1、光纖位移傳感器實驗 一、實驗目的1、了解光纖位移傳感器工作原理及其特性；2、了解并掌握光纖位移傳感器測量位移的方法。二、實驗內容1、光纖位移傳感器輸出信號處理實驗；2、光纖位移傳感器輸出信號誤差補償實驗；3、光纖位移傳感器測距原理實驗；4、利用光纖位移傳感器測量出光強隨位移變化的函數關系；5、實驗誤差測量。三、實驗儀器1、光線位移傳感器實驗儀 1臺2、反射式光纖 1根3、對射式光纖 2根4、連接導線 若干5、電源線 1根四、實驗原理 本實驗儀通過光纖位移傳感器位移測量實驗，熟悉光纖結構特點及光纖數值孔徑的定義，掌握光纖位移的測量原理，熟悉光路調整方法。 本實驗儀可以完成反射式和對射式光纖位移傳

2、感器實驗，重點研究光纖位移傳感器的工作原理及其應用電路設計。 通常按光纖在傳感器中所起的作用不同，將光纖傳感器分成功能型(或稱為傳感型)和非功能型(傳光型、結構型)兩大類。功能型光纖傳感器使用單模光纖，它在傳感器中不僅起傳導光的作用，而且又是傳感器的敏感元件。但這類傳感器大制造上技術難度較大，結構比較復雜，且調試困難。 非功能型光纖傳感器中，光纖本身只起傳光作用，并不是傳感器的敏感元件。它是利用在光纖端面或在兩根光纖中間放置光學材料、機械式或光學式的敏感元件感受被測物理量的變化，使透射光或反射光強度隨之發生變化。所以這種傳感器也叫傳輸回路型光纖傳感器。它的工作原理是：光纖把測量對象輻射的光信號

3、或測量對象反射、散射的光信號直接傳導到光電元件上，實現對被測物理量的檢測。為了得到較大的受光量和傳輸光的功率，這種傳感器所使用的光纖主要是孔徑大的階躍型多模光纖。該光纖傳感器的特點是結構簡單、可靠，技術上容易實現，便于推廣應用，但靈敏度較低，測量精度也不高光纖位移傳感器實位移測量器件，利用光纖傳輸光信號的功能，根據檢測到的反射光的強度來測量被測反射表面的距離。 光纖位移傳感器屬于非功能型光纖傳感器。 相關參數： 1、光源： 高亮度白光LED，直徑5mm 2、探測器： 高靈敏度光敏三極管 3、反射式光纖位移傳感器光纖芯直徑：1+O26516長度：50mm檢出距離：50mm最小檢出距離：001mm

4、4、對射式光纖位移傳感器光纖芯直徑： 1長度：50mm檢出距離：50mm最小檢出距離：00lmm5、二維調節支架13mm移動距離，分辨率001mm5、電壓表(實驗箱集成)200mV、2V、20V三檔可調光纖位移傳感器位移測量原理 1如圖是反射式線性位移測量裝置光從光源耦合到輸入光纖射向被測物體，再被反射回另一光纖，由探測器接收。設兩根光纖的距離為d，每根光纖的直徑為2a，數值孔徑為N，如圖所示，這時 tg=d2b由于=sin-1N，所以式可以寫為b=d2tg（sin-1N） 很顯然，當b d2tg(sin-1N)時，即接收光纖位于光纖像的光錐之外。兩光纖的耦合為零，無反射進入接收光纖；當bd2

5、tg(sin_1)時，即接收光纖位于光錐之內，兩光纖耦合最強，接收光纖達到最大值。d的最大檢測范圍為atg(sin-1N)。 如果要定量的計算光耦合系數，就必須計算出輸入光纖像的發光錐體與接收光纖端面的交疊面積，如圖所示，由于接收光纖芯徑很小，常常把光錐邊緣與接收光纖芯交界弧線看成是直線。通過對交疊面簡單的幾何分析，不難得到交疊面積與光纖端面積之比。即 =1cos-11-（1-）sin（1-） 本實驗采用的傳光型光纖，它由兩束光纖混合后組成，兩光束混合后的端部是工作端亦稱探頭，它與被測體相距X，由光源發出的光傳到端部出射后再經被測體反射回來，由另一束光纖接收光信號經光電轉換器轉換成電量，而光電

