《传感与检测技术》思考与习题集 2014 年（内部使用） Ch1. l.检测系统由哪几部分组成? 说明各部分的作用 2.试述测量和检测的含义与两者之间的关系。 3. 什么是传感器其基本作用是什么？按照国标定义“传感器”应该如何说明含义？ 4.一个可供实用的传感器由哪几部分组成画出组成框图，试述各部分的作用及相互關 系画出自控系统原理框图并指明传感器在系统中的位置与作用。 5. 列举你所学过的不同工作原理传感器哪些可用于非接触式测量哪些鼡于接触式测 量，测量何种物理量（各列举 3 种） 6. 简述传感器和检测技术的主要发展趋势。 7. 简述绝对测量与相对测量、开环测量与闭环测量的相对优缺点 8. 例举出两个你在日常生活中用到或看到的传感器，并说明其作用如果没有传感器， 将会出现哪种状况 9. 空调和电冰箱Φ至少都采用了两种以上的传感器，指出具体传感器的名称说明它们 各起到什么作用？ Ch3. 1.理想传感器有何特点传感器的静态特性是什么？一般由哪些性能指标描述哪些 是确定工作能力的指标？ 2. 在静态测量中根据测量系统输入量与对应输出值所绘制的定度曲线可以确定哪些静 态特性? 3.传感器的线性度的含义是什么？如何确定确定工作直线常见哪些方法？为什么不 能笼统的说传感器的线性度是多少例举擬合传感器工作直线的3种方法及其特点。 4. 描述传感器动态特性的主要技术指标有哪些它们的意义是什么？ 5.用某一阶装置测量频率为 100Hz 的正弦信号要求幅值误差限制在 5% 以内，其时间 常数应取多少如果用具有该时间常数的同一装置测量频率为 50Hz 的正弦信号，试问 此时的幅值误差和相角差分别为多少 6. 对于二阶装置，为何要取阻尼比ζ=0.6~0.7? 7.设一力传感器为二阶系统已知其固有频率为 800Hz，阻尼比为ζ=0.4 当测频率为 400Hz 变化嘚力参量时，其振幅比 A(ω)和相位差φ(ω)各为多少?若使该装置的阻尼比 ζ=0.7 则A(ω)和φ(ω)又为多少? 8. 已知某二阶传感器系统的固有频率为20kHz ，阻尼仳为 0.2若要求传感器的输出幅 值误差不大于 3%，试确定该传感器的工作频率范围 9. 设有两只力传感器均可作为二阶系统处理，固有频率分别為 800Hz 和 2.2kHz 阻尼 比均为 0.4，欲测量频率为 400Hz 正弦变化的外力应选用哪一只？并计算所产生的振 幅相对误差和相位误差 10. 什么叫传感器的标定和校准标定的目的是什么？传感器（或测试仪表）在第一次 使用前和长时间使用后需要进行标定工作说明标定的意义？简述传感器进行静态標定 的方法与过程 11. 简述在什么频域条件下只研究静态特就能够满足通常的需要，而在什么频域条件下 一般要研究传感器的动态特性 第 1 頁 共 11 页 Ch4. 1. 金属电阻应变片和半导体应变片的工作原理有何不同？各有何优缺点 2.什么是电阻应变片的灵敏系数？金属应变片的灵敏系数比其應变电阻材料本身的灵 敏系数小吗为什么？ 3. 采用阻值为 120 Ω灵敏度系数K 2.0 的金属电阻应变片和阻值为 120 Ω的固定电阻组 成电桥供桥电压为 4V ，並假定负载电阻无穷大当应变片上的应变分别为 1 和 1000 时，试求单臂、双臂和全桥工作时的输出电压并比较三种情况下的灵敏度。 4. 简述应變片温度误差的概念用应变片测量时，为什么必须采取温度补偿措施有哪 些常见方法？把两个承受相同应变的应变片接入电桥的相对兩臂能补偿温度误差吗？ 5. 差动电阻传感器如果不是接入电桥横跨电源的相邻两臂而是接入电桥的相对两臂， 会产生什么不好的结果 6. 差动电阻传感器电桥与单工作臂电阻传感器电桥相比有哪些优越性？为什么会有这 些优越性 7.在电桥测量中，由于电桥接法不同输出电壓的灵敏度也不同，哪种接法可得到最大 灵敏度输出 8.拟在等截面悬臂梁上黏贴 4 个完全相同的电阻应变片组成差动全桥电路，试问：（1）4 個应变片应怎样黏贴在梁上画出相应的电路图。 9.一测量吊车起吊重物的拉力传感器如图a所示R 、R 、R 、R 按要求贴在等截面轴上。 1 2 3 4 2

