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1、传感器概述一、选择题1 .传感器的主要功能是（八）A、检测与转换B、滤波与放大C、调制与解调D、传输与显示2 .属于传感器动态特性指标的是（B）oA、重复性B、固有频率C、灵敏度D、漂移3 .一阶传感器输出达到稳态值的10%到90%所需的时间是（B）oA、延迟时间B、上升时间C、峰值时间D、响应时间4 .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5 .通常所说的传感器核心组成部分是指：（B）A、敏感元件和传感元件B、敏感元件和转换元件C、转换元件和调理电路D、敏感元件、调理电路和电源二
2、、简答题1 .一个实用的传感器由那几部分构成？各部分的功用是什么？用框图标示出你所理解的传感器系统。答：敏感元件:直接感受被测量的变化,并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件，是传感器的核心。转换元件：将敏感元件输出的物理量转换成适于传输或测量的电信号。测量电路：将转换元件输出的电信号进行进一步的转换和处理，如放大、滤波、线性化、补偿等，以获得更好的品质特性，便于后续电路实现显示、记录、处理及控制等功能。-,-非电信号电信号2 .传感器的静态参数有哪些？各种参数代表什么意义？答：静态参数有：灵敏度、分辨力、线性度、稳定度、迟滞、重复性、可靠性。灵敏度是指传感器输出的变化量与引起该变化量的输
3、入变化量之比,传感器能检测到输入量最小变化量的能力称为分辨力，所谓传感器的线性度是指其输出量与输入量之间的关系曲线偏离理想宜线的程度，又称为非线性误差。稳定性表示传感器在一个较长的时间内保持其性能参数的能力。迟滞特性表明传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程中输出与输入曲线不重合的程度。重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变动时所得特性曲线间不一致的程度。可靠性是衡量传感器能够正常工作并完成其功能的程度。3 .什么是传感器的静态特性和动态特性？差别何在？答：当传感器的输入信号是常量，不随时间变化（或变化极缓慢）时，其输出输入关系特性称为静态特性。动态特性是指传感器对于随时间
4、变化的输入信号的响应特性。当输入量为常量,或变化极慢时，这一关系称为静态特性；当输入量随时间较快地变化时，这一关系称为动态特性。传感器输出与输入关系可用微分方程来描述。理论上，将微分方程中的一阶及以上的微分项取为零时，即得到静态特性。因此，传感器的静态特性只是动态特性的一个特例。4 .某位移传感器，在输入量变化5mm时，输出电压变化为30OmV,求其灵敏度。解:其灵敏度攵_ AU300x10-3-X 510-3=60项目二自测题一、填空题1 .与金属箔式应变片相比，半导体应变片的最大优点是灵敏度高。2 .应变直流电桥测量电路中，全桥灵敏度是单臂电桥灵敏度的4倍。3 .应变直流全桥电路中，相邻桥
5、宜的应变片的应变极性应一致（选一致或相反）。4将电阻应变片贴在各种弹性敏感元器件上可以构成测力、位移、加速度等参数的传感器。5.金属丝在外力作用下发生机械形变时它的电阻值将发生变化，这种现象称为金属电阻应变_效应。固体受到作用力后电阻率要发生变化，这种现象称为电阻应变效应。二、选择题1金属丝应变片在测量构件的应变时，电阻的相对变化主要由（B）来决定的。A、贴片位置的温度变化B、电阻丝几何尺寸的变化C、电阻丝材料的电阻率变化D、外接导线的变化2 .为提高电桥的灵敏度，可采取的方法是：（C）。A、半桥双臂各串联一片电阻应变片：B、半桥双臂各并联一片电阻应变片；C、适当提高电桥的电源电压；D、增大应
