文档介绍：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。
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5mm
2、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:
4、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:
5、二维调节支架
13mm移动距离,
5、电压表(实验箱集成)
200mV、2V、20V三档可调
光纤位移传感器位移测量原理
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