《传感器及应用》光纤传感器（举一反三考点练）- 课后自测（卷2）答案+原卷版

举一反三考点练 《传感器及应用》光纤传感器-课后自测 知识点一 光纤传感器的原理及分类 1. （简答题）简述光纤传感器的基本原理。 2. （简答题）请简要说明功能型光纤传感器和非功能型光纤传感器的区别。 3. （分析题）分析为什么分布式光纤传感器在长距离监测中具有独特优势。 4. （填空题）光纤传感器按传感原理可分为______型光纤传感器和______型光纤传感器。 5. （填空题）光纤传感器中，利用光的______特性来实现传感的传感器，如光纤光栅传感器，对光源的______要求较高。 知识点二 光纤传感器的特点 1. （简答题）简述光纤传感器与传统传感器相比具有哪些突出特点。 2. （简答题）光纤传感器的可分布式测量特点在实际应用中有哪些优势。 3.（计算题）某光纤传感器系统用于监测桥梁的应变，已知该系统采用的光纤长度为500m，若由于桥梁应变导致光纤产生的轴向拉伸量为0.05mm，计算光纤的应变值。 4.（填答题）光纤传感器具有抗电磁干扰能力强的特点，是因为光纤由______或______制成，是电绝缘的。 5.（填答题）光纤传感器便于复用，可通过______复用、______复用等技术，在一根光纤上实现多个传感器的复用。 知识点三 光纤传感器的应用举例 1. （简答题）简述光调制和解调在光纤传感器中的作用。 2. （计算题）已知某光纤压力传感器的膜片在受到10N压力时，反射回接收光纤的光强变化了20%，若光强变化与压力呈线性关系，当光强变化30%时，求此时所受压力为多少。 3. （分析题）分析光纤压力传感器利用光强度调制原理进行压力检测的优势。 4. （填空题）光纤传感器实现检测功能离不开光的_______和_______两个环节。 5. （填空题） 光纤压力传感器工作时，接收光纤内反射光强度的改变由_______检测出来。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$ 举一反三考点练 《传感器及应用》光纤传感器-课后自测 知识点一 光纤传感器的原理及分类 1. （简答题）简述光纤传感器的基本原理。 【答案】 光纤传感器的基本原理是将被测量的变化转换成可测的光信号变化。利用光纤的特性，如光的反射、折射、干涉、衍射、偏振等，当外界物理量（如温度、压力、应变、位移、浓度等）作用于光纤时，会引起光纤中传输光的强度、相位、频率、偏振态等特性发生变化，通过对这些光特性变化的检测和分析，就可以获取被测量的信息。 2. （简答题）请简要说明功能型光纤传感器和非功能型光纤传感器的区别。 【答案】 功能型光纤传感器中，光纤不仅起传光作用，还利用光纤本身的特性感知被测量，光纤是敏感元件，通过对光纤中光的特性调制来实现传感功能，一般需要采用特殊的光纤，如保偏光纤等，对光源的相干性要求较高。非功能型光纤传感器中，光纤仅作为传光介质，对被测量的感知由其他敏感元件完成，光纤将敏感元件感知的光信号传输到检测装置，对光纤的要求相对较低，普通光纤即可，光源也比较容易选择。 3. （分析题）分析为什么分布式光纤传感器在长距离监测中具有独特优势。 【答案】 原因有： （1）它可以实现沿光纤长度方向上的连续监测，能够获取整个监测区域的信息，相比点式传感器，可避免遗漏监测点，适用于长距离的大型结构物或环境监测，如长距离的管道、桥梁、隧道等。 （2）只需一根光纤作为传感和传输介质，大大减少了布线的复杂性和成本，尤其是在长距离监测中，线缆的铺设和维护成本显著降低。 （3）分布式光纤传感器对环境适应性强，光纤本身具有抗电磁干扰、耐腐蚀等优点，在复杂的环境中能够稳定工作，适合长距离野外或恶劣环境下的监测。 （4）它可以实时、快速地获取监测信息，通过对光信号的快速处理和分析，能够及时发现监测区域内的异常变化，有利于及时采取措施。 4. （填空题）光纤传感器按传感原理可分为______型光纤传感器和______型光纤传感器。 