光電檢測(cè)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、實(shí)驗(yàn)三十光纖位移傳感器（半圓分部）的特性一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私夤饫w位移傳感器的工作原理和性能。二、基本原理：本實(shí)驗(yàn)采用的是導(dǎo)光型多模光纖，它由兩束光纖組成半圓分 布的Y型傳感探頭，一束光纖端部與光源相接用來(lái)傳遞發(fā)射光，另一束端部與光電 轉(zhuǎn)換器相接用來(lái)傳遞接收光，兩光纖束混合后的端部是工作端亦即探頭，當(dāng)它與被 測(cè)體相距X時(shí)由光源發(fā)岀的光通過(guò)一束光纖射出后，經(jīng)被測(cè)體反射由另一束光纖接 收，通過(guò)光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成電壓，該電壓的大小與間距X有關(guān)，因此可用于測(cè)量位 移。三、需用器件與單元：光纖傳感器、光纖傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０濉?shù)顯單元、測(cè)微 頭、直流電源15V、鐵測(cè)片。四、實(shí)驗(yàn)步驟：1、根據(jù)圖9-1安裝光纖位移傳感

2、器，二束光纖分別插入實(shí)驗(yàn)板上光電變換座 內(nèi)，其內(nèi)部裝有發(fā)光管D及光電轉(zhuǎn)換管T。2、將光纖實(shí)驗(yàn)?zāi)０遢敵龆薞0與數(shù)顯單元相連，見(jiàn)圖9-2。3. 在測(cè)微頭頂端裝上鐵質(zhì)圓片，作為反射面，調(diào)節(jié)測(cè)微頭使探頭與反射而輕 微接觸，數(shù)顯表置20V檔。4. 實(shí)驗(yàn)?zāi)０褰尤?5V電源，合上主控箱電源開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)RW2使數(shù)顯表顯示 為零。5、旋轉(zhuǎn)測(cè)微頭，使被測(cè)體離開(kāi)探頭，每隔0. 1mm讀出數(shù)顯表顯示值，將其填入9一 1。注：電壓變化范從最大一最小必須記錄完整。表9-1：光纖位移傳感器輸出電壓與位移數(shù)據(jù)如下表所示:4 14!At1 Bif4141Q 13111uaAMLML41j.n&I4H.9(ritItZflinin

3、.*4卵wMltotilCMMlinccff114，11,| ff|LICMtn山KILil oH1灑m a M2611JKIVzn&U ia(2LMl.fli.n!KUIA1Ul114mMFlitAIUi.nLM.i n1.HuHll.iU.Ia 31L4n.iILFJLIn.hfTA1 4QDtnunae通過(guò)上述的表格可以找出在X二65或者6. 6mm時(shí)輸出電壓才達(dá)到最大值為6. 78或者6. 79V,但當(dāng)繼續(xù)尋找最小值的時(shí)候并沒(méi)有找到，輸出電壓隨著位移的增 大逐漸的減小，但是減小的幅度會(huì)漸漸的趨于平衡，在達(dá)到測(cè)微頭最大量程時(shí)還在 繼續(xù)的減小，因此并沒(méi)有找到最小的記錄。并認(rèn)為X二4mm時(shí)為

4、最小的0。6、根據(jù)表9-1數(shù)據(jù)，作出光纖位移傳感器的位移特性圖，并加以分析、計(jì)算 出前坡和后坡的靈敏度及兩坡段的非線性誤差。答：利用excel對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得光纖位移傳感器的位移特性圖如下所示：通過(guò)光纖位移傳感器的位移特性圖可知：其圖形被分為前坡和后坡兩部分， 在前坡輸岀電壓隨著位移的增大而增大并且達(dá)到最大值，并且前坡的增大的幅度比 較大，在后坡輸岀電壓隨著位移的增大不再增大而是相應(yīng)的減小，減小的幅度較 小，并逐漸的趨于穩(wěn)定。通過(guò)圖形可以看出前坡的范圍窄，靈敏度高，線性好，適 用于測(cè)小位移和表而粗糙度。后坡的減弱與探頭和被測(cè)表而之間的距離平方成反 比。將在最大值之前的值作為前坡的數(shù)據(jù)單獨(dú)拿出來(lái)

