文档介绍：反射式光纤位移传感器测距原理实验

了解光纤传输的基本原理
了解反射式光纤传感器的一般原理结构、性能
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。

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,~。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。

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型光纤位移传感器实验箱。

实验时请保持反射面的清洁和与光纤探头端面的垂直度。
工作时光纤端面不宜长时间直接照射强光,以免内部电路受损。
注意背景光对实验的影响,实验过程中应尽量避免一切光源干扰(人员走动、灯光闪烁等)
避免强光直接照射反光表面,造成测量误差。
切勿将光纤折成锐角,保护光纤不受损伤。
光纤探头在支架上固定时,应保持其端口与反光面平行,切不可相擦,以免使光纤探头端面受损。
测量完毕关闭传感器电源

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。
装上光纤探头,探头对准反射片。
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。
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4
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)。
减小数字电压表量程(2V/200mV),调节补偿调零电位器,