光纤位移传感器静态实验指导书

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1、光纤位移传感器静态实验光纤传感器是以光学技术为基础，将被敏感的状态以光信号形式取出。光信号不仅人能直接感知，而且，利用半导体二极管诸如光电二极管、雪崩光电二极管、发光二极管之类的小型而简单的元件很容易进行光电、电光转换，所以易与高度发展的电子装置匹配，这是光纤传感器的突出优点。此外，由于光纤不仅是敏感元件而且也是一种优良的低损耗传输线,因此不必考虑测量仪器和被测物体的相对位置，从而特别适用于电子传感器等不太适用的地方。与其它机械量相比，位移是既容易检测又容易获得高精度的检测量，所以测量中常采用将被测对彖的机械量转换成位移来检测的方法。例如将圧力转换成膜的位移，

2、将加速度转换成重物位移等；而且这种方法结构简单，所以位移传感器是机械量传感器中的基本传感器。光纤位移传感器有强度型和干涉型两大类，本实验所用传感器为反射式强度型光纤传感器。反射式强度型光纤传感器具有原理简单、设计灵活、价格低廉等特点，并已在许多物理量（如位移、压力、振动、表血粗糙度等）的测量中获得成功应用。这种位移传感器在小的测量范围内能进行高速位移测量，它具有非接触、探头小、频响高、线性度好等特点。（-）预习提要1.光纤的结构组成原理及应用。2.光信号在光纤中的传播原理。3.螺旋测微器的使用（二）实验目的1.了解光纤位移传感器的原理、结构、性能。2.用作图法

3、处理数据。（三）实验仪器DH-CG2000传感器系统实验仪（木实验所用部件包括：主、副电源、差动放大器、光纤传感器、反射台、电压表）。（四）实验原理1.光导纤维与光纤传感器的一般原理图1光纤的基本结构光导纤维是利用光的完全内反射原理传输光波的一种介质。如图1所示，它是由高反射率的纤芯和包层所组成。包层的折射率小于纤芯的折射率，直径大致为0.1mm〜0.2mm0当光线通过端面透入纤芯，在到达与包层的交界面时，由于光线的完全内反射，光线反射冋纤芯层。这样经过不断的反射，光线就能沿着纤芯向前传播。山于外界因素（如温度、压力、电场、磁场、振动等）对光纤的作用，引起光波

4、特性参量（如振幅、相位、偏振态等）发生变化。因此人们只要测出这些参量随外界因素的变化关系，就可以通过光特性参量的变化来检测外界因素的变化，这就是光纤传感器的基木工作原理。1.反射式位移传感器的结构原理反射式光纤位移传感器的工作原理如图2所示，光纤采川Y型结构，两朿多膜光纤一端合并组成光纤探头，另一端分为两朿，分別作为光源光纤和接收光纤，光纤只起传输信号的作用，当光发射器发出的红外光，经光源光纤照射至反射面，被反射的光经接收光纤至光电转换器，光电转换器将接收到的光转换为电信号。转换器接受到的光源与反射体表面性质、反射体到光纤探头距离有关。当反射表面位置确定后，接

5、收到的反射光光强随光纤探头到反射体的距离的变化而变化。显然，当光纤探头紧贴反射片时，接收器接收到的光强为零。随着光纤探头离反射面距离的增加，接收到的光强逐渐增加，到达最大值点后又随两者的距离增加而减小。其输出的光强决定于反射体距光纤探头的距离，通过对光强的检测而得到的位移暈如图3所示。IIIIII0123456位移（mm）图3反射式光纤位移传感器的输出特性光纤传感器差放图4（五）实验内容1.观察光纤位移传感器结构，它由两束光纤混合后组成Y形光纤，探头固定在Z型安装架上，外表为螺丝的端面为半圆分布的光纤探头。2.了解反射台在实验仪上的位置。1.如图4接线：因光/

6、电转换器内部已安装好，所以可将电信号直接经差动放大器放大。电压表的切换开关置2V档，开启主、副电源。2.旋转测微头，使光纤探头与反射台面接触，调节差动放大器增益适中，调节差动放大器零位旋钮使电压表读数尽量为冬，旋转测微头使反射台慢慢离开探头，观察电压读数由小-大-小的变化。3.旋转测微头使电压表指示重新回零；旋转测微头，每隔0.1mm读出电压表的读数，并将其填入表1中。4.关闭主、副电源，把所有旋钮复原到初始位置。5.作出V-AX曲线，计算灵敏度S=AV/AX及线性范围。(六)数据表格表1位移AX(mm)电压(V)位移AX(mm)电压(V)位移AX(mm)电压

7、(V)(七)注意事项1.在实验过程中不要碰触光纤。2.保持反射台(振动台)表面光滑。3.接好电路，待教师检查合格后方可接通主、副电源。