光纤位移传感器实验

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1、中国石油大学传感器实验报告成绩：班级：姓名：同组者：教师：反射式光纤位移传感器【实验目的】1.了解光纤传输的基本原理2.了解反射式光纤传感器的一般原理结构、性能3.利用反射式光纤位移传感器测量出光强随位移变化的函数关系。【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，它是由高折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～０.２ｍｍ。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

2、内反射，光线反射回纤芯层。这样经过不断的反射，光线就能沿着纤芯向前传播。　　由于外界因素（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本工作原理。　　２．反射式位移传感器的结构原理　　反射式光纤位移传感器是一种传输型光纤传感器。其原理如图２所示：光纤采用Ｙ型结构，两束多模光纤，一端合并组成光纤探头，另一端分为两支，分别作为光源光纤和接收光纤。

3、光从光源耦合到光源光纤，通过光纤传输，射向反射片，再被反射到接收光纤，最后由光电转换器接收，转6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。图３所示就是反射式光纤位移传感器的输出特性曲线，利用这条特性曲线可以通过对光强的检测得到位移量。反射式光纤位移传感器是一种非接触式测

4、量，具有探头小，响应速度快，测量线性化（在小位移范围内）等优点，可在小位移范围内进行高速位移检测。图２　反射式位移传感器原理图３　反射式光纤位移传感器的输出特性【实验装置】SET-QX型光纤位移传感器实验箱。【实验内容】1.观察光纤结构：光纤探头为半圆型结构，由数百根纤维组成，一半为光源光纤，一半为接收光纤。2.装上光纤探头，探头对准反射片。61.安装好测微头，将顶部的反射片擦拭干净，测微头旋至10mm左右，前后移动测微头使反射片距光纤位移传感器约3mm，固定好测微头。2.如图4，将发光二极管和光敏三极管连接

5、到放大电路相应的位置上，补偿调零电位器也接入到电路中，将第二级可变增益反相放大器的输出端VO与数字电压表相连，数字电压表置20V档，打开传感器电源开关。图43.旋转测微头使反射片贴紧光纤传感器端面，调节“增益”电位器适中，调节补偿调零电位器使数字电压表指示为零（粗调）。4.减小数字电压表量程（2V/200mV），调节补偿调零电位器，进一步使数字电压表指示为零（细调），结果是X=0，V=0。5.旋转千分尺，使光纤探头端面紧贴反射面，此时输出电压最小(一般为零)。6.电压表打到20v档，旋转千分尺，使反射面离开探

6、头，每隔0.1mm读取一电压值，填入表1。7.据表1数据，做出光纤位移传感器的位移特性图（X-V坐标图），计算灵敏度S=△V/△X及线性范围。【数据记录及处理】表1：ΔX(mm)0.10.20.30.40.5V0.0020.0110.0200.0300.041ΔX(mm)0.60.70.80.91.0V0.0520.0630.0740.0860.097ΔX(mm)1.1.21.31.41.5V0.1090.1200.1310.1410.1526ΔX(mm)1.61.71.81.92.0V0.1610.1711

7、.1800.1890.197ΔX(mm)2.12.22.32.42.5V0.2040.2110.2180.2230.228ΔX(mm)2.62.72.82.93.0V0.2330.2370.2390.2420.245ΔX(mm)3.13.23.33.43.5V0.2460.2470.2480.2490.248ΔX(mm)3.63.73.83.94.0V0.2470.2460.2440.2420.240ΔX(mm)4.14.24.34.44.5V0.2370.2340.2310.2270.224ΔX(mm)4.

8、64.74.84.95.0V0.2190.2150.2110.2060.202ΔX(mm)5.15.25.35.45.5V0.1980.1930.1890.1840.179ΔX(mm)5.65.75.85.96.0V0.1750.1710.1660.1620.158ΔX(mm)6.16.26.36.46.5V0.1540.1500.1460.1430.139ΔX(mm)6.66.76.86.97.0