光纖布拉格光柵應(yīng)用考核試卷

光纖布拉格光柵應(yīng)用考核試卷考生姓名：答題日期：得分：判卷人：

本次考核旨在評(píng)估考生對(duì)光纖布拉格光柵原理、特性及其應(yīng)用領(lǐng)域的掌握程度，考察考生在光纖布拉格光柵技術(shù)相關(guān)理論知識(shí)和實(shí)際應(yīng)用能力。

一、單項(xiàng)選擇題（本題共30小題，每小題0.5分，共15分，在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)是符合題目要求的）

1.光纖布拉格光柵（FBG）的基本原理是基于光在光纖中的（）。

A.色散效應(yīng)

B.折射率變化

C.吸收特性

D.光纖損耗

2.FBG的反射光譜呈尖銳的（）。

A.寬帶

B.模態(tài)

C.窄帶

D.混合帶

3.FBG的溫度傳感范圍通常在（）之間。

A.-100℃到+100℃

B.-20℃到+80℃

C.-50℃到+150℃

D.0℃到100℃

4.FBG的光學(xué)特性主要取決于光纖的（）。

A.材料成分

B.外徑

C.纖芯折射率

D.包層折射率

5.FBG的反射波長(zhǎng)隨溫度的變化率稱為（）。

A.響應(yīng)速度

B.響應(yīng)靈敏度

C.響應(yīng)范圍

D.響應(yīng)帶寬

6.FBG在光纖通信中的應(yīng)用主要包括（）。

A.光信號(hào)調(diào)制

B.光信號(hào)放大

C.光信號(hào)濾波

D.以上都是

7.FBG在光纖傳感技術(shù)中的應(yīng)用主要包括（）。

A.溫度傳感

B.應(yīng)力傳感

C.振動(dòng)傳感

D.以上都是

8.FBG的反射光譜與（）成正比。

A.光纖長(zhǎng)度

B.光纖折射率

C.光纖直徑

D.光纖材料

9.FBG的反射光譜隨應(yīng)力的變化率稱為（）。

A.靈敏度

B.線性度

C.穩(wěn)定性

D.響應(yīng)時(shí)間

10.FBG在光纖陀螺儀中的應(yīng)用主要利用其（）。

A.反射光譜

B.折射率

C.光纖長(zhǎng)度

D.光纖材料

11.FBG在光纖激光器中的應(yīng)用主要利用其（）。

A.反射光譜

B.折射率

C.光纖長(zhǎng)度

D.光纖材料

12.FBG的溫度傳感原理是基于（）。

A.光的吸收

B.光的發(fā)射

C.光的折射

D.光的反射

13.FBG的應(yīng)力傳感原理是基于（）。

A.光的吸收

B.光的發(fā)射

C.光的折射

D.光的反射

14.FBG在光纖光柵傳感器中的主要作用是（）。

A.發(fā)光

B.濾波

C.反射

D.放大

15.FBG的溫度傳感靈敏度通常為（）。

A.0.1pm/℃

B.0.5pm/℃

C.1pm/℃

D.10pm/℃

16.FBG的應(yīng)力傳感靈敏度通常為（）。

A.10pm/με

B.50pm/με

C.100pm/με

D.500pm/με

17.FBG在光纖通信系統(tǒng)中的主要作用是（）。

A.發(fā)光

B.濾波

C.反射

D.放大

18.FBG在光纖陀螺儀中的主要作用是（）。

A.發(fā)光

B.濾波

C.反射

D.放大

19.FBG在光纖激光器中的主要作用是（）。

A.發(fā)光

B.濾波

C.反射

D.放大

20.FBG在光纖光柵傳感器中的主要作用是（）。

A.發(fā)光

B.濾波

C.反射

D.放大

21.FBG的反射光譜隨應(yīng)力的變化稱為（）。

A.諧波

B.奇異點(diǎn)

C.反射峰

D.反射谷

22.FBG的反射光譜隨溫度的變化稱為（）。

A.諧波

B.奇異點(diǎn)

C.反射峰

D.反射谷

23.FBG的反射光譜隨應(yīng)變的變化稱為（）。

A.諧波

B.奇異點(diǎn)

C.反射峰

D.反射谷

24.FBG的反射光譜隨溫度和應(yīng)力的變化稱為（）。

A.諧波

B.奇異點(diǎn)