6、轉換器的電量大小與間距X有關，因此可用于測量位移。 2對射式光纖測距采用兩根光纖，一根用于將光源發出的光傳導發射，另一根用于接收發射光傳導給探測器。當兩根光纖發射面與接收面距離改變時，探測器探測到的光強度會發生變化，從而起到測量位移的作用。兩根光纖完全相同，既可以做發射光纖也可以做接收光纖。五、注意事項1、不得隨意搖動和插拔面板上元器件和芯片，以免損壞，造成實驗儀不能正常工作。2、不要光纖傳感器彎曲半徑不得小于3cm，以免折斷。3、在使用過程中，出現任何異常情況，必須立即關機斷電以確保安全。六、實驗操作1)光學系統組裝調試實驗1、安裝對射式光纖傳感裝置。二維平移臺由兩個一維平移臺組成，其中每個

7、一維平移臺上面有五個固定螺孔，將其中一個連接桿架固定在左邊平移臺上靠右的螺孔上，另一個連接桿架固定在右邊平移臺上靠左的螺孔上，這樣兩個桿架相隔最近。注意：安裝第二個桿架需要取下桿架上面的緊固螺釘，否則沖突不能安裝。 對射式光纖傳感器為兩根單獨的光纖，各自通過連接桿，插入連接桿架，通過桿架上面的緊固螺釘固定，并通過調節上下位置，保證光纖發射面和另一根光纖接收面在同一水平面上。二束光纖分別插入實驗儀左側發射和接收端。發射和接收孔內已和發光二極管及光電探測器相接。2、調節左邊位移臺上測微絲桿，使兩根光纖端面同軸心。調節右邊位移臺上測微絲桿，使兩根光纖端面剛好接觸。3、將發射和接收部分的測試孔用導線按

8、顏色對應接入電路上發射、接收端測試孔；探測器輸出信號處理電路不接調零電路，即綠色測試孔和其下方黑色測試孔(系統地)用導線連接。輸出端(Uo)及其下方測試孔(系統地)按照顏色對應接入電壓表輸入端“+”、“-”，電壓表選擇20V檔。4、打開電源開關，調節右邊平移臺上測微絲桿使兩根光纖傳感器端面離開，觀察電壓表顯示變化，對射式光纖傳感系統組裝完成。學習通過調節位移臺控制兩根光纖端面的對準及橫向和縱向偏離。5、關閉電源，取下兩根光纖，連接桿取下。6、安裝反射式光纖傳感裝置。 反射式光纖傳感器上光纖為二束，其中一束由單根光纖組成，實驗時對應插入發射孔；另一束由16根光纖組成，實驗時對應插入接收孔。通過連

9、接桿，插入連接桿架。平面反射鏡通過另一根連接桿接入另一個連接桿架，通過調節上下位置，保證光纖發射面和平面反射鏡中心在同一水平面上，銅鼓桿架上面的緊固螺釘固定反射式光纖和平面反射鏡。7、調節左邊位移臺上測微絲桿，使光纖端面與平面反射鏡同軸心。調節右邊位移臺上測微絲桿，使光纖端面與平面反射鏡剛好接觸。8、打開電源開關，調節右邊平移臺上測微絲桿使兩根光纖傳感器端面離開，觀察電壓表顯示變化，反射式光纖傳感系統組裝完成。9、關閉電源。如果繼續進行下面的實驗光纖位移裝置和連線可不拆除。2)發光二極管驅動及探測器接收實驗l、安裝光纖位移傳感實驗裝置以及連線請參照實驗1)的步驟。對射式和反射式任選一種即可。2