6、变片的初始电阻值。三、简答题1.用应变片测量时，为什么必须采取温度补偿措施？答：因为当时焊应变片的温度和测量时的温度是不一样的这时候应变没受载荷就已经有应变了,要用温度补偿片减掉温度带来的应变以减少温度对应变片阻值的影响。3 .什么叫应变效应？利用应变效应解释金属电阻应变片的工作原理。答：导体或半导体材料在受到外界力作用时，产生机械变形，机械变形导致其阻值变化，这种因形变而使其阻值发生变化的现象称为应变效应。金属丝的电阻随着它所受的机械变形的大小而发生相应的变化的现象称为金属的电阻应变效应。因此通过测量阻值的大小，就可以反映外界作用力的大小。4 .在传感器测量电路中，直流电桥与交流电桥有什么不
7、同，如何考虑应用场合?用电阻应变片组成的半桥、全桥电路与单桥相比有哪些改善？答：直流电桥适合供电电源是直流电的场合，交流电桥适合供电电源是交流的场合。半桥电路比单桥电路灵敏度提高一倍，全桥电路比单桥电路灵敏度提高4倍，且二者均无非线性误差。5 .在传感器测量电路中，直流电桥与交流电桥有什么不同，如何考虑应用场合?用电阻应变片组成的半桥、全桥电路与单臂桥相比有哪些改善？答：直流电桥适合供电电源是直流电的场合，交流电桥适合供电电源是交流的场合。半桥电路比单臂桥电路灵敏度提高一倍，全桥电路比单臂桥电路灵敏度提高4倍，且二者均无非线性误差。四、计算题1 .如果将IOoQ的应变片贴在弹性试件上，若试件截
8、面积S=0.5Xl（4mm2,弹性模量E=210nNm若由5X10N拉力引起的应变片电阻变化为1,试求该应变片的灵敏系数。解：=E,M=ZE=5107210,=2.5107m2=0Zmm2?1OIK=s0.25CC-aR&100XT=1OOXSxin-4=0,2X10oV.JXU2 .如题图所示为等强度梁测力系统，K为电阻应变片，应变片灵敏度系数氏=2.05,未受应变时R=120。，当试件受力尸时，应变片承受平均应变e=8x104,求：（1）应变片电阻变化量和电阻相对变化量ARl解：k=嬴则 ?!/J1 =1.64X10 3 /?, =1.6410 3 120=0.1968（2）将电阻应变片置
9、于单再测量电桥，电桥电源电压为宜流3V,求电桥输出电压是多少。UARI3_解：AU=-XD1-1.64103=1.23mv4K4项目三自测题一、填空题1 .变极距型电容传感器的灵敏度K=1/dOO2 .电容式传感器采用电容器作为传感元件,将不同的被测物理量的变化转换为电容量的变化。3 、.根据工作原理的不同，电容式传感器可分为面积变化型电容传感器、极距变化型电容传感器和介质变化型电容传感器。4 .电容式传感器常用的转换电路有：二极管双T型交流电桥、差动脉冲调制电路、运算放大电路、调频电路和电调电路等。二、选择题1 .电容式传感器测量固体或液体物位时，应该选用（B）。A、变极距式B、变介电常数式
10、C、变面积式D、空气介质变极距式2 .电容式传感器采用差动连接的目的是（D）。A、改善回程误差B、提高固有频率C、提高精度D、提高灵敏度3 .如将变面积型电容式传感器接成差动形式，其灵敏度将（B）。A、保持不变B、增大一倍C、减小一倍D、增大两倍4 .当变间隙式电容传感器两极板间的初始距离d增加时，将引起传感器的（B）。A、灵敏度增加B、灵敏度减小C、非线性误差增加D、非线性误差不变三、简答题1 .为什么变面积式电容传感器的测位移范围较大？答：面积变化型电容传感器的优点是输出与输入成线性关系，但与极板变化型电容式传感器相比，灵敏度较低，适用于较大量程范围的角位移和直线位移的测量。2 .变极距型
