光纤位移传感器实验.doc

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1、光纤位移传感器实验一、实验目的1、了解光纤位移传感器工作原理及其特性；2、了解并掌握光纤位移传感器测量位移的方法。二、实验内容1、光纤位移传感器输出信号处理实验；2、光纤位移传感器输出信号误差补偿实验；3、光纤位移传感器测距原理实验；4、利用光纤位移传感器测量出光强随位移变化的函数关系；5、实验误差测量。三、实验仪器1、光线位移传感器实验仪1台2、反射式光纤1根3、对射式光纤2根4、连接导线若干5、电源线1根四、实验原理本实验仪通过光纤位移传感器位移测量实验，熟悉光纤结构特点及光纤数值孔径的定义

2、，掌握光纤位移的测量原理，熟悉光路调整方法。本实验仪可以完成反射式和对射式光纤位移传感器实验，重点研究光纤位移传感器的工作原理及其应用电路设计。通常按光纤在传感器中所起的作用不同，将光纤传感器分成功能型(或称为传感型)和非功能型(传光型、结构型)两大类。功能型光纤传感器使用单模光纤，它在传感器中不仅起传导光的作用，而且又是传感器的敏感元件。但这类传感器大制造上技术难度较大，结构比较复杂，且调试困难。非功能型光纤传感器中，光纤本身只起传光作用，并不是传感器的敏感元件。它是利用在光纤端面或在两根光纤

3、中间放置光学材料、机械式或光学式的敏感元件感受被测物理量的变化，使透射光或反射光强度随之发生变化。所以这种传感器也叫传输回路型光纤传感器。它的工作原理是：光纤把测量对象辐射的光信号或测量对象反射、散射的光信号直接传导到光电元件上，实现对被测物理量的检测。为了得到较大的受光量和传输光的功率，这种传感器所使用的光纤主要是孔径大的阶跃型多模光纤。该光纤传感器的特点是结构简单、可靠，技术上容易实现，便于推广应用，但灵敏度较低，测量精度也不高光纤位移传感器实位移测量器件，利用光纤传输光信号的功能，根据检测

4、到的反射光的强度来测量被测反射表面的距离。光纤位移传感器属于非功能型光纤传感器。相关参数：1、光源：高亮度白光LED，直径5mm2、探测器：高灵敏度光敏三极管3、反射式光纤位移传感器光纤芯直径：Φ1+ΦO．265×16长度：50mm检出距离：50mm最小检出距离：0．01mm4、对射式光纤位移传感器光纤芯直径：Φ1长度：50mm检出距离：50mm最小检出距离：0．0lmm5、二维调节支架13mm移动距离，分辨率0．01mm5、电压表(实验箱集成)200mV、2V、20V三档可调光纤位移传感器位移

5、测量原理1．如图是反射式线性位移测量装置光从光源耦合到输入光纤射向被测物体，再被反射回另一光纤，由探测器接收。设两根光纤的距离为d，每根光纤的直径为2a，数值孔径为N，如图所示，这时=由于θ=N，所以式可以写为很显然，当b<[d／2tg(N)]时，即接收光纤位于光纤像的光锥之外。两光纤的耦合为零，无反射进入接收光纤；当b≥[d／2tg(sin_1Ⅳ)]时，即接收光纤位于光锥之内，两光纤耦合最强，接收光纤达到最大值。d的最大检测范围为a／tg(N)。如果要定量的计算光耦合系数，就必须计算出输入光纤

6、像的发光锥体与接收光纤端面的交叠面积，如图所示，由于接收光纤芯径很小，常常把光锥边缘与接收光纤芯交界弧线看成是直线。通过对交叠面简单的几何分析，不难得到交叠面积与光纤端面积之比。即本实验采用的传光型光纤，它由两束光纤混合后组成，两光束混合后的端部是工作端亦称探头，它与被测体相距X，由光源发出的光传到端部出射后再经被测体反射回来，由另一束光纤接收光信号经光电转换器转换成电量，而光电转换器的电量大小与间距X有关，因此可用于测量位移。2．对射式光纤测距采用两根光纤，一根用于将光源发出的光传导发射，另一

7、根用于接收发射光传导给探测器。当两根光纤发射面与接收面距离改变时，探测器探测到的光强度会发生变化，从而起到测量位移的作用。两根光纤完全相同，既可以做发射光纤也可以做接收光纤。五、注意事项1、不得随意摇动和插拔面板上元器件和芯片，以免损坏，造成实验仪不能正常工作。2、不要光纤传感器弯曲半径不得小于3cm，以免折断。3、在使用过程中，出现任何异常情况，必须立即关机断电以确保安全。六、实验操作1)光学系统组装调试实验1、安装对射式光纤传感装置。二维平移台由两个一维平移台组成，其中每个一维平移台上面有五

8、个固定螺孔，将其中一个连接杆架固定在左边平移台上靠右的螺孔上，另一个连接杆架固定在右边平移台上靠左的螺孔上，这样两个杆架相隔最近。注意：安装第二个杆架需要取下杆架上面的紧固螺钉，否则冲突不能安装。对射式光纤传感器为两根单独的光纤，各自通过连接杆，插入连接杆架，通过杆架上面的紧固螺钉固定，并通过调节上下位置，保证光纤发射面和另一根光纤接收面在同一水平面上。二束光纤分别插入实验仪左侧发射和接收端。发射和接收孔内已和发光二极管及光电探测器相接。2、调节左边位移台上测微丝杆，使两根光纤端面同轴心。调节右