光纤传感技术与应用答案

光纤传感技术及其军事应用

王丹阳

（电子工程学院 20123949）

摘要：文章简述了光纤传感技术和光纤传感器在军事上的重要应用状况，以光纤陀螺为例进行了详细说明，最后简述了光纤传感技术在军事上的发展趋势。 关键词：光纤传感技术 光纤传感器 光纤传感网络 光纤陀螺

1.引言

随着传统通信技术的发展和成熟，光通信技术正朝着超高速、大容量通信的方向发展。而光纤传感技术正是伴随着光纤技术和光纤通信技术的发展而发展起来的一种传感技术【1】。

早在 20 世纪60年代中期就出现了第一个关于光纤传感器专利以来，至今几十年，传感技术成为一项令当今世人瞩目的迅猛发展的高新技术之一，也是当代科学技术发展的一个重要标志，它与通信技术和计算机技术构成信息产业的三大支柱。

2.光纤传感技术研发进展 2.1光纤传感技术

随着光纤传感技术的发展，传统的通信用光纤及光纤器件已经无法满足传感技术日益发展的需要，在一定程度上制约了光纤传感技术发展速度【2-3】。因而，世界各国将传感用光纤列为光纤技术领域中的重要研究课题之一。

目前,主要通过5种途径研发传感光纤：①对石英光纤进行某些特殊处理，使之获得传感器所需要的特性，这是早期光纤传感器所需要的光纤。②改变光纤结构

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

Rc，R?Rc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R?1cm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2合 弯波矢量

k'?kc（微弯周期l?lc）时，损耗最大。

l?lc处的主衰减峰的谱宽为2lc/L，

主衰减峰两侧还有次极大出现。③损耗与微弯振幅A2d（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。

??I?x,y,z??A?z?exp???2???x?2????2z????y???????????x????y?????x???? 其中

???y??z0x，

??0y

（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

光纤传感技术及其军事应用

王丹阳

（电子工程学院 20123949）

摘要：文章简述了光纤传感技术和光纤传感器在军事上的重要应用状况，以光纤陀螺为例进行了详细说明，最后简述了光纤传感技术在军事上的发展趋势。 关键词：光纤传感技术 光纤传感器 光纤传感网络 光纤陀螺

1.引言

随着传统通信技术的发展和成熟，光通信技术正朝着超高速、大容量通信的方向发展。而光纤传感技术正是伴随着光纤技术和光纤通信技术的发展而发展起来的一种传感技术【1】。

早在 20 世纪60年代中期就出现了第一个关于光纤传感器专利以来，至今几十年，传感技术成为一项令当今世人瞩目的迅猛发展的高新技术之一，也是当代科学技术发展的一个重要标志，它与通信技术和计算机技术构成信息产业的三大支柱。

2.光纤传感技术研发进展 2.1光纤传感技术

随着光纤传感技术的发展，传统的通信用光纤及光纤器件已经无法满足传感技术日益发展的需要，在一定程度上制约了光纤传感技术发展速度【2-3】。因而，世界各国将传感用光纤列为光纤技术领域中的重要研究课题之一。

目前,主要通过5种途径研发传感光纤：①对石英光纤进行某些特殊处理，使之获得传感器所需要的特性，这是早期光纤传感器所需要的光纤。②改变光纤结构

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

Rc，R?Rc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R?1cm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2合 弯波矢量

k'?kc（微弯周期l?lc）时，损耗最大。

l?lc处的主衰减峰的谱宽为2lc/L，

主衰减峰两侧还有次极大出现。③损耗与微弯振幅A2d（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。

??I?x,y,z??A?z?exp???2???x?2????2z????y???????????x????y?????x???? 其中

???y??z0x，

??0y

（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

泰 山 学 院 本科毕业论文

光纤传感器应用与控制设计

杨大伟2006080174

专 业 名 称 电子信息科学与技术

申请学士学位所属学科 工科 指导教师姓名、职称 鲁晶

年 月 日

摘要

摘 要

光纤传感器测温系统在工业生产和科学研究等领域有着广泛的应用前景，特

别具有智能化功能的光纤测温系统。开发一种具有显示、存储、时钟、参数输入及总线功能等功能的智能化光纤传感测温装置及系统在工程实践中具有十分重要的意义。

本文就是研究以电力系统高压装置SF6的气体温度进行在线监测为实际应用背景，设计研究一种智能光纤传感器测温应用系统。文中首先介绍了光纤测温的物理依据，详细论述了光纤温度测量系统中各主要组成部分的特性包括光纤的传输特性以及物理特性.根据实验条件合理的选择了光纤信号、光电池探测器、LED光源及其光纤祸合方式。并对温度测量所采用的光纤液体温度测量原理加以论