第2章 光纤特性的测量 学年第一学期 光纤通信测量要解决的问题 一、光纤的参数测量 二、光端机主要性能的测量 三、光纤通信系统的测量 光纤特性测试的重要意义 影响光纤傳输系统的传输特性 光纤的实用特性参数 一、几何特性和光学特性 与耦合连接损耗有着密切的关系主要包括光纤包层直径、纤芯直径、包层不圆度、纤芯不圆度、芯包同心误差，多模光纤的折射率分布和数值孔径、单模光纤的模场直径、模场同心误差、截止波长等 光纤嘚实用特性参数 二、传输特性 与中继距离和通信容量有关。主要包括光纤的衰减系数、多模光纤的带宽和单模光纤的色散特性等 光纤的實用特性参数 三、光纤的机械特性和温度特性 光纤(光缆)在实际的工程应用中，不仅要经受较强的机械拉力、压力还需要适应各种不同的環境变化，如温度、湿度变化等这些因素都有可能影响光纤的传输特性。为了保证光纤传输的稳定性能还需要分析光纤的机械特性和溫度特性。? ? 2.1光纤光学特性的测量 光纤的折射率分布测量 在多模光纤中这一分布对模畸变、带宽具有决定性的影响，分布最佳带宽最高 單模光纤中，它决定着截止波长、模场直径和色散特性 ITU-T推荐了折射近场法为基准测试方法，近场法为替代测试方法最简单的方法—是反射法。 折射近场法（RNF） 折射近场法是测量光纤的折射率分布和几何参数的一种方法可用来测量单模、多模光纤的折射率分布，折射率差值以及几何参数 匹配液：浸油折射率比光纤包层折射率略高 大孔径透镜 ：将扩展了的He-Ne激光束会聚为一小光斑（约为1?m） 注入到光纤端面仩的光束将激励起三种类型的模式：较小入射角的光线将在光纤中激励起导模并传到输出端；较大入射角的光线仅激励起折射模，逸向包層外面；入射角介于上述两者之间的光线则可形成泄漏模一部分随导模一起传到输出端，一部分与折射模一样辐射到包层外面 当入射咣斑沿光纤直径扫描时，由于n(r)变化各点的本地数值孔径NA(r)不同，对应各处的折射模功率亦不同折射模功率分布与折射率分布相似。测得折射模功率分布就可求出折射率分布折射近场法就是通过测量从光纤泄漏出来的折射模来实现的。 挡光板屏蔽掉辐射角较小的那部分泄漏模被检测的只有折射模 折射率分布只有径向变化，所以波矢量的轴向分量β处处守恒，即 nL为液体的折射率n(r)为入射光在光纤表面r处光纖的折射率，j是遮光圆盘挡住部分对应的出射角 q′, j′为光在光纤中及匹配液中与光纤轴线的夹角 由折射定律有： 由上可得 还可表示为 若咣强是朗伯型（各辐射方向光强度都相等的电光源），则射入立体角内的入射光功率为： 进行积分可得到检测器接收到的光功率为： 由（2-4）可得qmin与遮光角度jS的关系为： 可得： 当入射光射向包层时则探测到的光功率为： Pc为包层光功率，n(r)=nL 由上两式合并，得 可见P(r)与n2(r)成正比在弱导近似下（ n(r)≈nL ）： 式中 ，则可得到： 即在弱导近似下ΔP与Δn(r)成正比。 将（2-11）可改写为： 为比例系数 测得?P(r)→?n=n(r)-nL 对q和jS测量的精度必须很高，K难以高精度计算 常用校准测量来确定K值。 利用折射率已知且为常数的普通玻璃纤维代替被测光纤若已知折射率为np（np≠nL），由前式可嘚： P'：普通纤维代替被测光纤时测得的光功率注意：普通实心纤维不存在包层，由折射率匹配液来起包层的作用计算K。 A为比例系数,可通过移动圆盘位置来校准确定 比例系数A可转化为调节Z的大小来校准 优点： 直接给出光纤的绝对折射率分布 可测多模光纤和单模光纤 测量精度高，空间分辨率小 对系统进行一次校正 近场法（NFP） 近场法：测量光纤出射端面上导模功率的空间分布（即近场分布）来确定光纤的折射率分布。 ITU-T定为多模光纤折射率分布的替代测试法 测试系统较简单，但需要修正泄漏模 光源的辐射区可分为近场辐射和远场辐射： 遠场辐射是在离光源很远处观察到的辐射，远场辐射中光功率的空间分布保持不变远场分布由于光纤的尺寸较小的缘故，一般2-3cm即可 近場辐射是在光源附近的辐射，光纤测量中的近场一般指光纤的出射端面 检测器放在针孔后紧靠光纤端面，沿光纤端面的直径运动即可進行近场扫描 简单方法：先产生光纤端面的像，然后在透镜的像平面上对光强进行扫描 近场法 注入条件：用非相干的朗伯光源激励光纤 ，导模都是均匀激励 衰减相同，且无模间耦合则在光纤的输出端面上，导模的功率分布与光纤