物理093班實(shí)驗(yàn)十

1、反射式光纖位移傳感器測(cè)距原理實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?1. 了解光纖傳輸?shù)幕驹?. 了解反射式光纖傳感器的一般原理結(jié)構(gòu)、性能3. 利用反射式光纖位移傳感器測(cè)量出光強(qiáng)隨位移變化的函數(shù)關(guān)系。實(shí)驗(yàn)原理：光導(dǎo)纖維與光纖傳感器的一般原理 圖光纖的基本結(jié)構(gòu) 光導(dǎo)纖維是利用光的完全內(nèi)反射原理傳輸光波的一種介質(zhì)。如圖所示，它是由高折射率的纖芯和包層所組成。包層的折射率小于纖芯的折射率，直徑大致為.。當(dāng)光線通過端面透入纖芯，在到達(dá)與包層的交界面時(shí)，由于光線的完全內(nèi)反射，光線反射回纖芯層。這樣經(jīng)過不斷的反射，光線就能沿著纖芯向前傳播。 由于外界因素（如溫度、壓力、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、振動(dòng)等）對(duì)光纖的作用，引起光波特性參量（如振

2、幅、相位、偏振態(tài)等）發(fā)生變化。因此人們只要測(cè)出這些參量隨外界因素的變化關(guān)系，就可以通過光特性參量的變化來檢測(cè)外界因素的變化，這就是光纖傳感器的基本工作原理。 反射式位移傳感器的結(jié)構(gòu)原理 反射式光纖位移傳感器是一種傳輸型光纖傳感器。其原理如圖所示：光纖采用型結(jié)構(gòu)，兩束多模光纖，一端合并組成光纖探頭，另一端分為兩支，分別作為光源光纖和接收光纖。光從光源耦合到光源光纖，通過光纖傳輸，射向反射片，再被反射到接收光纖，最后由光電轉(zhuǎn)換器接收，轉(zhuǎn)換器接受到的光源與反射體表面性質(zhì)、反射體到光纖探頭距離有關(guān)。當(dāng)反射表面位置確定后，接收到的反射光光強(qiáng)隨光纖探頭到反射體的距離的變化而變化。顯然，當(dāng)光纖探頭緊貼反射片

3、時(shí)，接收器接收到的光強(qiáng)為零。隨著光纖探頭離反射面距離的增加，接收到的光強(qiáng)逐漸增加，到達(dá)最大值點(diǎn)后又隨兩者的距離增加而減小。圖所示就是反射式光纖位移傳感器的輸出特性曲線，利用這條特性曲線可以通過對(duì)光強(qiáng)的檢測(cè)得到位移量。反射式光纖位移傳感器是一種非接觸式測(cè)量，具有探頭小，響應(yīng)速度快，測(cè)量線性化（在小位移范圍內(nèi)）等優(yōu)點(diǎn)，可在小位移范圍內(nèi)進(jìn)行高速位移檢測(cè)。 圖反射式位移傳感器原理 圖反射式光纖位移傳感器的輸出特性 實(shí)驗(yàn)儀器：SET-QX型光纖位移傳感器實(shí)驗(yàn)箱。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1. 觀察光纖結(jié)構(gòu)：光纖探頭為半圓型結(jié)構(gòu)，由數(shù)百根纖維組成，一半為光源光纖，一半為接收光纖。2. 裝上光纖探頭，探頭對(duì)準(zhǔn)反射片。3.

4、安裝好測(cè)微頭，將頂部的反射片擦拭干凈，測(cè)微頭旋至10mm左右，前后移動(dòng)測(cè)微頭使反射片距光纖位移傳感器約3mm，固定好測(cè)微頭。4. 如圖4，將發(fā)光二極管和光敏三極管連接到放大電路相應(yīng)的位置上，補(bǔ)償調(diào)零電位器也接入到電路中，將第二級(jí)可變?cè)鲆娣聪喾糯笃鞯妮敵龆薞O與數(shù)字電壓表相連，數(shù)字電壓表置20V檔，打開傳感器電源開關(guān)。圖45. 旋轉(zhuǎn)測(cè)微頭使反射片貼緊光纖傳感器端面，調(diào)節(jié)“增益”電位器適中，調(diào)節(jié)補(bǔ)償調(diào)零電位器使數(shù)字電壓表指示為零（粗調(diào)）。6. 減小數(shù)字電壓表量程（2V/200mV），調(diào)節(jié)補(bǔ)償調(diào)零電位器，進(jìn)一步使數(shù)字電壓表指示為零（細(xì)調(diào)），結(jié)果是X=0，V=0。7. 旋轉(zhuǎn)千分尺，使光纖探頭端面緊貼反

5、射面，此時(shí)輸出電壓最小(一般為零)。8. 電壓表打到20v檔，旋轉(zhuǎn)千分尺，使反射面離開探頭，每隔0.1mm讀取一電壓值，填入表1。9. 據(jù)表1數(shù)據(jù)，做出光纖位移傳感器的位移特性圖（X-V坐標(biāo)圖），計(jì)算靈敏度S=V/X及線性范圍。數(shù)據(jù)記錄與數(shù)據(jù)處理表1 光纖位移傳感器的位移特性數(shù)據(jù)X(mm) 0.10.2 0.30.40.5 V0020.050.080.110.14X(mm) 0.60.70.80.91.0V0.180.210.0250280.30X(mm) 1.1.2 1.31.41.5 V0.320.340.350.360.37X(mm) 1.61.71.81.92.0V0.370.370.

6、390.380.37X(mm) 2.12.2 2.32.42.5 V0.350.340.320.310.29X(mm) 2.62.72.82.93.0V0.270.250.240.220.20X(mm) 3.13.2 3.33.43.5 V0.190.170.160.140.13X(mm) 3.63.73.83.94.0V0.120.110.100.090.08X(mm) 4.14.2 4.34.44.5 V0.080.070.060.060.05X(mm) 4.64.74.84.95.0V0.050.040.040.040.03X(mm) 5.15.2 5.35.45.5 V0.030.030.030.020.02X(mm) 5.65.75.85.96.0V0.020.020.020.010.01X(mm) 6.16.2 6.36.46.5 V0.010.010.010.01圖1-1 X-V坐標(biāo)圖思考題：1 光纖位移傳感器測(cè)量位移時(shí)，對(duì)被測(cè)體表面有什么要求？答：表面要干凈沒有污點(diǎn)，而且光潔度要好。拒絕黑色表面。2.利用本實(shí)驗(yàn)所用光纖傳感器能否設(shè)計(jì)出轉(zhuǎn)速測(cè)量儀？答：可以利用本實(shí)驗(yàn)所用光纖傳感器可以設(shè)計(jì)出轉(zhuǎn)速測(cè)量儀。因?yàn)檩敵鲭妷号c光纖探頭到反射面的距離有