【答案】功能；非功能 5. （填空题）光纤传感器中，利用光的______特性来实现传感的传感器，如光纤光栅传感器，对光源的______要求较高。 【答案】干涉；相干性 知识点二 光纤传感器的特点 1. （简答题）简述光纤传感器与传统传感器相比具有哪些突出特点。 【答案】 1.抗电磁干扰能力强：光纤由玻璃或塑料制成，是电绝缘的，不受电磁干扰和射频干扰的影响，适用于强电磁环境。 2.灵敏度高：能检测到微小的物理量变化，对于一些微弱信号的测量具有优势。 3.体积小、重量轻：光纤尺寸小，便于安装在狭小空间，且重量轻，对被测量物体的影响小。 4.耐腐蚀：光纤材料化学性质稳定，能在恶劣的化学环境中使用，如强酸、强碱等环境。 5.可实现长距离传输：光在光纤中传输损耗小，能实现信号的长距离传输，减少信号中继设备。 6.便于复用和分布式测量：可以通过波分复用、时分复用等技术，在一根光纤上实现多个传感器的复用，还能进行分布式测量，获取沿光纤长度方向的信息。 2. （简答题）光纤传感器的可分布式测量特点在实际应用中有哪些优势。 【答案】 1.全面监测：能对长距离的对象（如长管道、桥梁、隧道等）进行连续监测，避免监测盲区，可实时获取整个监测区域的状态信息。 2.故障定位精确：一旦出现异常，能快速准确地确定故障位置，有利于及时维修和处理，减少故障排查时间。 3.降低成本：相比多个点式传感器，一根光纤即可实现分布式测量，减少了传感器数量和布线复杂度，降低了系统成本和维护成本。 4.数据丰富：提供沿光纤长度方向的连续数据，能更全面地分析被监测对象的运行状态和变化趋势，为决策提供更详细的依据。 3.（计算题）某光纤传感器系统用于监测桥梁的应变，已知该系统采用的光纤长度为500m，若由于桥梁应变导致光纤产生的轴向拉伸量为0.05mm，计算光纤的应变值。 【答案】1×10-7 【解析】 应变的计算公式为： 其中为应变值，为长度变化量，L为原长度。 已知L = 500m = 500000mm， = 0.05mm，将其代入公式可得： == 1×10-7 4.（填答题）光纤传感器具有抗电磁干扰能力强的特点，是因为光纤由______或______制成，是电绝缘的。 【答案】玻璃；塑料 5.（填答题）光纤传感器便于复用，可通过______复用、______复用等技术，在一根光纤上实现多个传感器的复用。 【答案】波分；时分 知识点三 光纤传感器的应用举例 1. （简答题）简述光调制和解调在光纤传感器中的作用。 【答案】 光调制是把某一被测信息加载到传输光波上，使光波承载被测量信息。解调则是将承载了被测量信息的调制光进行处理，从中获得所需检测的信息。光调制和解调是光纤传感器实现检测功能不可或缺的两个环节，通过这两个环节，将被测信息转换为可检测的信号。 2. （计算题）已知某光纤压力传感器的膜片在受到10N压力时，反射回接收光纤的光强变化了20%，若光强变化与压力呈线性关系，当光强变化30%时，求此时所受压力为多少。 【答案】15N 【解析】 设压力为F，光强变化率为 由于光强变化与压力呈线性关系，可设。已知F1=10N，=20％，=30％。 则。 3. （分析题）分析光纤压力传感器利用光强度调制原理进行压力检测的优势。 【答案】 首先，光强度调制原理相对简单，易于实现。通过被测力作用于膜片，改变光纤与膜片间气隙，进而改变棱镜界面全内反射情况，导致反射回接收光纤光强变化来检测压力，结构简洁。其次，响应频率相当高，如特定尺寸的不锈钢膜片固有频率可达 128kHz，适合动态压力测量。再者，与其他类型压力传感器相比，具有抗电磁干扰、响应速度快、尺寸小、质量小及耐热性好等优点，还特别适合防爆要求场合，应用场景广泛。 4. （填空题）光纤传感器实现检测功能离不开光的_______和_______两个环节。 【答案】调制；解调 5. （填空题） 光纤压力传感器工作时，接收光纤内反射光强度的改变由_______检测出来。 【答案】桥式光接收器 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$