文档介绍：光纤位移传感器实验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,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+×16长度:50mm检出距离:50mm最小检出距离:、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:、二维调节支架13mm移动距离,、电压表(实验箱集成)200mV、2V、,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tgθ=d2b由于θ=sin-1N,所以式可以写为b=d2tg(sin-1N)很显然,当b<[d/2tg(sin-1N)]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(sin-1N)。如果要定量的计算光耦合系数,就必须计算出输入光纤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α=1π[cos-11-δα-(1-δα)sin(1-δα)]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。,一根用于将光源发出的光传导发射,另一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