11、电容传感器的特性是非线性的，采用什么措施可改善其非线性特征？答：将变极距型电容传感器与运算放大器并接可以改善其非线性特征四、计算题1.有一台变间隙非接触式电容测微仪，其传感器的极板半径尸4mm,假设与被测工件的初始间隙为do=O.3mm,极板间介质为空气。试求：如果传感器与工件的间隙减少Ad=IOum,电容的变化量。解：Co-=(8.8510,23.1416106)/(0.3IO-3)=1482.08IO15FdobCbd了，则=(1482.0810,51010-6)(03103)=494010l7F=0.0494pFdo2 .一个以空气为介质的平板电容式传感器，其中a=10mm,b=16mm
12、,两极板间距d=lmm。测量时，若上极板在原始位置上向左平移了2mm,求该传感器的电容变化量。解：Co-=(8.851O-,216O1O6)/(1103)=1416xIO15FdoC=-Coa=-141610,52103l0-3=-283210,5F=-2.832pF3 .一个圆形平板电容式传感器，其极板半径为5mm,工作初始间隙为0.3mm,空气介质，所采用的测量电路的灵敏度为IOomV/pF,读数仪表灵敏度为5格/mV。如果工作时传感器的间隙产生2Pm的变化量，则读数仪表的指示值变化多少格？解：设读数仪表的知识之变化M格SCo=(8.851O123.1425106)(0.310-3)=23
13、15.7510-13FdC=Coddo=2315.75IO152106(0.3IO-3)=15438IO18F=1.543810FU=CK1=1.5438102100=1.5438mvM=UXK2=1.54385=7.72格项目四自测题一、填空题1 .电感式传感器是建立在电磁感应一基础上的一种传感器。2 .电涡流传感器从测量原理来分，可以分为高频扫射式和低频透射式两大类。3 .电感式传感器可以分为互感式、涡流式三大类。二、选择题1 .不能用涡流式传感器进行测量的是（D）。A位移B材质鉴别C探伤D非金属材料2 .电涡流传感器常用的材料为（D）A.玻璃B.陶瓷C.高分子D.金属三、简答题1 .为什
14、么电感式传感器一般都采用差动形式？答：为了减小非线性误差，提高灵敏度。实际测量中广泛采用差动变隙式电感传感器2 .简述变气隙式传感器的工作原理。传感器的灵敏度与那些因素有关，如何提高其灵敏度？答：传感器由线圈、铁心和衔铁组成，可动线圈与被测物体相连，工作时，被测物体的位移通过可动衔铁的上下移动，将引起空气气息的距离发生变化即气隙磁阻发生相应的变化，从而导致线圈电感量发生变化，实际测量时，正是利用这一变化来判断被测物体的位移量及运动方向的。K=-可见，灵敏度K随初始气隙的增大而减小.采用差动式可提高其灵敏度。o3 .涡流式传感器的主要优点是什么？答：非接触式，测量精度高、体积小、安装方便4 .电
15、涡流传感器除了能测量位移外，还能测量哪些非电量？答：电涡流传感器还可以测量厚度、转速、振动、硬度等参数以及进行无损探伤。5 .比较自感式传感器和差动式传感器的异同。答：自感式传感器与差动变压器式传感器相同点：工作原理都是建立在电磁感应的基础上，都可以分为变气隙式、变面积式和螺旋式等。不同点：结构上，自感式传感器是将被测量的变化转化为电感线圈的电感值变化。差动变压器式电感式传感器是把被测量的变化转换为传感器互感的变化,传感器本身是互感系数可变的变压器。6 .简述电感式传感器的基本工作原理和主要类型。答：电感式传感器是建立在电磁感应的基础上，它将输入的物理量（如位移、振动、压力、流量等）转换为自感
16、系数L或互感系数M的变化，再通过测量电路将L或M转换为电压或电流的变化，从而将非电量转换成电信号输出，实现对非电量的测量。根据工作原理不同，电感式传感器可分为自感式、变压器式和涡流式传感器。项目五自测题一、填空题1 .金属或半导体薄片置于磁感应强度为B的磁场中，磁场方向垂直于薄片，当有电流I流过薄片时，在垂直.于电流和磁场的方向上产生电动势，这种现象称为霍尔效应。2 .霍尔传感器的零位误差主要包括不等位电势和寄生宜流电动势。用半导体制成霍尔组件的测量误差主要来自于温度误差和零位误差O二、选择题1 .下列不属于造成霍尔元件不等位电势的原因是（D）A.元件输出极焊接不对称B.元件的厚薄不均匀C.元