C.反射峰

D.反射谷

25.FBG的反射光譜隨折射率的變化稱為（）。

A.諧波

B.奇異點(diǎn)

C.反射峰

D.反射谷

26.FBG的反射光譜隨波長(zhǎng)變化稱為（）。

A.諧波

B.奇異點(diǎn)

C.反射峰

D.反射谷

27.FBG的反射光譜隨時(shí)間變化稱為（）。

A.諧波

B.奇異點(diǎn)

C.反射峰

D.反射谷

28.FBG的反射光譜隨環(huán)境變化稱為（）。

A.諧波

B.奇異點(diǎn)

C.反射峰

D.反射谷

29.FBG的反射光譜隨溫度、應(yīng)力和折射率變化稱為（）。

A.諧波

B.奇異點(diǎn)

C.反射峰

D.反射谷

30.FBG的反射光譜隨波長(zhǎng)、時(shí)間和環(huán)境變化稱為（）。

A.諧波

B.奇異點(diǎn)

C.反射峰

D.反射谷

二、多選題（本題共20小題，每小題1分，共20分，在每小題給出的選項(xiàng)中，至少有一項(xiàng)是符合題目要求的）

1.光纖布拉格光柵（FBG）的主要優(yōu)點(diǎn)包括（）。

A.高靈敏度

B.抗電磁干擾

C.可集成化

D.可復(fù)用性

2.FBG的溫度傳感應(yīng)用領(lǐng)域包括（）。

A.結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)

B.環(huán)境監(jiān)測(cè)

C.工業(yè)過(guò)程控制

D.醫(yī)療診斷

3.FBG的應(yīng)力傳感應(yīng)用領(lǐng)域包括（）。

A.機(jī)電系統(tǒng)

B.航空航天

C.能源領(lǐng)域

D.土木工程

4.FBG在光纖通信系統(tǒng)中的應(yīng)用包括（）。

A.光信號(hào)濾波

B.光信號(hào)放大

C.光信號(hào)調(diào)制

D.光信號(hào)解復(fù)用

5.FBG在光纖陀螺儀中的應(yīng)用特點(diǎn)有（）。

A.高精度

B.高穩(wěn)定性

C.小體積

D.低成本

6.FBG在光纖激光器中的作用包括（）。

A.增強(qiáng)激光穩(wěn)定性

B.調(diào)制激光輸出

C.選擇激光波長(zhǎng)

D.放大激光信號(hào)

7.FBG的反射光譜特性與以下哪些因素有關(guān)（）。

A.光纖材料

B.光纖直徑

C.光纖長(zhǎng)度

D.光纖折射率

8.FBG的溫度傳感原理涉及到的物理現(xiàn)象有（）。

A.光的吸收

B.光的發(fā)射

C.光的折射

D.光的反射

9.FBG的應(yīng)力傳感原理涉及到的物理現(xiàn)象有（）。

A.光的吸收

B.光的發(fā)射

C.光的折射

D.光的反射

10.FBG在光纖傳感系統(tǒng)中具有以下哪些優(yōu)點(diǎn)（）。

A.集成化

B.可遠(yuǎn)程監(jiān)控

C.抗干擾性強(qiáng)

D.成本低

11.FBG在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用包括（）。

A.結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)

B.火箭發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)測(cè)

C.航天器姿態(tài)控制

D.導(dǎo)航系統(tǒng)

12.FBG在土木工程領(lǐng)域的應(yīng)用包括（）。

A.大橋健康監(jiān)測(cè)

B.橋梁應(yīng)力監(jiān)測(cè)

C.土壤濕度監(jiān)測(cè)

D.水壩安全監(jiān)測(cè)

13.FBG在醫(yī)療診斷領(lǐng)域的應(yīng)用包括（）。

A.體溫監(jiān)測(cè)

B.血壓監(jiān)測(cè)

C.心率監(jiān)測(cè)

D.脈搏血氧飽和度監(jiān)測(cè)

14.FBG在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用包括（）。

A.氣溫監(jiān)測(cè)

B.水溫監(jiān)測(cè)

C.污染物濃度監(jiān)測(cè)

D.地震監(jiān)測(cè)

15.FBG在光纖光柵傳感系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)包括（）。

A.光纖布拉格光柵的制備

B.信號(hào)采集與處理

C.傳感器的封裝與安裝

D.數(shù)據(jù)傳輸與存儲(chǔ)

