光電檢測實驗報告

1、實驗三十光纖位移傳感器（半圓分部）的特性一、實驗目的：了解光纖位移傳感器的工作原理和性能。二、基本原理：本實驗采用的是導光型多模光纖，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傳遞發(fā)射光，另一束端部與光電 轉換器相接用來傳遞接收光，兩光纖束混合后的端部是工作端亦即探頭，當它與被 測體相距X時由光源發(fā)岀的光通過一束光纖射出后，經被測體反射由另一束光纖接 收，通過光電轉換器轉換成電壓，該電壓的大小與間距X有關，因此可用于測量位 移。三、需用器件與單元：光纖傳感器、光纖傳感器實驗模板、數顯單元、測微 頭、直流電源15V、鐵測片。四、實驗步驟：1、根據圖9-1安裝光纖位移傳感

2、器，二束光纖分別插入實驗板上光電變換座 內，其內部裝有發(fā)光管D及光電轉換管T。2、將光纖實驗模板輸出端V0與數顯單元相連，見圖9-2。3. 在測微頭頂端裝上鐵質圓片，作為反射面，調節(jié)測微頭使探頭與反射而輕 微接觸，數顯表置20V檔。4. 實驗模板接入15V電源，合上主控箱電源開關，調節(jié)RW2使數顯表顯示 為零。5、旋轉測微頭，使被測體離開探頭，每隔0. 1mm讀出數顯表顯示值，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據如下表所示: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通過上述的表格可以找出在X二65或者6. 6mm時輸出電壓才達到最大值為6. 78或者6. 79V,但當繼續(xù)尋找最小值的時候并沒有找到，輸出電壓隨著位移的增 大逐漸的減小，但是減小的幅度會漸漸的趨于平衡，在達到測微頭最大量程時還在 繼續(xù)的減小，因此并沒有找到最小的記錄。并認為X二4mm時為

4、最小的0。6、根據表9-1數據，作出光纖位移傳感器的位移特性圖，并加以分析、計算 出前坡和后坡的靈敏度及兩坡段的非線性誤差。答：利用excel對數據進行分析得光纖位移傳感器的位移特性圖如下所示：通過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的減小，減小的幅度較 小，并逐漸的趨于穩(wěn)定。通過圖形可以看出前坡的范圍窄，靈敏度高，線性好，適 用于測小位移和表而粗糙度。后坡的減弱與探頭和被測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據單獨拿出來

5、做處理同時去掉最前和最后 的值，同樣用excel的畫圖進行斜線的擬合得到如下的擬合直線，并顯示擬合的直 線表達式：前坡部分的位移特性圖如下所示：通過擬合出來的直線為y二3. 1022x-12. 934。計算前坡的靈敏度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據作為后坡的數據單獨拿出來做處理，擬合得到如下的I山線，并顯示擬合的I山線表達式，后坡部分的位移特性圖如下

7、所示：通過擬合出來的曲線為y二444. 488/（x2）2.63316o計算后坡的靈敏度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為滿量程時電壓輸出平均值（上圖的橫坐標表示X,縱坐標 表示V）。通過擬合出來的曲線得下表：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 購釬 渤)ou必朮 tujtt i.iuaf通過上表可以知道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：光纖位移傳感器測量位移時，對被測體的表面有些什么要求？答：被測物體表面盡量保持光滑，能夠使光準確的反射來減小漫反射。實驗三十一光纖傳感器測量振動實驗一、實驗目的：了解光纖位移傳感器動態(tài)特性。二、基本原理：利用光纖位移傳感器的位移特性，配以合適的測量電路即可 測量振動。三、需用器件與單元：光纖

10、位移傳感器、光纖位移傳感器實驗模板、振動梁 （2000型）或振動測量控制儀（9000型）、檢波/濾波/低通實驗模板、數顯頻率/轉速表。四、實驗步驟：1、將光纖傳感器按圖3-5安裝在振動臺上，并用手按壓振動臺，不能使差動 變壓器的活動桿有卡死的現(xiàn)象，否則必須調整安裝位置，光纖探頭對準振動臺的反 射面。2、根據實驗三十的結果，找出前坡或后坡的線性段中點，通過調節(jié)安裝支架 高度將光纖探頭與振動臺臺而的距離調整在線性段中點（大致目測）。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、在振動源上接入低頻振動信號（2000型），將頻率選擇在6-10HZ左右， 逐步增大輸出幅度，