17、件两个输出极接触不良D.通过元件的磁场方向改变2 .下列四种传感器中属于四端元件的是（C）A.应变片B.压电晶片C.霍尔元件D.热敏电阻3 .霍尔元件采用恒流源激励是为了（C）A、提高灵敏度B、克服温漂C、减小不等位电动势D、减小磁感应强度4 .光电式传感器可用来测量转速，但霍尔传感器不能实现转速测量。（X）6 .说明霍尔效应的原理？解：置于磁场中的静止载流导体，当它的电流方向与磁场方向不一致时，载流导体上平行于电流和磁场方向上的两个面之间产生电动势，这种现象称霍尔效应。霍尔传感器是利用半导体材料的霍尔效应进行磁一电转换的磁电式传感器7 .为什么霍尔元件用半导体薄片制成？答：因为金属材料中的自
18、由电子浓度n很高，因此RH很小，不宜作霍尔元件。霍尔元件多用载流子迁移率大的N型半导体材料制作。另外，霍尔元件越薄（d越小），KH就越大，所以通常霍尔元件都较薄。8 .简述霍尔传感器可能应用的场合。答：霍尔元件具有结构牢固、工艺成熟、体积小、寿命长、线性度好、频率高、耐振动、不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀的优点，目前，霍尔传感器是全球使用量排名第三的传感器产品，它被广泛应用到工业、汽车业、计算机、手机以及新兴消费电子领域中。9 .霍尔电势答：U尸则竺二KJB项目六自测题一、填空题1 .热电偶中热电势的大小仅与导体材料的性质、接触点的温度有关,而与热电极尺寸、形状及温度分布无关。2 .
19、热电动势来源于两个方面，一部分由两种导体的接触电势构成,另一部分是单一导体的温差电势。3 .补偿导线法常用作热电偶的冷端温度补偿，它的理论依据是一中间温度定律。4 .常用的热电式传感元件有热电偶和热敏电阻。5 .热电偶是将温度变化转换为1-的测温元件,热电阻和热敏电阻是将温度转换为电阻变化的测温元件。6 .热电阻最常用的材料是和铜，工业上被广泛用来测量中低温区的温度，在测量温度要求不高且温度较低的场合，铜热电阻得到了广泛应用。7 .热电阻引线方式有三种，其中=MfiL适用于工业测量，一般精度要求场合；二线制适用于引线不长，精度要求较低的场合：四线制适用于实验室测量，精度要求高的场合。二、选择题
20、1 .为了减小热电偶测温时的测量误差，需要进行的温度补偿方法不包括（D）oA、补偿导线法B、电桥补偿法C、冷端恒温法D、差动放大法2 .热电偶测量温度时（D）o需加正向电压B、需加反向电压C、加正向、反向电压都可以D、不需加电压3 .银铭-银硅热电偶灵敏度为0.04mV/霓，把它放在温度为120Oc处，若以指示仪表作为冷端，此处温度为50弋，则热电势大小（B）mV。60；B、46；C、56：D、66。4 .已知在某特定条件下材料A与钳配对的热电势为13.967mV,材料B与钳配对的热电势是8. 345mV,则在此特定条件下，材料A与材料B配对后的热电势为（A）晒。A、5.622；B、6.622
21、；C、7.622；D、8.622。5 .热电偶中热电势由（BC）组成。A、感应电动势B、温差电动势C、接触电动势D、切割电动势6 .工程(工业)中，热电偶冷端处理方法有(CD)A、热电动势修正法B、温度修正法C、(TC恒温法D、冷端延长法7 .实用热电偶的热电极材料中，用的较多的是(D)A、纯金属B、非金属C、半导体D、合金三、简答题1 .常用的热电阻有哪几种？适用范围如何？答：钳、铜、银、铁,钳在很宽的温度范围内约1200C以下都能保证上述特性,铜可用来制造-50150范围内工业用电阻温度,银、铁用于-50100oC.2 .什么是中间导体定律和中间温度定律？他们在利用热电偶测温时有什么实际意
