳态误差 C．迟滞、重复性、漂移 D．精度、时间常数、重复性 3、测量者在处理误差时，下列哪一种做法是无法实现的（ A ） A．消除随机误差 B．减小或消除系统误差 C．修正系统误差 D．剔除粗大误差 4、电感式传感器采用变压器式交流电桥测量电路时，下列说法不正确的 是（ C ）。 A. 衔铁上、下移动时，输出电压相位相反 B. 衔铁上、下移动时，输出电压随衔铁的位移而变化 C. 根据输出的指示可以判断位移的方向 D. 当衔铁位于中间位置时，电桥处于平衡状态 5、关于压电式传感器中压电元件的连接，以下说法正确的是（ A ） A．与单片相比，并联时电荷量增加1倍、电容量增加1倍、输出电 压不变 B. 与单片相比，串联时电荷量增加1倍、电容量增加1倍、输出电 压增大1倍 第 1 页共 34 页
C．与单片相比，并联时电荷量不变、电容量减半、输出电压增大1倍 D. 与单片相比，串联时电荷量不变、电容量减半、输出电压不变 6、在红外技术中，一般将红外辐射分为四个区域，即近红外区、中红外 区、远红外区和（ D ）。这里所说的“远近”是相对红外辐射在电磁 波谱中与可见光的距离而言。 A.微波区 B.微红外区 C.X射线区 D.极远红外区 7、下列关于微波传感器的说法中错误的是（ A ） A.可用普通电子管与晶体管构成微波振荡器 B.天线具有特殊结构使发射的微波具有尖锐的方向性 C.用电流—电压特性呈非线性的电子元件做探测微波的敏感探头 D.可分为反射式和遮断式两类 8、若已知超声波传感器垂直安装在被测介质底部，超声波在被测介质中 的传播速度为1480m/s，测量时间间隔为200us，则物位高度为（ B ）A．296mm B．148mm C．74mm D．条件不足，无法求出 9、现有一个采用4位循环码码盘的光电式编码器，码盘的起始位置对应 的编码是0011，终止位置对应的编码是0101，则该码盘转动的角度可 能会是（ C ） A．45° B.60° C.90° D.120° 10、用N型材料SnO2制成的气敏电阻在空气中经加热处于稳定状态后， 与氧气接触后（B ） A．电阻值变小 B．电阻值变大 C．电阻值不变 D．不确定 二、简答题（本大题共5小题，每小题6分，共30分） 1、什么是传感器？传感器的共性是什么？ 答：传感器是能够感受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。传感器是实现传感功能的基本部件。 传感器的共性就是利用物理定律和物质的物理、化学或生物特性，将非 第 2 页共 34 页
传感器与检测技术期末考试试卷及答案
传感器与自动检测技术 一、填空题（每题3分） 1、传感器通常由直接响应于被测量的敏感元件、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。 2、金属材料的应变效应是指金属材料在受到外力作用时，产生机械变形，导致其阻值发生变化的现象叫金属材料的应变效应。 3、半导体材料的压阻效应是半导体材料在受到应力作用后，其电阻率发生明显变化，这种现象称为压阻效应。 4、金属丝应变片和半导体应变片比较其相同点是它们都是在外界力作用下产生机械变形，从而导致材料的电阻发生变化。 5、金属丝应变片和半导体应变片比较其不同点是金属材料的应变效应以机械形变为主，材料的电阻率相对变化为辅；而半导体材料则正好相反，其应变效应以机械形变导致的电阻率的相对变化为主，而机械形变为辅。 6、金属应变片的灵敏度系数是指金属应变片单位应变引起的应变片电阻的相对变化叫金属应变片的灵敏度系数。 7、固体受到作用力后电阻率要发生变化，这种现象称压阻效应。 8、应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器。 9、应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器。 10、应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器，传感器由在弹性元件上粘贴电阻敏感元件构成，弹性元件用来感知应变，电阻敏感元件用来将应变的转换为电阻的变化。 11、应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器，传感器由在弹性元件上粘贴电阻敏感元件构成，弹性元件用来感知应变，电阻敏感元件用来将应变的转换为电阻的变化。 12、应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器，传感器由在弹性元件上粘贴电阻敏感元件构成，弹性元件用来感知应变，电阻敏感元件用来将应变的转换为电阻的变化。 13、应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器，传感器由在弹性元件上粘贴电阻敏感元件构成，弹性元件用来感知应变，电阻敏感元件用
