實驗10-光纖位移傳感器實驗(鐘鵬)

1、實驗十 反射式光纖位移傳感器測距原理實驗實驗目的： 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構、性能3. 利用反射式光纖位移傳感器測量出光強隨位移變化的函數(shù)關系。實驗原理：光導纖維與光纖傳感器的一般原理 圖光纖的基本結構 光導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.。當光線通過端面透入纖芯，在到達與包層的交界面時，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、磁場、振動等）對光纖的作用，引起光波特性參

2、量（如振幅、相位、偏振態(tài)等）發(fā)生變化。因此人們只要測出這些參量隨外界因素的變化關系，就可以通過光特性參量的變化來檢測外界因素的變化，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構原理 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：光纖采用型結構，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。當反射表面位置確定后，接收到的反射光光強隨光纖探頭到反射體的距離的變化而變化。顯然，當光纖探頭緊

3、貼反射片時，接收器接收到的光強為零。隨著光纖探頭離反射面距離的增加，接收到的光強逐漸增加，到達最大值點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光強的檢測得到位移量。反射式光纖位移傳感器是一種非接觸式測量，具有探頭小，響應速度快，測量線性化（在小位移范圍內(nèi)）等優(yōu)點，可在小位移范圍內(nèi)進行高速位移檢測。 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 實驗儀器：SET-QX型光纖位移傳感器實驗箱。實驗內(nèi)容：1. 觀察光纖結構：光纖探頭為半圓型結構，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，探頭對準反射片

4、。3. 安裝好測微頭，將頂部的反射片擦拭干凈，測微頭旋至10mm左右，前后移動測微頭使反射片距光纖位移傳感器約3mm，固定好測微頭。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的位置上，補償調(diào)零電位器也接入到電路中，將第二級可變增益反相放大器的輸出端VO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。圖45. 旋轉(zhuǎn)測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)補償調(diào)零電位器，進一步使數(shù)字電壓表指示為零（細調(diào)），結果是X=0，V=0。7. 旋轉(zhuǎn)千分尺，使光纖探頭端

5、面緊貼反射面，此時輸出電壓最小(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坐標圖），計算靈敏度S=V/X及線性范圍。表1：X(mm) 0.10.2 0.30.40.5 V0.0080.0130.0180.0230.027X(mm) 0.60.70.80.91.0V0.0310.0350.0390.0420.045X(mm) 1.1.2 1.31.41.5 V0.0480.0510.0530.0550.057X(mm) 1.61.71.81.92.0V0.0570.0580.0

6、590.060.061X(mm) 2.12.2 2.32.42.5 V0.0630.0620.0620.0610.061X(mm) 2.62.72.82.93.0V0.0600.0600.00590.0580.057X(mm) 3.13.2 3.33.43.5 V0.0560.0550.0540.0530.052X(mm) 3.63.73.83.94.0V0.050.0490.0480.0470.046X(mm) 4.14.2 4.34.44.5 V0.0440.0430.0420.0410.040X(mm) 4.64.74.84.95.0V0.0390.0370.0360.0350.034X

7、(mm) 5.15.2 5.35.45.5 V0.0330.0320.0320.0310.030X(mm) 5.65.75.85.96.0V0.0290.0280.0270.0260.025X(mm) 6.16.2 6.36.46.5 V0.0240.0240.0230.0220.022X(mm) 6.66.76.86.97.0V0.0210.0200.0200.0190.019X(mm) 7.17.2 7.37.47.5 V0.0180.0170.0170.0160.016X(mm) 7.67.77.87.98.0V0.0150.0150.0140.0140.013X(mm) 8.18.2

8、8.38.48.5 V0.0130.0120.0120.0120.012X(mm) 8.68.78.88.99.0V0.0110.0110.0100.0100.010X(mm) 9.19.2 9.39.49.5 V0.0090.0090.0090.0080.008X(mm) 9.69.79.89.910.0V0.0070.0070.0070.0070.006思考題：1 光纖位移傳感器測量位移時，對被測體表面有什么要求？2 利用本實驗所用光纖傳感器能否設計出轉(zhuǎn)速測量儀？注意事項：1 實驗時請保持反射面的清潔和與光纖探頭端面的垂直度。 2 工作時光纖端面不宜長時間直接照射強光，以免內(nèi)部電路受損。 3 注意背景光對實驗的影響，實驗