11、注意不能使振動臺而碰到傳感器，觀察示波器的信號波形。保 持振動幅度不變，改變振動頻率觀察示波器的信號波形。答：示波器的信號波形是正弦波，當逐步增大輸出幅度時，示波器的信號波 形的幅度也是逐漸的增大，與輸出幅度成正比。當保持振動的幅度不變時，改變振 動頻率發(fā)現(xiàn)示波器的信號波形頻率逐漸的變小。5、根據實驗三十的數據，計算出梁的振動幅度有多大？答：由前波的位移特性圖可以知道，梁的振動幅度滿足正弦波，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、光纖三種傳器測量振動時的特點？答：電容式測量振動時實際上是變極距差動電容式位移傳感器，通過改變電 容值來表征振幅的變化，其可以測量微位移。電渦流測量振動頻率高于固有頻率的振動，他是通過在振動過程中產生的感 應電流即渦流，在渦流里產生的交變磁場中產生的感應電壓，其靈敏度低。光纖傳感器測量振動時，光纖本身只起到傳光的作用。實驗三十二光纖傳感器測量轉速實驗一、實驗目的：了解光纖位移傳感器用于測量轉速的方法。二、基本原理：利用光纖位移傳感器在被測物的反射光強弱明顯變化時所產 生的相應信號，經電路處理轉換成相應的脈沖信號即可測量轉速。三、需用器件與單元：光纖傳感器、光纖傳感器

13、實驗模板、直流源15V、轉 動源（2000型）或轉動測量控制儀（9000型）。四、實驗步驟:1、將光纖傳感器按實驗三十一圖3-5裝于傳感器支架上，使光纖探頭與電機 轉盤平臺上的反射點對準。2、按圖9-2接線，將光纖傳感器實驗模板輸出V01與數顯電壓表VI端相 接，接上實驗模板上15V電源，數顯電壓表置2V檔，并按以下步驟操作:用手 轉動圓盤，使探頭避開反射而，合上主控箱電源開關，調節(jié)RW使數顯表顯示接近 零（M0）。再用手轉動圓盤，使光纖探頭對準反射點，調節(jié)升降支架高低，使 數顯表指示最大，重復、步驟，直至兩者的電壓差值最大（差值需大于IV） o再將V01與轉速/頻率表的fin端相接，頻率/轉

14、速表開關撥到轉速檔。3、接入+2V-+24V直流電壓至旋轉電機，調節(jié)轉速旋鈕，使電機轉動，逐漸 加大轉速電壓，使電機轉速加快，固定某一轉速記下數顯表上讀數。答：固定在2135轉/分時的數顯表讀數為14. 58Vo注：最高轉速請不要超過2400轉/分，否則光纖探頭的動態(tài)響應范圍可能會 不夠。五、思考題：1、測量轉速時轉速盤上反射點的多少與測速精度有否影響？答：測量轉速時轉速盤上反射點的多少與測速精度有影響，反射點越少，測 數精度越低。2、你可以用實驗來驗證一下轉盤上僅一個反射點的情況嗎？答：計算在1分鐘時間內的脈沖數是否與轉速相等，如果相等，則轉盤上僅 有一個反射點。實驗四十二 PSD位置傳感器

15、位置測量實驗PSD位置傳感器是光電檢測器件，利用PSD的光電流可測量入射到其感光區(qū)域的光斑能量中心位置（一維），時間響應快，可應用于多種測量場合。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，經運算放 大器電流電壓變換，加減運算，（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：見圖121、PSD傳感器。2、電子處理模塊：I/V轉換加減電路除法器* 放大器（增益，調零）3、半導體激光器。4、機械調節(jié)支架（調節(jié)PSD傳感器與激光光斑位置）。5、振動梁注：電路為調試中可增減部分。二、PSD傳感器位置測試實驗：（1）將測微頭與梁邊

16、上的磁鐵吸合，調節(jié)測微頭來調整激光光源的上下位置。使光斑大約在PSD傳感器的中心點上。(2) 旋轉測微頭使光斑能在PSD傳感器有效而上移動。(3) 接入15V電源，將PSD信號輸出端V0與數字電壓表Vi相聯(lián)，電壓表置 2V檔。(4) 調節(jié)測微頭，使電壓表指示為零。往上旋轉測微頭，每隔0.1mm或0.2mm 讀一次電壓表數值，并記入下表。所得實驗數據如下：(5) 將測微頭回到零位，往下旋轉測微頭，同樣每隔0.1或0.2mm讀一次電壓 表數值并填入上表。(6) 作出X-V I11J線，計算系統(tǒng)靈敏度及分析誤差的來源。答：通過上表作出XV I11J線如下：通過擬合出來的直線為y=l. 5202x-5. 542。計算系統(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為滿量程時電壓 輸出平均值。m imlfe ih I#lb “L|1|H 11NIwiirim inwA! ijWlKtTami101uMirmiQfllWIM IIA IJI (Mjam im，|Miaiiu im