光纤传感器
传感器的工作原理及应用 ————光纤传感器 光纤传感器具有灵敏度高、电绝缘性能好、抗电磁干扰、光路可弯曲、便于使用线遥测、耐腐蚀、耐高温、体积小、质量轻等优点，可广泛用于位移、速度、加速度、压力、漏寓、液位、流量、水声、电流、磁场、放射性射线等物理量的测量，在制造业、军事、航天、航空、航海和其他科学研究中有着广泛的应用。 一、光纤传感器的基本工作原理 光纤传感器是一种将被测对象那个的状态转变为可测的光信号的传感器。其工作原理是将光源入射的光束经由光纤送入调制器，在调制器内与外界参数的相互作用，使光的光学性质，如光的强度、波长、频率、相位、偏振态等发生变化，成为被调制的光信号，再经过光纤送入光器件、经解调器后获得被测参数。在整个过程中光束经由光纤导入，经过调制器后再射出。其中光纤的作用首先是传输光束，其次是起到光调制器的作用。 二、光纤传感器的应用 激光多普勒光纤流速测量系统 设激光光源频率为0f 经分束器分成两束光，其中被声光调制器调制成频率为01f f -的一束光射入探测器中，另一束频率为0f 的光经 光纤射到被测物体流中。例如当血液里的红血球以速度v 运动时，根据多普勒效应，其反射光的光谱产生频率为0f f ±?的光，他与01f f -的光在光电探测器中混频后，形成1f f ±?的振荡信号，通过测量f ?便可
以换算出血流速度v 。声光调制频率一般取40z MH 。在频率分析仪上 除有40z MH 的调整频率的一个峰外还有移动的f ?次峰，根据次峰可以确定血流等流体的速度。 光纤传感器涡轮流量计 涡轮流量计通过内磁式传感器检测涡轮的转速而实现流量测量，是一种广泛的流量测量仪表。随着光纤传感器技术的发展可以将反射型光纤传感器与传统的涡轮流量测量原理相结合，制造出具有双光纤传感器的涡轮流量计。与传统的内磁式涡轮流量计相比，光纤传感器涡轮流量计具备正反流量测量的性能。在检测原理上，光纤传感器克服了由内磁式传感器的磁性引力带来的影响，有效地扩大了涡轮流量计的量程比。光纤传感器涡轮流量计就是对涡轮流量进行改进，使其叶片端面适宜反射光线，利用反射型光纤传感器及光电转换电路检测涡轮叶片的旋转，从而测量出流量的。反射型光纤传感器一般采用多模玻璃光纤，单根芯纤的直径为200m μ，孔径为0.3m 。反射型光纤传感
光纤传感器 (2)
摘要近年来，传感器在朝着灵敏、精确、适应性强、小巧和智能化的方向发展。在这一过程中，光纤传感器这个传感器家族的新成员倍受青睐。我对光纤传感器较为感兴趣，所以就以光纤传感器做我论文的主题。通过介绍光纤传感器的构造及工作原理，光纤传感器的许多优越的特点，灵敏度高、可以任意改变形状、可用于恶劣的环境中等等，说明光纤传感器是使用是非常广泛的，其应用领域是在我们的周围环境中，其重要性日益增强。最后，光纤技术会越来越得到应用，它会给我们人类带来极大的方便与利益。 关键词光纤传感器、灵敏度、改变形状、可用于恶劣环境 引言光纤传感器可以用来测量多种物理量，比如声场、电场、压力、温度、角速度、加速度等，还可以完成现有测量技术难以完成的测量任务。它与我们息息相关，我们需要它，它需要我们来对它进行改造，创新。 一工作原理 光纤传感器就是利用光导纤维的传光特性，把被测量转换为光特性(强度、相位、偏振态、频率、波长)改变的传感器。它的基本工作原理是将来自光源的光经过光纤送入调制器，使待测参数与进入调制区的光相互作用后，导致光的光学性质（如光的强度、波长、频率、相位、偏正态等）发生变化，称为被调制的信号光，再经过光纤送入光探测器，经解调后，获得被测参数。 二优点 1 灵敏度较高；
2 几何形状具有多方面的适应性，可以制成任意形状的光纤传感器； 3 可以制造传感各种不同物理信息（声、磁、温度、旋转等）的器件； 4 可以用于高压、电气噪声、高温、腐蚀、或其它的恶劣环境； 5 而且具有与光纤遥测技术的内在相容性。 三分类 根据光受被测对象的调制形式可以分为：强度调制型、偏振态制型、相位制型、频率制型；根据光是否发生干涉可分为：干涉型和非干涉型；根据是否能够随距离的增加连续地监测被测量可分为：分布式和点分式；根据光纤在传感器中的作用可以分为：一类是功能型传感器，又称为传感型传感器；另一类是非功能型，又称为传光型传感器。 四应用 1 基于微弯效应测压力 微弯效应：光纤在微弯时引起纤芯中传输的光部分投入包层（全反射条件受到一定破坏），造成传输损耗，微弯程度不同，泄漏光波的强度也不同，从而达到光强度调制的目的。 光纤压力传感器主要有强度调制型、相位调制型和偏振调制型三种。 强度调制型光纤传感器是一种可用于测量位移、温度、压力、气体浓度等多种物理量的高精度传感器。大多基于弹性元件受压发生机
