光纖傳感器位移特性實(shí)驗(yàn)

黑龍江科技學(xué)院綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱： 光纖傳感器位移特性實(shí)驗(yàn)所屬課程名稱： 傳感器工程實(shí)踐實(shí)驗(yàn)日期： 2013年月日TOC\o"1-5"\h\z班 級(jí)學(xué) 號(hào)姓 名成 績(jī)電氣與控制工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)概述：【實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙蟆俊緦?shí)驗(yàn)?zāi)康摹?、 通過(guò)實(shí)驗(yàn)使學(xué)生掌握各種傳感器的工作原理；2、 掌握傳感器的特性測(cè)試方法；3、 掌握傳感器的特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法；4、 培養(yǎng)和提高學(xué)生傳感器特性測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)和分析的能力；5、 通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)擴(kuò)大學(xué)生知識(shí)面，為今后的研究和技術(shù)工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)?！驹O(shè)計(jì)要求】

1、 掌握傳感器的工作原理、測(cè)量電路的原理；2、 通過(guò)傳感器特性系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，多方面知識(shí)綜合應(yīng)用，全面提高能力;3、 為今后從事傳感器工程方面的工作打下基礎(chǔ)?！緦?shí)驗(yàn)原理】1、傳感器特性測(cè)試系統(tǒng)框圖：2、敏感元件直錢位移我行器傳感器測(cè)量電路原理圖:2、敏感元件直錢位移我行器傳感器測(cè)量電路原理圖:3、傳感器特性測(cè)試系統(tǒng)的工作原理本實(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)出的光通過(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)，因此光纖傳感器可用于測(cè)量位移?！緦?shí)驗(yàn)環(huán)境】（使用的軟件）工具：直線位移執(zhí)行器、光纖傳感器、光纖傳感器測(cè)量系統(tǒng)、數(shù)字電壓表、測(cè)微頭軟件：特性軟件SET2003實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：【實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)】設(shè)計(jì)要點(diǎn)：光纖傳感器是一種把被測(cè)量的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y(cè)的光信號(hào)的裝置。由光發(fā)送器發(fā)出的光經(jīng)源光纖引導(dǎo)至敏感元件。這時(shí)，光的某一性質(zhì)受到被測(cè)量的調(diào)制，己調(diào)光經(jīng)接收光纖耦合到光接收器，使光信號(hào)變?yōu)殡娦盘?hào)，最后經(jīng)信號(hào)處理得到所期待的被測(cè)量。在光纖傳感器特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1） 光纖位移傳感器具有前坡（0—最大），后坡（最大一最?。┑脑驾敵鎏匦?。2） 外界光對(duì)測(cè)量具有一定影響，操作時(shí)應(yīng)避免人員走動(dòng)產(chǎn)生的光干擾。3） 光纖位移傳感器離散性較大，輸出特性可能是唯一的。4） 電壓表分辨率為1/1999，即0.5/1000，并存在“±1”個(gè)字的量化誤差，在系統(tǒng)精度范圍外的數(shù)字跳動(dòng)屬正?，F(xiàn)象。5） 調(diào)零時(shí)數(shù)顯電壓表需從20V檔逐步減檔。6） 實(shí)驗(yàn)之前應(yīng)關(guān)閉所有未用單元的電源，避免干擾。7） 測(cè)微頭的讀數(shù)和實(shí)際位移之間的關(guān)系為：實(shí)際位移=15mm-測(cè)微頭讀數(shù)（測(cè)微頭初始刻度旋在15mm處），記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果時(shí)填實(shí)際位移值。8） 測(cè)微頭要正確讀數(shù)，避免機(jī)械間隙誤差，測(cè)微頭分辨力為0.01mm。9） 插計(jì)算機(jī)通訊線時(shí)注意對(duì)正小方形口。10） 記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)反復(fù)測(cè)量幾次取平均值作為結(jié)果，以得到更為準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。11） 傳感器安裝時(shí)探頭應(yīng)安裝在連接桿上，連接桿插入直線位移執(zhí)行器右邊靠里的支架內(nèi)，探頭應(yīng)對(duì)準(zhǔn)并頂住直線位移執(zhí)行器圓盤上的小圓片。12） 實(shí)驗(yàn)之前光纖傳感器測(cè)量系統(tǒng)的增益應(yīng)大小適中，應(yīng)使位移執(zhí)行器全范圍移動(dòng)時(shí)傳感器及測(cè)量系統(tǒng)的輸出在5V左右。設(shè)計(jì)方案：在本次試驗(yàn)中用到了光的反射、全反射。當(dāng)光射到金屬磁鋼的表面時(shí)，發(fā)生反射，在光纖中傳輸?shù)臅r(shí)候，發(fā)生全反射。