22、义？答：中间导体定律：将由A、B两种导体组成的热电偶的冷端(TO端)断开而接入的三种导体C后，只要冷、热端的TO、T保持不变，则回路的总热电势不变。根据此定律，只要仪表两接入点的温度保持一致(TO)仪表的接入就不会影响热电势。而且A、B结点的焊接方法也可以是任意的。中间温度定律EAB(T1,T3)=EAB(T1,T2)+EAB(T2,T3)在实际的热电偶测温应用中，引用测量仪表而不影响测量结果就是利用了热电偶的中间温度定律3.简述热电偶测温原理？答：E(t,to)=f(t)-f(to)=f(t)-c=(t)可见：只要测出EAB(T,T0)的大小，就能得到被测温度T,这就是利用热电偶测温的原理4
23、.现用一只银倍一银硅热电偶测某换热器内温度，其冷端温度为30C,而显示仪表机械零位为0oC,这时指示值为400C,若认为换热器内的温度为430C,对不对？为什么？正确值为多少？E(30,0)=1.203mV银铭一银硅热电偶分度表工作端温度。C400410420430440热电动势mV16.39516.81817.24117.66418.0885 .试比较热电阻与热敏电阻的异同。答：热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。其中销热是阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。热敏电阻是利用半导体的热敏性制成的电阻。用在电讯和自动机
24、械的控制系统中，又用来制作温度计。6 .什么是热电势？答：热电偶的热电势由接触电势和温差电势组成。项目七自测题一、选择题：1.压电式加速度传感器是（D）传感器。A.结构型B.适于测量直流信号C.适于测量缓变信号D.适于测量动态信号2.沿石英晶体的光轴Z的方向施加作用力时，（八）。A.晶体不产生压电效应B.在晶体的电轴X方向产生电荷C.在晶体的机械轴y方向产生电荷D.在晶体的光轴z方向产生电荷3。在电介质极化方向施加电场，电介质产生变形的现象称为（B）。A.正压电效应B.逆压电效应C.横向压电效应D.纵向压电效应4 .天然石英晶体与压电陶瓷比，石英晶体压电常数（C）,压电陶瓷的稳定性（C）。A.
25、高,差B.i,好C.低，差D.低，好5 .沿石英晶体的电轴X的方向施加作用力产生电荷的压电效应称为（D）。A.正压电效应B.逆压电效应C.横向压电效应D.纵向压电效应6 .石英晶体在沿电轴X方向的力作用下会（D）。A.不产生压电效应B.产生逆向压电效应C.产生横向压电效应D.产生纵向压电效应二、简答题1 .什么是压电效应？纵向压电效应与横向压电效应有什么区别？答：某些电介质，当沿着一定方向对其施加外力而使它变形时，内部就产生极化现象，相应地会在它的两个表面上产生符号相反的电荷，当外力去掉后，又重新恢复到不带电状态,这种现象称压电效应。通常把沿电轴X-X方向的力作用下产生电荷的压电效应称为“纵向
26、压电效应”；而把沿机械轴丫一丫方向的力作用下产生电荷的压电效应称为“横向压电效应”；所以纵向压电效应与横向压电效应的主要区别在于施力方向不同，电荷产生方向也不同。2 .压电式传感器为何不能测量静态信号？因为压电传感元件是力敏感元件，压电式传感器是利用所测的物体的运动产生的相应的电信号，而静态的不能产生相应的电信号。所以压电式传感器不能测量静态信号。3 .压电式传感器连接前置放大器的作用是什么？答：前置放大器的作用：一方面把传感器的高输出阻抗变换为低输出阻抗，另一方面是放大传感器输出的微弱信号。三、计算题1.某石英压电元件X轴向切片d=2.3110l2CN,相对介电常数r=4.5,截面积S=8c
27、m2,厚度h=0.6cm,受到纵向压力Fx=IONo试求两极片间输出电压。解：q=dnFx=2.3110-2CN10N=2.31IO11C,Ca=(8.85X10/24.5X8X104)(0.6x102)=531IO14FdUj=q/c产2.3110,(531o14)=4.35v项目八自测题一、填空题1 .光电传感器的物理基础是光电效应，常用的外光电器件有光电管等,常用的内光电器件有光敏电阻、光电池等。2 .光敏电阻的光电流是指亮电流与暗电流之差。3 .光敏电阻的光谱特性反映的是光敏电阻的灵敏度与光波波长的关系。二、选择题1 .下列四种光电元件中，基于外光电效应的元件是：（C）A、光敏二极管B