光纤耦合器 光纤耦合器
光纤耦合器光纤耦合器（Coupler）又称分歧器（Splitter），是将光讯号从一条光纤中分至多条光纤中的元件，属于光被动元件领域，在电信网路、有线电视网路、用户回路系统、区域网路中都会应用到，与光纤连接器分列被动元件中使用最大项的（根据ElectroniCat资料，两者市场金额在2003年约达25亿美元）。光纤耦合器可分标准耦合器（双分支，单位1×2，亦即将光讯号分成两个功率）、星状／树状耦合器、以及波长多工器（WDM，若波长属高密度分出，即波长间距窄，则属于DWDM），制作方式则有烧结（Fuse）、微光学式（MicroOptics）、光波导式（WaveGuide）三种，而以烧结式方法生产占多数（约有90％）。烧结方式的制作法，是将两条光纤并在一起烧融拉伸，使核芯聚合一起，以达光耦合作用，而其中最重要的生产设备是融烧机，也是其中的重要步骤，虽然重要步骤部份可由机器代工，但烧结之后，仍须人工作检测封装，因此人工成本约占10～15％左右，再者采用人工检测封装须保品质的一致性，这也是量产时所必须克服的，但技术困难度不若DWDMmodule及光主动元件高，因此初期想进入光纤产业的厂商，大部分会从光耦合器切入，毛利则在20～30％。国外业者有JDS、E-Tek、Oplink、Gould等，目前都已直接在大陆设厂生产耦合器跳线先说配线架吧，就是外线（电信线路）和内线进行交换为了方便管理而设的线路管理的机架。通常外线是架好不用动的，内现在表层，员工调了位置或人员流动时就要对号码或分机进行相应的移动，这就是跳线。跳线，实际上就是将用户的端口在交换机上（网络）和配线架上（语音）做一个调整，但现在的弱电几乎都是在配线架上面完成，网络和语音都在一块的，这就是网管的基本工作。另外顺便说一句，现在还有一种光纤跳线，在配线架上面用的，俗名也叫跳线/尾纤，呵呵。 尾纤尾纤又叫猪尾线，只有一端有连接头，而另一端是一根光缆纤芯的断头，通过熔接与其他光缆纤芯相连，常出现在光纤终端盒内，用于连接光缆与光纤收发器（之间还用到耦合器、跳线等）。跳线，就是两端有连接头（如ST、SC、FC、MTRJ等等）的一段线缆（有光纤跳线、双绞线跳线及其他铜缆跳线等），作用是直接连接两个标准接口设备互连1、图解交换机设备的级联双绞线端口的级联级联既可使用普通端口也可使用特殊的MDI-II端口。当相互级联的两个端口分别为普通端口（即MDI-X）端口和MDI-II端口时，应当使用直通电缆。当相互级联的两个端口均为普通端口（即MDI-X）或均为MDI-II端口时，则应当使用交叉电缆。无论是10Base-T以太网、100Base-TX快速以太网还是1000Base-T千兆以太网，级联交换机所使用的电缆长度均可达到100米，这个长度与交换机到计算机之间长度完全相同。因此，级联除了能够扩充端口数量外，另外一个用途就是快速延伸网络直径。当有4台交换机级联时，网络跨度就可以达到500米。这样的距离对于位于同一座建筑物内的小型网络而言已经足够了！1．使用Uplink端口级联现在，越来越多交换机（Cisco交换机除外）提供了Uplink端口（如图1所示），使得交换机之间的连接变得更加简单。图1Uplink端口Uplink端口是专门用于与其他交换机连接的端口，可利用直通跳线将该端口连接至其他交换机的除Uplink端口外的任意端口（如图2所示），这种连接方式跟计算机与交换机之间的连接完全相同。需要注意的是，有些品牌的交换机（如3Com）使用一个普通端口兼作Uplink端口，并利用一个开关（MDI/MDI-X转换开关）在两种类型间进行切换。图2利用直通线通过Uplink端口级联交换机. 2．使用普通端口级联如果交换机没有提供专门的级联端口（Uplink端口），那么，将只能使用交叉跳线，将两台交换机的普通端口连接在一起，扩展网络端口数量（如图3所示）。需要注意的是，当使用普通端口连接交换机时，必须使用交叉线而不是直通线。图3利用交叉线通过普通端口级联交换机光纤端口的级联由于光纤端口的价格仍然非常昂贵，所以，光纤主要被用于核心交换机和骨干交换机之间连接，或被用于骨干交换机之间的级联。需要注意的是，光纤端口均没有堆叠的能力，只能被用于级联。1．光纤跳线的交叉连接所有交换机的光纤端口都是2个，分别是一发一收。当然，光纤跳线也必须是2根，否则端口
液位检测光纤传感器系统设计
液位检测光纤传感器系 统设计 Company number：【0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108】