16.FBG的反射光譜分析技術(shù)包括（）。

A.光譜分析

B.信號(hào)處理

C.數(shù)據(jù)分析

D.圖形顯示

17.FBG的傳感性能提高方法包括（）。

A.材料優(yōu)化

B.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

C.信號(hào)處理

D.系統(tǒng)集成

18.FBG在光纖通信系統(tǒng)中的應(yīng)用前景包括（）。

A.高速傳輸

B.大容量通信

C.網(wǎng)絡(luò)安全

D.智能化通信

19.FBG在光纖傳感技術(shù)中的發(fā)展趨勢(shì)包括（）。

A.高精度

B.高可靠性

C.小型化

D.智能化

20.FBG在各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域中的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在（）。

A.成本效益

B.系統(tǒng)集成

C.抗干擾性能

D.遠(yuǎn)程監(jiān)控

三、填空題（本題共25小題，每小題1分，共25分，請(qǐng)將正確答案填到題目空白處）

1.光纖布拉格光柵（FBG）的全稱是______。

2.FBG的工作波長(zhǎng)通常在______nm范圍內(nèi)。

3.FBG的反射光譜中心波長(zhǎng)與布拉格波長(zhǎng)公式中的______成正比。

4.FBG的溫度傳感靈敏度通常用______表示。

5.FBG的應(yīng)力傳感靈敏度通常用______表示。

6.FBG的反射光譜形狀主要取決于______。

7.FBG的制備方法主要有______和______。

8.FBG的主要材料是______。

9.FBG的溫度傳感應(yīng)用中，反射光譜的變化與______成正比。

10.FBG的應(yīng)力傳感應(yīng)用中，反射光譜的變化與______成正比。

11.FBG在光纖通信系統(tǒng)中用于______。

12.FBG在光纖陀螺儀中用于實(shí)現(xiàn)______。

13.FBG在光纖激光器中用于實(shí)現(xiàn)______。

14.FBG的反射光譜可以通過(guò)______進(jìn)行測(cè)量。

15.FBG的傳感數(shù)據(jù)采集通常使用______。

16.FBG的信號(hào)處理技術(shù)包括______和______。

17.FBG的封裝技術(shù)要求實(shí)現(xiàn)______和______。

18.FBG在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用可以提高_(dá)_____。

19.FBG在土木工程領(lǐng)域的應(yīng)用可以提高_(dá)_____。

20.FBG在醫(yī)療診斷領(lǐng)域的應(yīng)用可以提供______。

21.FBG的環(huán)境監(jiān)測(cè)應(yīng)用可以實(shí)時(shí)監(jiān)控______。

22.FBG的集成化技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)在______上的集成。

23.FBG的小型化技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)______。

24.FBG的抗干擾性能使其在______環(huán)境中應(yīng)用廣泛。

25.FBG的遠(yuǎn)程監(jiān)控能力使其在______領(lǐng)域具有優(yōu)勢(shì)。

四、判斷題（本題共20小題，每題0.5分，共10分，正確的請(qǐng)?jiān)诖痤}括號(hào)中畫√，錯(cuò)誤的畫×）

1.光纖布拉格光柵（FBG）的反射光譜是連續(xù)的。（）

2.FBG的反射波長(zhǎng)不受溫度變化的影響。（）

3.FBG的應(yīng)力傳感原理基于光的吸收特性。（）

4.FBG可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)溫度和應(yīng)力的傳感。（）

5.FBG在光纖通信系統(tǒng)中主要用于信號(hào)放大。（）

6.FBG的光纖陀螺儀可以實(shí)現(xiàn)高精度的姿態(tài)測(cè)量。（）

7.FBG的反射光譜與光纖的長(zhǎng)度無(wú)關(guān)。（）

8.FBG的溫度傳感靈敏度越高越好。（）

9.FBG在光纖激光器中用于產(chǎn)生連續(xù)波激光。（）

10.FBG的封裝對(duì)傳感性能沒(méi)有影響。（）

11.FBG的信號(hào)采集可以通過(guò)光纖直接完成。（）

12.FBG的信號(hào)處理通常需要專業(yè)的軟件支持。（）

13.FBG在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用可以提高飛行器的安全性。（）

14.FBG在土木工程領(lǐng)域的應(yīng)用可以幫助預(yù)測(cè)橋梁的損壞。（）

15.FBG在醫(yī)療診斷領(lǐng)域的應(yīng)用可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)患者的生理參數(shù)。（）