5、做處理同時(shí)去掉最前和最后 的值，同樣用excel的畫(huà)圖進(jìn)行斜線的擬合得到如下的擬合直線，并顯示擬合的直 線表達(dá)式：前坡部分的位移特性圖如下所示：通過(guò)擬合出來(lái)的直線為y二3. 1022x-12. 934。計(jì)算前坡的靈敏度S： S=AV/AX(A V為輸出電壓平均變化量；AX位移平均變化量)，其靈敏度約為擬合 直線的斜率：即S=3. 1022(v/mm)o計(jì)算前坡的非線性誤差：5 f 1= A Vmax/ A yF S X 100%,式中A Vmax為輸出電壓值與擬合直線的最大電壓偏 差量：AyFS為滿量程時(shí)電壓輸出平均值。u ilui tflLI U QA IJII Mil訂*I lJfj |

6、*(；MM L欠M丿1 - !丨I14illIK IBiaIff IB 1 i押IEtww iiniuni iqumqww muRW 1muzU U 1 l荻1kit*Ul idu 1Lrhi|tnM i(MOBuClMaalYlf *i nix iiXStra iBNB41| IN JMB4 Ml通過(guò)上表可以知道AVmaxO. 32146v, AyFS=6. 79v,則5前二 A Vmax/ AyF SX 1OO%=O. 32146/6. 79X 100%=4. 7%。將在最大值之后的數(shù)據(jù)作為后坡的數(shù)據(jù)單獨(dú)拿出來(lái)做處理，擬合得到如下的I山線，并顯示擬合的I山線表達(dá)式，后坡部分的位移特性圖如下

7、所示：通過(guò)擬合出來(lái)的曲線為y二444. 488/（x2）2.63316o計(jì)算后坡的靈敏度S： S=AV/AX（A V為輸出電壓平均變化量；AX位移平均變化量），計(jì)算前坡的非線性 誤差：5 f 1= A Vmax/ A yF S X 100%,式中A Vmax為輸出電壓值與擬合直線的最大 電壓偏差量：AyFS為滿量程時(shí)電壓輸出平均值（上圖的橫坐標(biāo)表示X,縱坐標(biāo) 表示V）。通過(guò)擬合出來(lái)的曲線得下表：V(rJM 沛 146)11!. 1(110 人幽妙血71mattLNiiu awns RXKM ajrrw aasiQMi.ruu畑itir1111iRlVblIP ：.H UirIV揪錚叨 DM!

8、期KC?小閥 X2W2 JIWD 2. PI)M 汕4!汕4低2倔AV(v|i.inm;.nnuVI.44川做Am -41WM-0 m um4W10.2111It Juu26HTW.3llVWLSIli lp th111LHhiLHH如g硼LISXtLim? LtHKf1.W0&6Mgum:anuT 或kui aaM QanrrQuag aoow加ii iiij ii.i n.1II Tli ill.lVifl仆 KM3oninm諭mm、加 i.raNo.wii (hitM脳加CH咧則他 i.cswn 購(gòu)釬 渤)ou必朮 tujtt i.iuaf通過(guò)上表可以知道AV=O. 167295v, A

9、X二0.1mm，其靈敏度S=AV/A X二0. 167295/0. 1=1. 67295 (v/mm ) , A Vmax=-O. 78088v,A yF S=6. 79v,貝lj &后二 A Vmax/ A yF S X 100%= -0. 78088/6. 79 X 100%=-11.5%o五、思考題：光纖位移傳感器測(cè)量位移時(shí)，對(duì)被測(cè)體的表面有些什么要求？答：被測(cè)物體表面盡量保持光滑，能夠使光準(zhǔn)確的反射來(lái)減小漫反射。實(shí)驗(yàn)三十一光纖傳感器測(cè)量振動(dòng)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私夤饫w位移傳感器動(dòng)態(tài)特性。二、基本原理：利用光纖位移傳感器的位移特性，配以合適的測(cè)量電路即可 測(cè)量振動(dòng)。三、需用器件與單元：光纖