北京化工大学 检测技术及仪器 题目：液位检测光纤传感器系统设计 专业：测控技术与仪器 班级：测控1303 姓名：孙应贵 学号： 1检测系统构成 光纤液位传感器的结构如图所示传感器的主要组成部分有：双膜盒光纤位移探头和防水支撑结构。双膜盒是水压变化的敏感组件膜盒中央为光滑平面近似反射平面，为提高反射光强度可以在膜盒中央粘贴一个小反射镜水压变化时双膜盒的1个膜片均发生形变 : 状态。在实验装置中，光纤采用多光束光纤。光纤分布呈半圆状、投射光纤输出端和接受光纤接收端纤芯直径为1mm膜盒内部为低真空状态。测量时调整探头位置，将探头
位置设置在输出特性曲线中较为灵敏的位置上。当水面升高引起压力增加时，膜盒压缩、间隔增大,若压力减小时，膜盒膨胀，间隔减小。 光纤液位传感器的系统框如图3所示。主要包括：光纤位移探头、双膜盒检测器、 LED的光功率进行控制. 由脉冲发生模块产生较为稳定的脉冲信号通过比较放大模块和激光管驱动电路驱动 LD背向光检测器接收的光功率并将其转化为电信号。此信号通过调理电路处理后送到比较放大模块，与脉冲信号进行比较放大，并再次送入激光管驱动电路，完成对LD 光功率的稳定控制，使LD的光功率在一个很小的范围内波动。 激光器的驱动电路采用射极偏置电路。它是交流放大电路中最常见的一种基本电路。电路设计如图5所示。 信号调理电路 信号调理电路包括光电流的ＩＶ及前置放大电路（图７）．带通滤波电路真值转换电路和后置放大电路．从出射光纤接受的信号中含有背景光噪声．经过前置放大后，需要从其中得到可用信号．所以在前置放大后需要带通滤波电路将其中有用信号提取出来．考虑到前置放大器工作的稳定性，放大器的电流电压转换系数不宜太大．在光信号较弱的情况下，前置输出的信号较小．因此，调理电路中的带通滤波器采用带增益的有源滤波器．如图８所示．
光纤传感技术与应用复习提纲66
第二章 多传感器的光网络技术 2．2．1 网络损耗的主要来源 1．弯曲引起的光纤损耗（弯曲损耗） 弯曲损耗： 宏弯损耗 微弯损耗 1）光纤的宏弯损耗:曲率半径在一个临界值 c R ，c R R >时附加损耗可以忽略不计；否则， 弯曲损耗指数增加。确定R 值是很重要的。多模光纤cm R 1≥时，附加损耗可以忽略不计。 2）光纤的微弯损耗（1）多模光纤的微弯损耗多模光纤在微弯时，主要是相邻模之间发生耦合 弯波矢量 c k k ='（微弯周期c l l =）时，损耗最大。 c l l =处的主衰减峰的谱宽为L l c /22， 主衰减峰两侧还有次极大出现。③损耗与微弯振幅2 d A （平方）成正比（这一点可以加以利 用）。④损耗与微弯总长度L 成正比。 （2）单模光纤的微弯损耗 模斑半径越小，损耗越小。 2．光纤和光源的耦合损耗 1）半导体激光器和光纤的耦合损耗 半导体激光器发出的光不是圆的光班，其发散角在互为垂直的方向上也不一样大。 ()()?? ?????? ????????? ???? ? ??+???? ?? -=2 2 2exp ,,y x y x z A z y x I ωω 其中 x z x 0πωλω= ， y z y 0πωλω= （1）直接耦合的损耗 直接耦合：将光纤端面直接指向激光器发光面（点）。 举例：光纤NA=0.14，其孔径角 c θ2约为16°半导体激光管发散角//2θ（平行于PN 结） 仅为5°~6°，距离很近时，可以全部耦合；⊥θ2大于c θ2，不能保证全部的光都能进入光纤。 耦合效率的计算： ()()() ∞=?? ????? ? ????????????? ? ??+??? ? ??-==? ??? ∞ ∞ ∞ ∞ Berf dxdy y x s A dxdy z y x I P y x 002 2 0002exp 2,,2ωω ()?∞???????????? ??-???? ??=022exp 22dx x s A b x y ωωπ ()? ???? ??-???? ??=A y dt t A erf 022exp 22ωπ 误差函数y y t ω2= ， y dy dt ω= 在 s z =平面内，B 为常数。显然，包含在光纤孔径角// 2θ 内的光功率是 ()?? ???????=???? ??-???? ? ? =?? ? ??????????????????? ??+???? ??-=πλθπωλθωπωω202 02 2tan 22exp tan 222exp 20 c oy c oy x y y x berf dt t B dxdy y x s A P 估算，光纤端面损5%， 则 ()[] []%95/tan 2%950max ?∞=?=erf erf P P c oy λθπωη m oy μω05.0=，m μλ85.0=的激光和14.0=NA （?=8c θ）的直接耦合，max η约为 20%。 （2）透镜耦合的损耗 ①光纤端面磨成球面的耦合 ②柱透镜耦合 ③凸透镜耦合（也可用自聚焦透镜代替） ④圆锥表透镜耦合 2）半导体发光二极管和光纤的耦合损耗 发光管不同于激光器，其发光相当于余弦发光体。