光电传感技术及应用 试卷A(答案)

浙江师范大学《光电传感技术及应用》考试卷
（20 09----2010学年第 2 学期）
考试形式闭卷使用学生光信息07136人
考试时间2010-6-14分钟120分钟出卷时间2010年6月8日
课程编号：6204031
说明：考生应将全部答案都写在答题纸上，否则作无效处理。

一、填空题（每空1分，共16分）
1、依据传感器的工作原理，传感器分敏感元件，转换元件，
测量电路三个部分组成。

2、在应变计设计过程中，为了减少横向效应，可采用直角线栅式应变计
或箔式应变计。

3、光电式传感器是将光信号转换为电信号的光敏元件，根据光电效应可以
分为外光电效应，内光电效应，热释电效应三种。

4、数值孔径作为光纤的几个重要参数，根据光纤纤心折射率
n和包层折射
1
率
n，数值孔径可以定义为：NA=。

2
5、根据热敏电阻的三种类型，其中临界温度系数型最适合开关型温度传
感器。

6、依据光纤传感器的原理，可以分为强度型(振幅型)光纤传感器与干涉
型光纤传感器。

7、依据干涉型光纤传感器的基本原理，目前光纤传感器中采用四种不同的
干涉测量结构。

它们分别是迈克尔孙、马赫-泽德、萨格奈克和法布里-珀罗等四种结构。

二、判断题（每题2分，共14分）
1、一个复杂的高阶系统总是可以看成是由若干个零阶、一阶和二阶系统并
联而成的。

（错）
2、在阶跃型光纤中，数值孔径越大“V值”越大。

（对）
3、半导体色敏传感器可以用来直接测量从可见光到红外波段内单色的波
长，它有两个深度相同的PN结构成。

（错）
4、电阻应变计的第一对称形式的直流电桥的电压灵敏度不但与供电电压U
有关而且与电桥电阻有关。

（错）
5、入射光强改变物质导电率的物理现象,叫光电导效应。

为使电子从价带激
发到导带,入射光子的能量E0应大于禁带宽度E g,即光的波长应小于某一
临界波长λ0。

（对）
6、光生伏特效应就是半导体材料吸收光能后,在PN结上产生电动势的效
应。

（对）
7、若光电倍增管用来监控连续光源,电容可以省去。

使用中往往将电源负极
接地,正极直接接到放大器的输入端。

若将稳定的光源加以调制,则需要
电容器耦合。

在脉冲应用时,最好把电源正极接地利于降低噪声，输出可
通过电容和下一级放大器耦合。

（错）
三、选择题（不定项选择，每题3分，共15分）
1、下面的哪些传感器属于内光电传感器（C D E）
A:光电管;
B:光电倍增管
C:光敏电阻
D:光电二/三极管
E:光电池
2、金属式应变计的主要缺点有哪些（A D ）
A：非线性明显
B：灵敏度低
C：准确度低
D：抗干扰能力差
E：响应时间慢
3、应变式传感器的温度误差产生的主要原因：（C E）
A：应变式温度传感器件的温度系数变化。

B：应变式温度传感器件的测量部分引起的。

C：敏感栅金属丝电阻本身随温度发生变化。

D：应变式温度传感器件对温度应变不敏感引起的。

E：试件材料与应变丝材料的线膨胀系数不一, 使应变丝产生附加变形而造成的电阻变化。

4、反射式光纤位移传感器属于振幅型光纤传感器的一种，其测量位移与输
出有如下关系（ B E ）
A：位移与输出信号成线性关系。

B：在一定范围内位移与输出信号成线性关系。

C:位移与输出信号成反比关系。

D:在一定范围内位移与输出信号成反比关系
E：输出信号存在一种峰值。

5、设计光纤微弯传感器时，下面说法正确的是（ A D ）
A：在光纤微变传感器中的变形器前后一定要有模式除去器。

B：暗视场光纤传感器比明视场的灵敏度高。

C：暗视场光纤微弯传感器的背景光噪声大。

D：暗视场信号放大倍数比亮视场的放大倍数大。

E：暗视场光纤微变传感器信号不易受到温度影响。

四、简答题（每题5分，共25分）
1、光生伏特效应如何产生？
答：当光照射到距表面很近的PN节时，如果光能足够大，光子能量大于半导体材料的禁带宽度，电子就能从价带跃迁到导带，成为自由电子。

由于光生电子、空穴在扩散过程中会分别于半导体中的空穴、电子复合，因此载流子的寿命与扩散长度有关。

只有PN结距表面的厚度小于扩散长度，才能形成光电流产生光生电动势。

2、传递函数有哪些功用？
答：（1）传递函数的功用之一：在方块图中用作表示系统的图示符号。

（2） 另一方面,当组成系统的各个元件或环节的传递函数已知时, 可以用传递函数来确定该系统的总特性, 可用单个环节的传递函数的乘积表示系统的传递函数。

（3）对于复杂系统的求解, 我们可以将其化成简单系统的组合, 其解则为简单系统解的组合。

3、 什么叫线性度？
其定义为: 传感器的输出—输入校准曲线与理论拟合直线之间的最大偏差与传感器满量程输出之比, 称为该传感器的“非线性误差”或称“线性度”, 也称“非线性度”。

通常用相对误差表示其大小: m ax 100%t FS e Y ∆=±
⨯。

4、 简说马赫―泽德(Mach ―Zehnder)干涉仪的工作原理。

5、 应变式传感器与其他类型传感器相比具有如下特点:
(1)测量范围广、精度高。

(2)性能稳定可靠,使用寿命长。

(3)频率响应特性较好。

(4)能在恶劣的环境条件下工作。

(5)易于实现小型化、整体化
五、 设计题（20分）
1、 依据已学知识设计一种零差法检测的光纤相位传感器（要求只画出框架
图）（15分）
2、依据已学知识设计一种加速度传感器（要求画出结构图并注明所用的敏感元件）（5分）
六、 计算题（10分）
根据一阶(惯性)系统的传递函数：()
()()1Y s k G s X s s τ==+，求冲激响应。

答：设输入信号为δ函数, 即：
(),00,0t t t δ∞=⎧=⎨≠⎩ (0.1)
且
()1t dt δ∞-∞=⎰ (0.2)
根据拉普拉斯变化： ()(){}1X s L t δ== (0.3) 所以： ()()()()/1/Y s G s X s k G s s τ
τ
=⋅==+
(0.4)
()()()1t
k
y t L Y s e ττ--==
(0.5)。