10、位移傳感器、光纖位移傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、振?dòng)梁 （2000型）或振動(dòng)測(cè)量控制儀（9000型）、檢波/濾波/低通實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、?shù)顯頻率/轉(zhuǎn)速表。四、實(shí)驗(yàn)步驟：1、將光纖傳感器按圖3-5安裝在振動(dòng)臺(tái)上，并用手按壓振動(dòng)臺(tái)，不能使差動(dòng) 變壓器的活動(dòng)桿有卡死的現(xiàn)象，否則必須調(diào)整安裝位置，光纖探頭對(duì)準(zhǔn)振動(dòng)臺(tái)的反 射面。2、根據(jù)實(shí)驗(yàn)三十的結(jié)果，找出前坡或后坡的線性段中點(diǎn)，通過(guò)調(diào)節(jié)安裝支架 高度將光纖探頭與振動(dòng)臺(tái)臺(tái)而的距離調(diào)整在線性段中點(diǎn)（大致目測(cè)）。3、在圖9-2中V01與低通濾波器模板VI相接，低通輸出V0接到示波器。4、在振動(dòng)源上接入低頻振動(dòng)信號(hào)（2000型），將頻率選擇在6-10HZ左右， 逐步增大輸出幅度，

11、注意不能使振動(dòng)臺(tái)而碰到傳感器，觀察示波器的信號(hào)波形。保 持振動(dòng)幅度不變，改變振動(dòng)頻率觀察示波器的信號(hào)波形。答：示波器的信號(hào)波形是正弦波，當(dāng)逐步增大輸出幅度時(shí)，示波器的信號(hào)波 形的幅度也是逐漸的增大，與輸出幅度成正比。當(dāng)保持振動(dòng)的幅度不變時(shí)，改變振 動(dòng)頻率發(fā)現(xiàn)示波器的信號(hào)波形頻率逐漸的變小。5、根據(jù)實(shí)驗(yàn)三十的數(shù)據(jù)，計(jì)算出梁的振動(dòng)幅度有多大？答：由前波的位移特性圖可以知道，梁的振動(dòng)幅度滿足正弦波，其電壓幅度 V二6. 68-0. 03v=6. 65v,由前波的擬合直線尸3. 1022x-12. 934可得，梁的振動(dòng)幅 度：AX=（ AV+12. 934）/3. 1022=6. 313mm.。五、思

12、考題：試分析電容式、電渦流、光纖三種傳器測(cè)量振動(dòng)時(shí)的特點(diǎn)？答：電容式測(cè)量振動(dòng)時(shí)實(shí)際上是變極距差動(dòng)電容式位移傳感器，通過(guò)改變電 容值來(lái)表征振幅的變化，其可以測(cè)量微位移。電渦流測(cè)量振動(dòng)頻率高于固有頻率的振動(dòng)，他是通過(guò)在振動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的感 應(yīng)電流即渦流，在渦流里產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)中產(chǎn)生的感應(yīng)電壓，其靈敏度低。光纖傳感器測(cè)量振動(dòng)時(shí)，光纖本身只起到傳光的作用。實(shí)驗(yàn)三十二光纖傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)速實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私夤饫w位移傳感器用于測(cè)量轉(zhuǎn)速的方法。二、基本原理：利用光纖位移傳感器在被測(cè)物的反射光強(qiáng)弱明顯變化時(shí)所產(chǎn) 生的相應(yīng)信號(hào)，經(jīng)電路處理轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的脈沖信號(hào)即可測(cè)量轉(zhuǎn)速。三、需用器件與單元：光纖傳感器、光纖傳感器

13、實(shí)驗(yàn)?zāi)０濉⒅绷髟?5V、轉(zhuǎn) 動(dòng)源（2000型）或轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量控制儀（9000型）。四、實(shí)驗(yàn)步驟:1、將光纖傳感器按實(shí)驗(yàn)三十一圖3-5裝于傳感器支架上，使光纖探頭與電機(jī) 轉(zhuǎn)盤(pán)平臺(tái)上的反射點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)。2、按圖9-2接線，將光纖傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０遢敵鯲01與數(shù)顯電壓表VI端相 接，接上實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳?5V電源，數(shù)顯電壓表置2V檔，并按以下步驟操作:用手 轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤(pán)，使探頭避開(kāi)反射而，合上主控箱電源開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)RW使數(shù)顯表顯示接近 零（M0）。再用手轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤(pán)，使光纖探頭對(duì)準(zhǔn)反射點(diǎn)，調(diào)節(jié)升降支架高低，使 數(shù)顯表指示最大，重復(fù)、步驟，直至兩者的電壓差值最大（差值需大于IV） o再將V01與轉(zhuǎn)速/頻率表的fin端相接，頻率/轉(zhuǎn)