后者相光强分布相当于高斯形。用朗伯发光面（见固体光电子学），半球空间发出的总功率为 ?==20 02cos sin 22π πθθθπE E BA d BA P E A ——发光 面积，B ——光源亮度（单位面积向某方向单位立体角发出的光功率）； 通常，半导体二极管发光点的面积比光纤端面积小。 Ω=d BA dP E θcos ?==c c E E BA d BA P θθπθθθπ0 2sin 2cos sin 22 直接耦合时的最 大效率为 ()2 20 m a x s i n NA P P c == θη 举例：当14.0=NA 时，效率为2%，功率为5mW 的发光二极管，耦合入光纤的功率仅为 几十微瓦。采用透镜耦合，与激光管类似。 3．光纤和光纤的直接耦合损耗 1）多模光纤和多模光纤的直接耦合损耗 （1）轴偏离对耦合损耗的影响 （2）两光纤端面之间的间隙对耦合损耗的影响 （3）两光纤轴之间的倾斜对耦合损耗的影响 （4）光纤端面的不完整性对耦合损耗的影响 ①端面倾斜 ②端面弯曲 （5）光纤种类不同对耦合损耗的影响 ①芯径不同 ②折射率不同： 2）单模光纤和单模光纤直接耦合的损耗 （1）离轴和轴倾斜引起的损耗 （2）两光纤端面间的间隙引起的耦合损耗 （3）不同种类光纤引起的耦合损耗 2．2．2 光网络常用无源及有源光纤器件 属于有损耗器件：光连接器、光耦合器、光开关、光衰减器、光隔离器、光滤波器、波分复 用/解复用器等。1．熔锥型单模光纤光分/合路连接器2．磨抛型单模光纤定向耦合 3．光开关 1）机械式光开关（1）微光机电系统光开关微光机电系统MEMOS （2）金属薄膜光开关 2）电光效应光开关 4．掺杂光纤激光器与放大器（略） 5．光纤放大器（略） 2．3 光网络技术 2．3．2 成网技术 复用技术：光波分复用（OWDM ）、光时分复用技术（OTDM ）、光码分复用技术（OCDMA ）、 光频分复用技术（OFDM ）、光空分复用技术）OSDM ）、光副载波复用技术（OSCM ）。名词的英文全称。1．光纤时分复用网络 时分复用（time domain multiplexing ）——依时间顺序依次访问一系列传感器。 2．光纤频分复用网络 频域复用:调制频域复用（modulation frequency domain multiplexing, MFDM ） 波分复用（wavelength division multiplexing, WDM ） 1）调制频域复用 2）波分复用 3．光纤空分复用网络 如同打电话方式，一对电缆只供一对电话使用。长距离上用一对电缆同时供许多人通话——复用。如10芯×组×10带光缆 =5120芯，每缆可传1000Tb/s 2．4 光传感网实例——光纤光栅在传感中的应用 光纤光栅在使用中的问题： ① 波长微小位移检测（设备昂贵） ②宽光谱、高功率光源（不易获得）③光检测器波长分辩率的提高（直接关系到光纤光栅灵敏度的发挥） ④交叉敏感的消除（被测量和非被测量之间的相互影响） ⑤光纤光栅的封装（写光栅时去除了保护层，机械强度变差）⑥光纤光栅的可靠性（机械和光学特性抗拉、抗弯、反射率、透射率规定时间内无变化） ⑦光纤光栅的寿命（光栅在高温下会发生退火） 2．4．2 光纤光栅的传感网络 1．光纤光栅的波分复用 2．光纤光栅的时分复用 3．光纤光栅的时分复用和空分复用（略） 4．光纤光栅的空分复用和波分复用（略） 5．光纤光栅的空分、波分和时分复用的组合布 局 第三章 光电传感器中的光纤技 3．4 光纤的损耗 3．5 光纤的色散 （1）多模色散（群速不同） （2）波导色散（模的群速随波长变化） （3）材料色散（材料本身的色散）4）偏振（模）色散（轴不对称HE11x 模与HE11y 正交，光纤的轴不对称，两模群延迟不同。 3．6 光纤的耦合技术（略） 3．7 光纤中光波的控制技术 3．7．1 光纤偏振器 1．光纤偏振控制器 光纤中可利用光弹效应改变偏振态。光纤弯曲时，由应力作用引起折射率的变化 2 133.0? ? ? ??-=?-?=R a n n n y x δ 快轴——弯曲平面内 慢轴——垂直于弯曲平面。 当 m NR n λ πδ= 2|| （ 、、、321=m ），为 m /λ波片。例：m μλ63.0=的红 光， m a μ5.62=的光纤绕成mm R 6.20=的一个圈时，成为4/λ波片，两圈时，成为2/λ波片。 2．保偏光纤偏振器
传感器与测试技术复习题与答案