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，位移是直線位移執(zhí)行器光纖傳感器之間的距離，位移的變化是通過(guò)測(cè)微頭頂著直線位移執(zhí)行器的圓盤進(jìn)行移動(dòng)而產(chǎn)生的。由于位移的變化是傳感器的接受端光強(qiáng)發(fā)生變化。應(yīng)用的光纖傳感器特性測(cè)量系統(tǒng)主要分為兩部分，前部分提供光源，中間是光纖接入部分,后部分將反射回來(lái)的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并經(jīng)過(guò)放大電路從V0端輸出。從V0傳出的電信號(hào)可以通入電壓表，進(jìn)行讀數(shù)。也可以通過(guò)特性軟件進(jìn)行測(cè)量?！緦?shí)驗(yàn)過(guò)程】（實(shí)驗(yàn)步驟、記錄、數(shù)據(jù)、分析）（一） 采用電壓表記數(shù)：1） 在直線位移執(zhí)行器圓盤右邊靠外邊的支架安裝上測(cè)微頭。測(cè)微頭刻度旋在20mm處，并輕輕頂住直線位移執(zhí)行器圓盤（使執(zhí)行器為零位移），擰緊測(cè)量架頂部的固定鏢釘。2） 在直線位移執(zhí)行器圓盤上的小圓片上吸附一圓形磁鋼，紅點(diǎn)向外。3） 安裝光纖傳感器，光纖傳感器探頭安裝在連接桿上，連接桿插入直線位移執(zhí)行器右邊靠里的支架內(nèi)，探頭對(duì)準(zhǔn)并頂住直線位移執(zhí)行器圓盤上的小圓片。光纖傳感器引線插入實(shí)踐臺(tái)面上的“光纖”插座中，將光纖傳感器的兩束光纖插入“光纖插入”口中，探頭對(duì)準(zhǔn)并頂住圓盤上的小圓片，擰緊測(cè)量架頂部的固定鏢釘。4） 抬起通用放大器（II）S7開關(guān)，S5開關(guān)置光纖位移傳感器位，通用放大器（II）的輸出接數(shù)顯電壓表，打開通用放大器（II）電源。5） 光纖傳感器測(cè)量系統(tǒng)調(diào)零：在保證光纖傳感器探頭緊貼在直線位移執(zhí)行器圓盤上的小圓片的條件下，調(diào)節(jié)光纖傳感器測(cè)量系統(tǒng)上的調(diào)零旋鈕，使電壓表示數(shù)為零。6） 用測(cè)微頭向左推直線位移執(zhí)行器圓盤，電壓表示值最大處停下，調(diào)節(jié)光纖傳感器測(cè)量系統(tǒng)上的增益旋鈕。使電壓表示值在5V左右。7） 向里旋轉(zhuǎn)測(cè)微頭，每轉(zhuǎn)動(dòng)0.5mm（測(cè)微頭旋轉(zhuǎn)一圈）記下數(shù)字電壓表讀數(shù)，電壓表示值由小變大，又由大變小，直到數(shù)字電壓表讀數(shù)最后接近零時(shí)停止記數(shù)，并填入表中。（二） 用特性實(shí)驗(yàn)軟件SET2003操作：1） 實(shí)驗(yàn)步驟同前（一）中1）至6）。2） 光纖傳感器測(cè)量系統(tǒng)的輸出用軟線接到計(jì)算機(jī)通迅口CH1或CH2，計(jì)算機(jī)通信線接到特性插口，打開計(jì)算機(jī)通訊口電源。3） 啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，在桌面上雙擊SET2003圖標(biāo)進(jìn)入特性軟件操作界面。進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)置（實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ竭x擇單向單步；每格數(shù)值選擇0.5；被測(cè)量綱選擇mm）。其中對(duì)應(yīng)信號(hào)接到計(jì)算機(jī)通迅口CH1或CH2，選擇測(cè)量通道為A或B。4） 向里旋轉(zhuǎn)測(cè)微頭，每轉(zhuǎn)動(dòng)0.5mm按一次操作界面上的測(cè)量按鈕，界面上曲線框中各個(gè)測(cè)量點(diǎn)被自動(dòng)連成一條平滑的曲線，界面上同時(shí)顯示當(dāng)前的測(cè)量電壓值。把實(shí)際位移和界面上顯示的電壓值記錄在表中，并與用電壓表表所測(cè)值比較?！窘Y(jié)論】（結(jié)果）、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)位移（mm）0.51.01.52.02.53.03.54.04.55.0電壓（V）00.101.393.454.854.863.922.851.971.36Set2003（V）0.020.111.433.464.864.893.952.881.991.37二、依據(jù)實(shí)驗(yàn)一的數(shù)據(jù)畫出的特性曲線:三、誤差分析：1）線性起點(diǎn)X0:X0=1.02）線性范圍:(1,0.1)到(2.5,4.85)求靈敏度：取位移1--2.5為上坡的線性段，以(1,0.1)與(2.5,4.85)為端點(diǎn)做直線,靈敏度K=(4.85-0.1)/(2.5-1)=3.17求非線性誤差：非線性誤差通常用相對(duì)誤差YL表示：YL二土(△Lmax/yFS)X100%,△Lmax—最大非線性誤差；yFS一量程輸出。上坡的非線性誤差為：(0.295/4.75)*100%=±6.2%【小結(jié)】在這次的傳感器實(shí)驗(yàn)中，我對(duì)集成溫度傳感器、霍爾傳感器、壓阻式壓力傳感器、光纖傳感器等傳感器的工作原理與具體使用方法有了一定的了解，在實(shí)踐中，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)電路的分析和連接大大提到了我的動(dòng)腦和動(dòng)手能力，雖然在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中遇到了很多問題，但在同學(xué)的討論和老師的解答下都很快解決了，不但使我對(duì)實(shí)