28、、硅光电池C、光电管D、光导管2 .光纤传感器的种类很多，工作原理也各不相同，但都离不开（C）A、光的调制一个环节；B、光的解调一个环节；C、调制与解调两个环节；D、光的反射3 .在光线作用下，半导体的电导率增加的现象属于（）。A、外光电效应B、光生伏特效应C、光电发射D、光电导效应4 .光电管传感器所加的电源电压（）A、正向电压；B、交流电压；C、感应电压；D、反向电压：三、简答题1 .什么是光电效应？光电效应有哪几种？与之对应的光电器件各有那些？答：光电效应首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后通过光电转换元件变换成电信号,光电效应分为外光电效应和内光电效应两大类：外光电效应，如光电管
29、、光电倍增管等。内光电效应，如光敏电阻、光电池和光敏晶体管等。2 .分别列举属于内光电效应和外光电效应的光电器件。答：外光电效应，如光电管、光电倍增管等。内光电效应，如光敏电阻、光电池和光敏晶体管等。3 .说明光纤传输的原理。答：光的全反射定律4 .光纤传感器常用的调制原理有哪些？答：强度调制、频率调制、相位调制、偏振态调制、波长调制5 .红外线的最大特点是什么？什么是红外传感器？红外传感器的组成。答：红外光具有反射、折射、散射、干涉、吸收等特性。它在真空中的传播速度为光速，即c=3108mso红外传感器是将红外辐射能量转换为电量的一种传感器。红外传感器一般由光学系统、探测器、信号调理电路及显
30、示单元等组成。6 .光敏电阻、光电池、光敏二极管和光敏三极管在性能上有什么差异？答：主要的区别是:光敏电阻：随着光线的强弱,电阻值变化;光电池：是随着光线的强弱,产生的电动势发生变化;光敏三极管是利用外照光线的变化,来实现控制电路的通或断;二极管就是正向导电,反向不导电7 .什么是光电器件的光谱特性？答：一般对于光电阴极材料不同的光电管，它们有不同的红限频率u,因此它们可用于不同的光谱范围,除此之外，即使照射在阴极上的入射光的频率高于红眼频率u,并且强度相同，随着入射光频率的不同，阴极发射的光电子的数量还会不同，即同一光电管对于不同频率的光的灵敏度不同，这就是光电管的光谱特性。8 .光导纤维是
31、利用哪种光学现象进行导光的？光导纤维的数值孔径有何意义？答：光导纤维是利用光的全反射现象进行导光的。NA=Sine工光导纤维数值孔径反映wotnm了光纤的集光能力，数值孔径越大，光纤与光源的耦合越容易，数值孔径越大，光信号的畸变也越大项目九自测题一、选择题1.在测量某物理量（如位移）时，我们可以采用的传感器是（C）。A.只能用该物理量对应名称的传感器；B.可以采用多种的传感器，但这些传感器必须直接敏感于该物理量；C.可以采用多种的传感器，但这些传感器不必直接敏感于该物理量；D.任何一种传感器都可以。2 .光纤传感器一般由三部分组成，除光纤之外，还必须有光源和（D）两个重要部件A.反射镜B.透镜
32、C光栅D.光探测器3 .（本题为多选题）光纤传感器用的光纤主要有两种：（AB）A.单模光纤B.多模光纤C.单晶光纤D.多晶光纤4 .为了测量金属内部裂纹，我们可以采用（A）传感器。A.涡流式；B.压电式；C.光电式；D.压阻式。5 .（本题为多选题）测量绝缘材料薄膜的厚度，我们可以使用（AD）传感器。A、涡流式；B、压电式；C、光纤式；D、电容式。6 .光纤传感器的工作原理是基于（B）。A.入射光的频谱与光电流的关系；B.光的折射定律；C.光的衍射；D.光的强度与光电流的关系。二、简答题1 .光纤传感器的主要优点是什么？求nl=1.46,n2=1.45的阶跃型光纤的数值孔径值；如果外部介质为空
