文档介绍：光纤压力/位移传感器特性的研究
The study of characteristics of fibre-optical in tension and displacement transducer
摘要:本实验是旨在测试LED光源I-P特性,光纤纤端光场径向分布,光纤纤端光场轴向分布,反射式光纤位移传感,微弯式光纤位移传感的实验。
关键词:光纤,光场分布,位移,I-P特性
Abstract:In this experiment,we studied the I-P characteristics of the LED illuminant and the optical field of fibre-optical.
Keywords:fiber-optical,distribution of optical field,displacement
实验目的
“光纤传感实验仪”LED光源及PIN探测器的基本构造和原理;
2、熟悉LED光源的I—P特性,掌握I—P特性曲线的测量方法;
3、测量一组P、I值并绘出I—P特性曲线。
“光纤传感实验仪”的基本构造和原理,熟悉其各个部件,学****和掌握其正确使用方法;
,掌握其测量方法、步骤及计算方法:
,绘出纤端光场分布图。
“光纤传感实验仪”的基本构造和原理,熟悉其各个部件,学****和掌握其正确使用方法;
,掌握其测量方法、步骤及计算方法:
,绘出纤端光场分布图。
1、了解“光纤传感实验仪”的基本构造和原理,熟悉其各个部件,学****和掌握其正确使用方法;
2、了解一对光纤(一个发光、一个接收光)的反射接收特性曲线;
3、学****掌握最简单、最基本的光纤位移传感器的原理和使用方法。
实验仪器:
图片如下:
LED—光源输出插座;
PIN—光探测器输入插座;
AUTO—自动步进键;
PRO—编程控制键;
UP、DOWN—配合 PRO 设定输出电流上下限;
SET—设置键;
UL、DL、mA、mV、μV—仪器显示状态指示灯。
实验原理:
上图即为实验操作示意图。
LED光源I-P特性实验原理
光源是光发射机的关键器件,其功能是把电信号转换为光信号。目前比较常用的光源主要有半导体激光二极管和发光二极管。发光二极管简称LED(Light Emitting Diode)。
发光二极管的结构及发光机理发光二极管发射的是自发辐射光。发光二极管LED 的结构大多是采用双异质结(DH )芯片,把有源层夹在P 型和N 型限制层中间。发光二极管有两种类型:一类是正面发光型LED,另一类是侧面发光型LED,其结构示于图 。和正面发光型LED 相比,侧面发光型LED ,但由于光束辐射角较小,与光纤的耦合率较高,因而入纤光功率比正面发光型大它的输出光功率(P )随着驱动电流(I)的变化而变化。测量L光源的 I
—P 特性曲线具有非常重要的理论意义和工程应用意义。
光纤纤端光场径向,轴向分布实验原理
按照光纤传输的模式理论,在光纤中光功率按模式分布。叠加后的光纤纤端光场场强沿径向分布可近似由高斯型函数描写,称其为准高斯分布。另外沿光纤传输的光可以近似看作平面波,此平面波在纤端出射时,可等价为平面波场垂直入射到不透明屏的圆孔表面上,形成圆孔衍射。实际情况接近于两者的某种混合。为分析方便起见,作以下假设:光纤端面:光场是由光强沿径向均匀分布的平面波和光强沿径向为高斯分布的高斯光束两部分构成的。出射光场:纤端出射光场由准平面波场的圆孔衍射和在自由空间中传输的准高斯光束
叠加而成。在以上假设下可推导出理论公式(1)
式(1)表明,纤端出射光场场强分布是由不同权重下的高斯分布和平面波场的圆孔衍射分布叠加的结果。
纤端光场既不是纯粹的高斯光束,也不是纯粹的均匀分布的几何光束,为了更好地与实际情况符合,我们综合这两种近似情况,并引入无量纲调合参数ξ,可以给出如下结果
实际使用过程中,对于渐变折射率光纤有时取σ=2-1/2;对于突变折射率分布的光纤通常取σ=1,对于芯径较粗的多模光纤而言,衍射效应基本上被平均化了,即取p ≈0,q ≈1。因而对于大芯径多模光纤,为使用方便,式(1)通常取如下形式。
反射式光纤位移传感实验原理
采用的光纤传感器的原理如图4 所示。光纤探头A 由两根光纤组成,一根用于发射光,一根用于接受反射镜反射的光,R是反射镜。系统可工作在两个区域中,前沿工作区和后沿工作区(见图5)。当在后沿区域中工作时,可以获得较宽的动态范围。