14、速表開(kāi)關(guān)撥到轉(zhuǎn)速檔。3、接入+2V-+24V直流電壓至旋轉(zhuǎn)電機(jī)，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速旋鈕，使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，逐漸 加大轉(zhuǎn)速電壓，使電機(jī)轉(zhuǎn)速加快，固定某一轉(zhuǎn)速記下數(shù)顯表上讀數(shù)。答：固定在2135轉(zhuǎn)/分時(shí)的數(shù)顯表讀數(shù)為14. 58Vo注：最高轉(zhuǎn)速請(qǐng)不要超過(guò)2400轉(zhuǎn)/分，否則光纖探頭的動(dòng)態(tài)響應(yīng)范圍可能會(huì) 不夠。五、思考題：1、測(cè)量轉(zhuǎn)速時(shí)轉(zhuǎn)速盤(pán)上反射點(diǎn)的多少與測(cè)速精度有否影響？答：測(cè)量轉(zhuǎn)速時(shí)轉(zhuǎn)速盤(pán)上反射點(diǎn)的多少與測(cè)速精度有影響，反射點(diǎn)越少，測(cè) 數(shù)精度越低。2、你可以用實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證一下轉(zhuǎn)盤(pán)上僅一個(gè)反射點(diǎn)的情況嗎？答：計(jì)算在1分鐘時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)是否與轉(zhuǎn)速相等，如果相等，則轉(zhuǎn)盤(pán)上僅 有一個(gè)反射點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)四十二 PSD位置傳感器

15、位置測(cè)量實(shí)驗(yàn)PSD位置傳感器是光電檢測(cè)器件，利用PSD的光電流可測(cè)量入射到其感光區(qū)域的光斑能量中心位置（一維），時(shí)間響應(yīng)快，可應(yīng)用于多種測(cè)量場(chǎng)合。本PSD位置傳感器釆用了模似電路的位置處理，利用傳感器兩極輸出的電流，經(jīng)運(yùn)算放 大器電流電壓變換，加減運(yùn)算，（有條件還可利用模似除法器），其輸出電壓取決 于光斑能量中心位置。一、PSD位置傳感器系統(tǒng)組成：見(jiàn)圖121、PSD傳感器。2、電子處理模塊：I/V轉(zhuǎn)換加減電路除法器* 放大器（增益，調(diào)零）3、半導(dǎo)體激光器。4、機(jī)械調(diào)節(jié)支架（調(diào)節(jié)PSD傳感器與激光光斑位置）。5、振動(dòng)梁注：電路為調(diào)試中可增減部分。二、PSD傳感器位置測(cè)試實(shí)驗(yàn)：（1）將測(cè)微頭與梁邊

16、上的磁鐵吸合，調(diào)節(jié)測(cè)微頭來(lái)調(diào)整激光光源的上下位置。使光斑大約在PSD傳感器的中心點(diǎn)上。(2) 旋轉(zhuǎn)測(cè)微頭使光斑能在PSD傳感器有效而上移動(dòng)。(3) 接入15V電源，將PSD信號(hào)輸出端V0與數(shù)字電壓表Vi相聯(lián)，電壓表置 2V檔。(4) 調(diào)節(jié)測(cè)微頭，使電壓表指示為零。往上旋轉(zhuǎn)測(cè)微頭，每隔0.1mm或0.2mm 讀一次電壓表數(shù)值，并記入下表。所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：(5) 將測(cè)微頭回到零位，往下旋轉(zhuǎn)測(cè)微頭，同樣每隔0.1或0.2mm讀一次電壓 表數(shù)值并填入上表。(6) 作出X-V I11J線，計(jì)算系統(tǒng)靈敏度及分析誤差的來(lái)源。答：通過(guò)上表作出XV I11J線如下：通過(guò)擬合出來(lái)的直線為y=l. 5202x-5. 542。計(jì)算系統(tǒng)的靈敏度S：S=AV/AX(A V為輸出電壓平均變化量；AX位移平均變化量)，其靈敏度約為擬合 直線的斜率：即S二1.5202。計(jì)算其非線性誤差：8 f 1= A Vmax/ AyFSX100%,式 中A Vmax為輸出電壓值與擬合直線的最大電壓偏差量：A yF S為滿量程時(shí)電壓 輸出平均值。m imlfe ih I#lb “L|1|H 11NIwiirim inwA! ijWlKtTami101uMirmiQfllWIM IIA IJI (Mjam im，|Miaiiu im