实验10-光纤位移传感器实验(钟鹏).doc

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1、实验十反射式光纤位移传感器测距原理实验实验目的：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

2、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。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，转换器接受到的光源与反射体表面性质、反射体到光纤探头

3、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仪器：SET-QX型光纤位移传感器

4、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。1.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

5、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。表1：ΔX(mm)0.10.20.30.40.5V0.0080.0130.0180.0230.027ΔX(mm)0.60.70.80.91.0V0.0310.0350

6、.0390.0420.045ΔX(mm)1.1.21.31.41.5V0.0480.0510.0530.0550.057ΔX(mm)1.61.71.81.92.0V0.0570.0580.0590.060.061ΔX(mm)2.12.22.32.42.5V0.0630.0620.0620.0610.061ΔX(mm)2.62.72.82.93.0V0.0600.0600.00590.0580.057ΔX(mm)3.13.23.33.43.5V0.0560.0550.0540.0530.052ΔX(mm)3.63.73.83.94.0V0.050.0490.04

7、80.0470.046ΔX(mm)4.14.24.34.44.5V0.0440.0430.0420.0410.040ΔX(mm)4.64.74.84.95.0V0.0390.0370.0360.0350.034ΔX(mm)5.15.25.35.45.5V0.0330.0320.0320.0310.030ΔX(mm)5.65.75.85.96.0V0.0290.0280.0270.0260.025ΔX(mm)6.16.26.36.46.5V0.0240.0240.0230.0220.022ΔX(mm)6.66.76.86.97.0V0.0210.0200.020

8、0.0190.019ΔX(mm)7.1