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简答 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。 PIN光电二极管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） （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）（2）（3）（4） 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 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3.892.405，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Eg=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： 1） 2） e为常数， 得出光电流=3.23*10e-8 响应度： 长波长截止点跟材料有关系 某光强调制型光纤传感器的光源采用LED，发射功率为Pin=5mw，接收光功率为Pr=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： 接收功率 光损+光路损耗 若要最远传输： 传输距离： 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 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。） ?振动缓慢时，即可测出加速度 ?到达固有频率时，传感器不能测量出真实的，仅起位移作用，太大，可测量位移量 ?高于固有频率时，振动幅度变小了，不是正比例于，不能测出 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，得知，利用减震器稳定重物上下移动的距离，测量x值，得出，正比于，测出即可得出。 6. 以下为光纤多普勒测速装置的工作原理图 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1与散射光2是否一致，利用1、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