传感器与测试技术习题及答案 1．什么是传感器？它由哪几个部分组成？分别起到什么作用？ 2．传感器技术的发展动向表现在哪几个方面？ 3．传感器的性能参数反映了传感器的什么关系？静态参数有哪些？各种参数代表什么意义？动态参数有那些？应如何选择？ 4．某位移传感器，在输入量变化5 mm 时，输出电压变化为300 mV ，求其灵敏度。 5. 某测量系统由传感器、放大器和记录仪组成，各环节的灵敏度为： S1=0.2mV/℃、S2=2.0V/mV 、S3=5.0mm/V ，求系统的总的灵敏度。 6．什么是应变效应？什么是压阻效应？什么是横向效应？ 7、试说明金属应变片与半导体应变片的相同和不同之处。 8、 应变片产生温度误差的原因及减小或补偿温度误差的方法是什么？ 9、钢材上粘贴的应变片的电阻变化率为0.1%，钢材的应力为10kg/mm 2 。试求 10、如图所示为等强度梁测力系统，1R 为电阻应变片，应变片灵敏度系数 05.2=k ，未受应变时Ω=1201R ，当试件受力F 时，应变片承受平均应变4108-?=ε，求 （1）应变片电阻变化量1R ?和电阻相对变化量11/R R ?。 （2）将电阻应变片置于单臂测量电桥，电桥电源电压为直流3V ，求电桥 输出电压是多少。 （a ） （b ） 图等强度梁测力系统
11、单臂电桥存在非线性误差，试说明解决方法。 12、某传感器为一阶系统，当受阶跃函数作用时，在t=0时，输出为10mV;t →∞时，输出为100mV;在t=5s 时，输出为50mV,试求该传感器的时间常数。 13. 交流电桥的平衡条件是什么？ 14．涡流的形成范围和渗透深度与哪些因素有关?被测体对涡流传感器的灵敏度有何影 响? 15．涡流式传感器的主要优点是什么? 16．电涡流传感器除了能测量位移外，还能测量哪些非电量？ 17．某电容传感器（平行极板电容器）的圆形极板半径)(4mm r =，工作初始极板间距离)(3.00mm =δ，介质为空气。问： （1）如果极板间距离变化量)(1m μδ±=?，电容的变化量C ?是多少？ （2）如果测量电路的灵敏度)(1001pF mV k =，读数仪表的灵敏度52=k （格／mV ）在)(1m μδ±=?时，读数仪表的变化量为多少？ 18．寄生电容与电容传感器相关联影响传感器的灵敏度，它的变化为虚假信号影响传感器的精度。试阐述消除和减小寄生电容影响的几种方法和原理。 19．简述电容式传感器的优缺点。 20．电容式传感器测量电路的作用是什么？ 21．简述正、逆压电效应。 22．压电材料的主要特性参数有哪些？ 23．简述电压放大器和电荷放大器的优缺点。 24．能否用压电传感器测量静态压力？为什么？ 25．说明霍尔效应的原理？ 26．磁电式传感器与电感式传感器有何不同？ 27．霍尔元件在一定电流的控制下，其霍尔电势与哪些因素有关？ 28．说明热电偶测温的原理及热电偶的基本定律。 29．将一只灵敏度为0.08mv/℃ 的热电偶与毫伏表相连,已知接线端温度为50℃,毫伏表的输出为60 mv, 求热电偶热端的温度为多少? 30．试比较热电阻与热敏电阻的异同。 31．什么是光电效应，依其表现形式如何分类，并予以解释。
光纤传感器的综述
现代传感器论文 题目：光纤传感器综述 姓名：张艳婷 学院：物理与机电工程学院 系：机电系 专业：精密仪器与机械 年级：2013级 学号：19920131152905 指导教师：吴德会老师 2014 年2月18日
光纤传感器综述 [摘要] 光纤传感器是一种有广泛应用前景的新型传感器。本文对光纤传感器的原理、特点、分类和发展历程进行了详细综述，介绍了光纤温度传感器、光纤陀螺仪这两种典型光纤传感器的应用，指出了这类光纤传感器在应用过程中存在的问题，并提出光纤传感器今后的发展趋势, 为光纤传感器的深入研究提供了有益参考。 [关键词]：光纤传感器原理特点发展历程发展趋势 一、引言 传感器在当代科技领域及实际应用中占有十分重要的地位，各种类型的传感器早已广泛应用于各个学科领域。近年来，传感器朝着灵敏、精巧、适应性强、智能化和网络化方向发展。光纤传感技术是20世纪70年代末新兴的一项技术［1］，在全世界成了研究热门，已与光纤通信并驾齐驱。光纤传感器作为传感器家族的一名新成员，由于其优越的性能而备受青睐，其具有体积小、质量轻、抗电磁干扰、防腐蚀、灵敏度高、测量带宽、检测电子设备与传感器可以间隔很远等优点，优良的性能使得光纤传感器具有广泛的应用前景。本文从光纤传感器的基本原理及特点、光纤传感器的发展历程、光纤传感器的分类及应用原理、光纤传感器的应用及存在问题以及光纤传感器的发展趋势五大方面对光纤传感器进行介绍。 二、光纤传感器的基本原理及特点 光纤( Optical Fiber) 是光导纤维的简称，光纤的主要成份为二氧化硅，由折射较高的纤芯、折射率较低的包层及保护层组成。纤芯为直径大约0.1 mm 左右的细玻璃丝，把光封闭在其中并沿轴向进行传播的导波结构。光纤传感器的发现起源于探测光纤外部扰动的实践，在实践中，人们发现当光纤受到外界环境的变化时，会引起光纤内部传输光波参数的变化，而这些变化与外界因素成一定规律，由此发展出光纤传感技术。