33、气n=l,求光纤的最大入射角。答：优点：抗电磁干扰能力强；灵敏度高；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，可以制造传感各种不同物理信息的器件；光纤传感器可用于高压，电气噪声，而温，腐蚀或其他恶劣环境；而且具有与光纤遥测技术的内在相容性。NA=G一而）=（1.462-1.452）%=0.17NA=n0sine,sin。=/VA=O.17,.%=9.8202 .试说明强度调制型光纤传感器的工作原理、应用及特点。答：这是一种利用被测对象的变化引起敏感元件的折射、吸收或反射等参数的变化，而导致光强度变化来实现敏感测量的传感器。常见的有利用光纤的微弯损耗；各物质的吸收特性:振动膜或液
34、晶的反射光强度的变化;物质因各种粒子射线或化学、机械的激励而发光的现象，以及物质的荧光辐射或光路的遮断等来构成压力、振动、温度、位移、气体等各种强度调制型光纤传感器。这类光纤传感器的优点是结构简单、容易实现、成本低。其缺点是受光源强度的波动和连接器损耗变化等的影响较大。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？答：光在同一种介质中是直线传播的，当光线以不同的角度入射到光纤端面时，在端面发生折射进入光纤后，又入射到折射率较大的光密介质（纤芯）与折射率较小的光疏介质（包层）的交界面，光线在该处有一部分投射到光疏介质，一部分反射回光密介质。对光纤的要求是包层和纤芯的折射率不同，
35、且纤芯的折射率大于包层的折射率。对入射角的要求是入射角小于临界角。4 .简述光纤传感器的组成和工作原理。答：光导纤维是利用光的全反射现象进行导光的。光纤的数值孔径：NA=Sin/=而不io一一临界角m一一纤芯折射率112包层折射率水银柱式光纤温度开关 1一浸液2一自聚焦透镜3-光纤4 一水银数值孔径是光纤的一个重要参数，它能反映光纤的集光能力，光纤的NA越大，表明它可以在较大数值孔径是光纤的一个重要参数，它能反映光纤的集光能力，光纤的NA越大，表明它可以在较大入射角范围内输入全反射光,集光能力就越强,光纤与光源的藕合越容易，且保证实现全反射向前传播。但NA越大，光信号的畸变也越大，所以要适当选
36、择NA的大小。5 .试说明遮光式光纤温度计的工作原理。答：当温度升高时，水银柱上升，到某一设定温度时，水银柱将两根光纤间的光路遮断，从而使输出光强产生一个跳变。这种光纤开关温度计可用于对设定温度的控制，温度设定值灵活可变。6 .试说明图示的双金属热变形的遮光式光纤温度的工作原理及特点。答：当温度升高时，双金属的变形量增大,带动遮光板在垂直方向=生位移从而使输出光强发生变化。这种形式的光纤温度计能测量1050。C的温度。检测精度约为0.5。（2。光源它的缺点是输出受光强受壳体振动的影响,f/7777772E=型1L.,且响应时间较长，一般需几分钟。热双金属式光纤温度开关1 一遮光板2一双金属片7
37、 .试说明偏振调制光纤传感器的工作原理、应用及特点。答：这是一种利用光的偏振态的变化来传递被测对象信息的传感器。常见的有利用光在磁场中媒质内传播的法拉第效应做成的电流、磁场传感器；利用光在电场中的压电晶体内传播的泡尔效应做成的电场、电压传感器；利用物质的光弹效应构成的压力、振动或声传感器；以及利用光纤的双折射性构成温度、压力、振动等传感器。这类传感器可以避免光源强度变化的影响，因此灵敏度高。8、试说明频率调制光纤传感器的工作原理、应用。答：这是一种利用由被测对象引起的光频率的变化来进行监测的传感器。通常有利用运动物体反射光和散射光的多普勒效应的光纤速度、流速、振动、压力、加速度传感器；利用物质受强光照射时的喇曼散射构成的测量气体浓度或监测大气污染的气体传感器；以及利用光致发光的温度传感器等。