光子晶体光纤

高　新　技　术

２００８　　ＮＯ．０９

科技创新导报

光子晶体光纤在光纤传感中的应用

陈罗湘１，２

（１．湘潭职业技术学院信息工程系　湖南湘潭　４１１１０２　　２．湖南大学计算机与通信学院　　长沙　４１００８２）

摘　要：近年来，随着人们对光纤传感和光子晶体光纤研究的不断深入，光子晶体光纤在光纤传感中的应用正成为一个新的研究热点。本文介绍了光纤传感和光子晶体光纤的相关内容，重点结合光子晶体光纤的特点介绍了光子晶体光纤在偏振型光纤传感和布拉格光栅传感中的应用。

关键词：光子晶体光纤；光纤传感；　高双折射；布拉格光栅

中图分类号：Ｔ　　　　　　　　　　　　　　　文献标识码：Ａ　　　　　　　　　　文章编号：１６７４－０９８Ｘ（２００８）０３（ｃ）－００１３－０２

１　引言

光纤传感测量方法是一种利用光纤作为光信号的传输和传感媒质，根据被测物理量的变化对光信号的某一性质进行调制，并检测出来被测物理量变化的测量方法。自从光纤传感器问世以来，由于其相对于普通机械类和电子类传感器相比具有抗电磁干扰、电绝缘、耐腐蚀、体积小、传输损耗小、传输容量大、测量范围广等优点。因而广泛地应用于医疗、交通、电力、机械、石油化工、民用建筑以及航空航天等各个领域的应力应变及温度测量等

光子晶体光纤

高　新　技　术

２００８　　ＮＯ．０９

科技创新导报

光子晶体光纤在光纤传感中的应用

陈罗湘１，２

（１．湘潭职业技术学院信息工程系　湖南湘潭　４１１１０２　　２．湖南大学计算机与通信学院　　长沙　４１００８２）

摘　要：近年来，随着人们对光纤传感和光子晶体光纤研究的不断深入，光子晶体光纤在光纤传感中的应用正成为一个新的研究热点。本文介绍了光纤传感和光子晶体光纤的相关内容，重点结合光子晶体光纤的特点介绍了光子晶体光纤在偏振型光纤传感和布拉格光栅传感中的应用。

关键词：光子晶体光纤；光纤传感；　高双折射；布拉格光栅

中图分类号：Ｔ　　　　　　　　　　　　　　　文献标识码：Ａ　　　　　　　　　　文章编号：１６７４－０９８Ｘ（２００８）０３（ｃ）－００１３－０２

１　引言

光纤传感测量方法是一种利用光纤作为光信号的传输和传感媒质，根据被测物理量的变化对光信号的某一性质进行调制，并检测出来被测物理量变化的测量方法。自从光纤传感器问世以来，由于其相对于普通机械类和电子类传感器相比具有抗电磁干扰、电绝缘、耐腐蚀、体积小、传输损耗小、传输容量大、测量范围广等优点。因而广泛地应用于医疗、交通、电力、机械、石油化工、民用建筑以及航空航天等各个领域的应力应变及温度测量等

传感器技术与应用习题答案

习题1

l.1 检测系统由哪几部分组成? 说明各部分的作用。

答：检测系统是由被测对象、传感器、数据传输环节、数据处理环节和数据显示环节构成。

传感器是把被测量转换成电学量的装置，显然，传感器是检测系统与被测对象直接发生联系的部件，是检测系统最重要的环节，检测系统获取信息的质量往往是由传感器的性能确定的。

数据传输、处理环节，又称之为测量电路，它的作用是将传感器的输出信号转换成易于测量的电压或电流信号。

数据显示记录环节是检测人员和检测系统联系的主要环节，主要作用是使人们了解被测量的大小或变化的过程。常用的有模拟显示、数字显示和图像显示三种。

1.2 传感器的型号有几部分组成？各部分有何意义?

答：传感器是由敏感元件、转换元件和测量电路组成，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，它是传感器的核心。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电信号的元件。测量电路： 将转换元件输出的电信号进行进一步转换和处理的部分，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。

1.3 测量稳压电源输出电压随负载变化的情况时，应当采

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。

1 / 4 传感器技术与应用期末试卷答案

一、选择题(本大题共20小题，每小题2分，共40分)

1、D

2、B

3、C

4、B

5、A

6、D

7、B

8、C

9、C 10、A

11、C 12、B 13、C 14、C 15、D

16、C 17、C 18、C 19、C 20、A

二、填空题 (本大题共10空，每空1分，共10分)

21、半导体材料，减少，极少，不好，增多，变好 光照强弱这个光学量，电阻这个电学量

22、1．5倍

23、敏感元件、传感元件、测量转换电路

三、证明题（本大题共1小题，每小题10分，共10分）

24、证明：R R R ?+=1 R R R ?-=4

E R R R R E R R R R E R R R R U U U db cb cd 2242?-?-=+?--+?+=

-= 略去R ?的二次项,即可得R R E U cd ??-=2 四、简答题（本大题共6小题，每小题4分，共24分）

25、答：①热电动势：两种不同材料的导体（或半导体）A 、B 串接成一个闭合回路，并使两个结点处于不同的温度下，那么回路中就会存在热电势。因而有电流产生相应的热电势称为温差电势或塞贝克电势，通称热电势。

②接触电动势：接触电势是由两种不同导体的自由电子，其密度