光纤传感器的基本原理及在医学上的应用
２００8年9月中国医学物理学杂志Sep ．,２００8 第２5卷第5期 ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｅｄｉｃａｌＰｈｙｓｉｃｓ Ｖｏｌ．25．Ｎｏ．5 光纤传感器的基本原理及在医学上的应用 孙素梅1，陈洪耀2，3，尹国盛2（1.漯河医学高等专科学校，河南漯河462000；2.河南大学物理与电子学院，河南开封 475004；3.中国科学院安徽光学精密机械研究所，安徽合肥230031） 摘要：目的：本文的目的简要介绍光纤传感器的基本原理和简单分类，重点阐述传光型光纤传感器在医学的压力、流速、ｐＨ值等五方面的应用。方法：光纤传感器基本原理是将光源发出的光经光纤送入调制区，在调制区内，外界被测参数与进入调制区的光相互作用，使光的强度、频率、相位、偏振等发生变化成为被调制的信号光，再经光纤送入光探测器、解调器而获得被测物理量。光纤传感器按其传感原理可分为两大类：一类是传光型传感器，另一类是传感型传感器。结果：目前在医学上应用的主要是传光型光纤传感器。光纤传感器主要优点：小巧、绝缘、不受射频和微波干扰、测量精度高。医疗上的图象传输是传输型光纤传感器应用中很有特色的一部分。只需将许多光纤组成光纤束，就可以做成能有效地使图象空间量子化的传感器。自从光导纤维引入到内窥镜以后，扩大了内窥镜的应用范围。光导纤维柔软、自由度大、传输图象失真小、直径细等优点使得各种内窥镜检查人体的各个部位几乎都是可行的，且操作中不会引起病人的痛苦与不适。其中光纤血管镜已应用于人类的心导管检查中。在进行激光血管成形术时，血管镜可提供很多重要的信息，用以引导激光辐射的方向，选择激光的能量和持续时间，并可了解在成形术后的治疗效果。光纤内窥镜不仅用于诊断，也正进入治疗领域中，例如用于做息肉切除手术等。微波加温治疗技术是当前治疗癌症的有效途径，但微波加温治疗癌症技术的温度难以控制，而光纤温度传感器恰可以对微波加温治疗癌症的有效温度进行监测，从而使温度不致于过高杀死人体的正常细胞，也不会过低达不到治疗目的，使癌细胞进一步扩散。光纤温度传感器在癌症治疗方面的研究和开发正日益兴起。结论：光纤传感器作为一种优势明显的新型传感器在医学领域得到应用，为治疗疾病提供了一种崭新的方法。可以预见随着制作技术的日益成熟和器件性能的不断提高，不久的将来光纤传感器必将会进一步推动医学的飞速发展。 关键词：光纤传感器；测量；医学；应用中图分类号：Ｒ３１２ 文献标识码：Ａ 文章编号：1005-202X （2008）05-0846-05 The Basic Principle and Applications on Medical of Fiber Optic Sensors ＳＵＮＳｕ－ｍｅｉ１，ＣＨＥＮＨｏｎｇ－ｙａｏ２，３，ＹＩＮＧｕｏ－ｓｈｅｎｇ２ （１．ＬｕｏｈｅＭｅｄｉｃａｌＣｏｌｌｅｇｅ，ＬｕｏｈｅＨｅ＇ｎａｎ４６２０００，Ｃｈｉｎａ；２．ＣｈｉｎａＰｈｙｓｉｃｓａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＣｏｌｌｅｇｅ，Ｈｅ＇ｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＫａｉｆｅｎｇＨｅ＇ｎａｎ４７５００４，Ｃｈｉｎａ；３．ＴｈｅＡｎ＇ｈｕｉＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＯｐｔｉｃｓａｎｄＰｒｅｃｉｓｉｏｎＭｅｃｈａｎｉｃｓ，ＴｈｅＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，ＨｅｆｅｉＡｎｈｕｉ２３００３１，Ｃｈｉｎａ） Abstract:Objective:Ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｓｉｍｐｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｈｅｂａｓｉｃｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｓｅｎｓｏｒａｎｄｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｏｎｍｅｄｉｃａｌｉｎｂｌｏｏｄｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｔｈｅｓｐｅｅｄｏｆｆｌｏｗ，ｔｈｅｐＨｖａｌｕｅｅｔｃ．