10、、打開電源開關，取出發射端光纖，觀察發光二極管發光，發光二極管發出的光很耀眼，不要用眼直視。慢慢插入發射端光纖到底，插入過程智能光觀察電壓表變化，并分析變化原因。3、電壓表選擇20V檔，電路輸出端(Uo)連線拆掉，對應接入發射測試孔兩端(紅借藍、黑接黑)，電壓表顯示值即為發光二極管工作電壓。根據實驗儀面板上發光二極管驅動電路圖示分析發光二極管驅動原理。4、電壓表選擇200mV檔，電路輸出端(Uo)及其下方測試孔(系統地)按照顏色對應接入電壓表輸入端“+”、“-”。調節螺旋測微絲桿，觀察電壓表顯示變化。根據實驗儀面板上探測器接收電路圖示，分析光電探測器使用原理。5、關閉電源。拆除所有連線，如果繼

11、續進行下面的實驗，可不拆除光纖位移裝置。3)光纖位移傳感器輸出信號處理實驗1、安裝光纖位移傳感實驗裝置以及連線請參照實驗1)的步驟。對射式和反射式任選一種即可。 2、將發射和接收部分的測試孔用導線按顏色對應接入電路上發射、接收端測試孔；探測器輸出信號處理電路不接調零電路，即綠色測試孔和其下方黑色測試孔(系統地)用導線連接。輸出端(Uo)及其下方測試孔(系統地)按照顏色對應接入電壓表輸入端“+”、“-”，電壓表選擇2V檔。3、打開電源開關，調節螺旋測微絲桿，調節增益調節旋鈕，觀察電壓表顯示變化。根據實驗儀上面探測器放大電路圖示分析放大電路工作原理。4、關閉電源。拆除所有連線，如果繼續進行下面的實

12、驗，可不拆除光纖位移裝置。4)光纖位移傳感器輸出信號誤差補償實驗1、安裝光纖位移傳感實驗裝置以及連線請參照實驗1)的步驟。對射式和反射式任選一種即可。2、將發射和接收部分的測試孔用導線按顏色對應接入電路上發射、接收端測試孔；探測器輸出信號處理電路不接調零電路，即綠色測試孔和其下方黑色測試孔(系統地)用導線連接。輸出端(uo)及其下方測試孔(系統地)按照顏色對應接入電壓表輸入端“+”、“”，電壓表選擇2V檔。3、將接收光纖從接收孔中拔出，并用手指封住接收孔。4、打開電源開關，觀察電壓表顯示值，并分析原因。5、關閉電源。增加補償調零電路。綠色測試孔與黑色測試孔的連線拆除，補償調零調節旋鈕的測試孔按

13、照顏色對應接入電路中測試孔(黃接黃、綠接綠、藍接藍)。6、打開電源，用手封住接收孔，調節補償調零旋鈕，將電壓表顯示值調節為零。分析不成調零電路原理及其好處。7、關閉電源。拆除光纖位移裝置及連線。5)光纖位移傳感器測距原理實驗(對射式)1、參照實驗1)步驟安裝對射式光纖傳感器實驗裝置。2、將發射和接收部分的測試孔用導線按顏色對應接入電路上發射、接收端測試孔；探測器輸出信號處理電路接上調零電路。3、調節位移臺，使兩根光纖端面同軸心并接觸。此時探測器輸出電壓最大。4、打開電源開關，調節平移臺使兩根光纖端面漸漸離開，每隔01mm讀出數顯表值，記錄40組數據。5、根據記錄數據繪制曲線。6、分析。7、關閉電源。拆除所有連線和光纖位移裝置。6)光纖位移傳感器測距原理實驗(反射式)1、參照實驗1)步驟安裝反射式光纖傳感器實驗裝置。2、將發射和接收部分的測試孔用導線按顏色對應接入電路上發射、接收端測試孔；探測器輸出信號處理電