16.FBG的環(huán)境監(jiān)測(cè)應(yīng)用可以實(shí)時(shí)監(jiān)控水質(zhì)污染。（）

17.FBG的集成化技術(shù)可以降低傳感系統(tǒng)的成本。（）

18.FBG的小型化技術(shù)使其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用更加廣泛。（）

19.FBG的抗干擾性能使其在強(qiáng)電磁場(chǎng)環(huán)境中也能穩(wěn)定工作。（）

20.FBG的遠(yuǎn)程監(jiān)控能力使得數(shù)據(jù)傳輸更加安全可靠。（）

五、主觀題（本題共4小題，每題5分，共20分）

1.請(qǐng)簡(jiǎn)要說(shuō)明光纖布拉格光柵（FBG）的工作原理，并解釋為什么FBG具有高靈敏度的溫度和應(yīng)力傳感特性。

2.分析FBG在光纖通信、光纖陀螺儀、光纖激光器以及光纖傳感技術(shù)中的應(yīng)用，并討論FBG在這些應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)和局限性。

3.闡述FBG在航空航天、土木工程、醫(yī)療診斷和環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域的具體應(yīng)用案例，并分析這些應(yīng)用對(duì)相應(yīng)領(lǐng)域帶來(lái)的影響和改進(jìn)。

4.結(jié)合當(dāng)前光纖布拉格光柵技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，探討未來(lái)FBG在新型應(yīng)用領(lǐng)域的潛在發(fā)展，并預(yù)測(cè)FBG技術(shù)的發(fā)展方向。

六、案例題（本題共2小題，每題5分，共10分）

1.案例題：某光纖通信系統(tǒng)采用光纖布拉格光柵（FBG）進(jìn)行信號(hào)濾波，系統(tǒng)要求濾波器的中心波長(zhǎng)為1550nm，通帶寬度為10nm。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)FBG濾波器，并說(shuō)明設(shè)計(jì)過(guò)程中需要考慮的關(guān)鍵參數(shù)及其選擇依據(jù)。

2.案例題：某橋梁工程中采用光纖布拉格光柵（FBG）進(jìn)行結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)，系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)橋梁的溫度和應(yīng)力變化。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)FBG傳感器陣列，并簡(jiǎn)要說(shuō)明如何布置這些傳感器以及如何分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以評(píng)估橋梁的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。

標(biāo)準(zhǔn)答案

一、單項(xiàng)選擇題

1.B

2.C

3.C

4.C

5.B

6.D

7.D

8.C

9.B

10.D

11.A

12.D

13.C

14.C

15.A

16.D

17.B

18.A

19.C

20.D

21.C

22.C

23.C

24.C

25.C

26.C

27.C

28.C

29.C

30.C

二、多選題

1.A,B,C,D

2.A,B,C

3.A,B,C,D

4.A,C,D

5.A,B,C

6.A,B,C

7.A,B,C,D

8.A,C,D

9.A,C,D

10.A,B,C,D

11.A,B,C,D

12.A,B,C,D

13.A,B,C,D

14.A,B,C,D

15.A,B,C,D

16.A,B,C,D

17.A,B,C,D

18.A,B,C,D

19.A,B,C,D

20.A,B,C,D

三、填空題

1.光纖布拉格光柵

2.1550

3.布拉格波長(zhǎng)

4.pm/℃

5.pm/με

6.光纖直徑

7.擠壓法，化學(xué)氣相沉積法

8.硅

9.溫度變化

10.應(yīng)力變化

11.光信號(hào)濾波

12.姿態(tài)測(cè)量

13.選擇激光波長(zhǎng)

14.光譜分析儀

15.光纖光柵解調(diào)儀

16.信號(hào)處理技術(shù)，數(shù)據(jù)分析

17.密封性，耐久性

18.飛行器的安全性

19.橋梁的結(jié)構(gòu)狀態(tài)

20.新型應(yīng)用領(lǐng)域

21.數(shù)據(jù)傳輸

22.光纖傳感器陣列

23.布置傳感器，分析數(shù)據(jù)

四、判斷題

1.×

2.×

3.×

4.√

5.×

6.√

7.×

8.×

9.√

10.×

11.√

12.√

13.√

14.√

15.√

16.√

17.√

18.√

19.√

20.√

五、主觀題（參考）

1.光纖布拉格光