Method:Ｔｈｅｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｓｅｎｓｏｒｂａｓｉｃｐｒｉｎｃｉｐｌｅｉｓｔｈｅｌｉｇｈｔｗｈｉｃｈｓｅｎｄｓｏｕｔｔｈｅｐｈｏｔｏｓｏｕｒｃｅｓｅｎｄｓｉｎａｆｔｅｒｔｈｅｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｔｈｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎａｒｅａ，ｉｎｔｈｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎａｒｅａ，ｔｈｅｏｕｔｓｉｄｅｗａｓｍｅａｓｕｒｅｄｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｗｉｔｈｅｎｔｅｒｓｔｈｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎａｒｅａｔｈｅｌｉｇｈｔｔｏａｆｆｅｃｔｍｕｔｕａｌｌｙ，ｃａｕｓｅｓｔｈｅｌｉｇｈｔｔｈｅｉｎｔｅｎｓｉｔｙ，ｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，ｔｈｅｐｈａｓｅ，ｔｈｅｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｔｏｏｃｃｕｒｃｈａｎｇｅｓｉｎｔｏｔｈｅｓｉｇｎａｌｌｉｇｈｔｗｈｉｃｈｍｏｄｕｌａｔｅｓ，ａｇａｉｎｐａｓｓｅｓｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｔｏｓｅｎｄｉｎｔｈｅｌｉｇｈｔｄｅｔｅｃｔｏｒ，ｔｈｅｄｅｍｏｄｕｌａｔｏｒｏｂｔａｉｎｓｉｓｍｅａｓｕｒｅｄｔｈｅｐｈｙｓｉｃａｌｑｕａｎｔｉｔｙ．Ｔｈｅｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｓｅｎｓｏｒｍａｙｄｉｖｉｄｅｉｎｔｏｔｗｏｋｉｎｄｓａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｉｔｓｓｅｎｓｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅ：ｏｎｅｋｉｎｄｉｓｔｈｅｌｉｇｈｔ－ｐａｓｓｉｎｇｓｅｎｓｏｒ；ｔｈｅｏｔｈｅｒｉｓｔｈｅｓｅｎｓｉｎｇｓｅｎｓｏｒ．Result:Ａｔｐｒｅｓｅｎｔ，ｔｈｅｍａｉｎａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｍｅｄｉｃｉｎｅｉｓｔｈｅｌｉｇｈｔ－ｐａｓｓｉｎｇｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｓｅｎｓｏｒ．Ｔｈｅｍａｉｎａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃ ｓｅｎｓｏｒａｒｅ：ｅｘｑｕｉｓｉｔｅ，ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ，ｎｏｔｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄｂｙｔｈｅｒａｄｉｏｆｒｅｑｕｅｎｃｙａｎｄｔｈｅｍｉｃｒｏｗａｖｅ．Ｔｈｅｍｅａｓｕｒｉｎｇａｃｃｕｒａｃｙｉｓh ｉｇｈ．Ｔｈｅｉｍａｇｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｉｎｍｅｄｉｃａｌｉｓｔｈｅｓｐｅｃｉａｌｐａｒｔｏｆ ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｎｔｈｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｍｏｄｅｓｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｓｅｎｓｏｒ．Ｏｎｌｙｔｉｅａｐｌｅｎｔｙｏｆｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｔｏｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｆｉｂｅｒｏｐｔｉｃｓ，ｗｅｃｏｕｌｄｍａｋｅｔｈｅｓｅｎｓｏｒｗｈｉｃｈｃａｎｃａｕｓｅｔｈｅｉｍａｇｅｓｐａｃｅ 收稿日期：2008-03-10 作者简介：孙素梅（1954-），女，漯河医学高等专科学校物理教研室 副教授。Tel ：0395-296452713939575106；E -mail ： sunsumei2007@https://www.wendangku.net/doc/708843594.html, 。 846--