光纖位移傳感器實(shí)驗(yàn)

1、光纖位移傳感器實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、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(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、光纖位移傳感器輸出信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)；2、光纖位移傳感器輸出信號(hào)誤差補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)；3、光纖位移傳感器測距原理實(shí)驗(yàn)；4、利用光纖位移傳感器測量出光強(qiáng)隨位移變化的函數(shù)關(guān)系;5、實(shí)驗(yàn)誤差測量。三、實(shí)驗(yàn)儀器1、光線位移傳感器實(shí)驗(yàn)儀1臺(tái)2、反射式光纖1根3、對(duì)射式光纖2根4、連接導(dǎo)線若干5、電源線1根四、實(shí)驗(yàn)原理本實(shí)驗(yàn)儀通過光纖位移傳感器位移測量實(shí)驗(yàn)，熟悉光纖結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及光纖數(shù)值孔徑的定義，掌握光纖 位移的測量原理，熟悉光路調(diào)整方法。木實(shí)驗(yàn)儀可以完成反射式和對(duì)射式光纖位移傳感器實(shí)驗(yàn)，重點(diǎn)

2、研究光纖位移傳感器的工作原理 及其應(yīng)用電路設(shè)計(jì)。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稱為傳感（或型）和非功能型（傳光型、結(jié)構(gòu)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(dǎo)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(shù)難度較 大，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，且調(diào)試?yán)щy。非功能型光纖傳感器中，光纖木身只起傳光作用，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(xué)材料、機(jī)械式或光學(xué)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(qiáng)度隨之發(fā)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(duì)象輻射的光信號(hào)或測量

3、對(duì)象反射、散射的光信號(hào)直接傳導(dǎo)到光電元件上，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、可靠，技術(shù)上容易實(shí)現(xiàn)，便于推廣應(yīng)用，但靈敏度較低， 測量精度也不高光纖位移傳感器實(shí)位移測量器件，利用光纖傳輸光信號(hào)的功能，根據(jù)檢測到的反射 光的強(qiáng)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(guān)參數(shù)：1、光源：2、探測器:高亮度口光LED,直徑5mm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+0. 265X 16長度：50mm檢岀距離：50mm最小檢出距離：0. 01mm

4、4、對(duì)射式光纖位移傳感器光纖芯直徑：1長度：50mm檢岀距離：50mm最小檢岀距離：0. 01mm5、二維調(diào)節(jié)支架13mm移動(dòng)距離，分辨率0. 01mm5、電壓表（實(shí)驗(yàn)箱集成）200mV、2V、20V三檔可調(diào)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澹0輸入光纖輸出光纖0探測器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(shè)兩根光纖的距離為d,每根光纖的直徑為2a,數(shù)值孔徑為N,如圖所示，這時(shí)由于二 sin N,所以式可以寫為2tg (sin N)很顯然，當(dāng) bi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(jìn)入接收光纖；當(dāng)bd/ 2tg(

5、sin_l IV)時(shí)，即接收光纖位于光錐之內(nèi)，兩光纖耦合最強(qiáng)，接收光纖達(dá)到最大值。d的最大檢測范圍為a/tg(gn N) o如果要定量的計(jì)算光耦合系數(shù)，就必須計(jì)算出輸入光纖像的發(fā)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(duì) 交疊而簡單的幾何分析，不難得到交疊面積與光纖端面積之比。即a = -cos_1 (1-)- (1-) sin (1-it aJact輸出光纖係11 木實(shí)驗(yàn)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(fā)出的光傳到端部出射后再經(jīng)被測體反射回來，由

6、另一束光纖接收光信號(hào)經(jīng)光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成電量，而光電轉(zhuǎn)換器的電量大 小與間距X有關(guān)，因此可用于測量位移。2 對(duì)射式光纖測距采用兩根光纖，一根用于將光源發(fā)出的光傳導(dǎo)發(fā)射，另一根用于接收發(fā)射光 傳導(dǎo)給探測器。當(dāng)兩根光纖發(fā)射而與接收面距離改變時(shí)，探測器探測到的光強(qiáng)度會(huì)發(fā)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(fā)射光纖也可以做接收光纖。五、注意事項(xiàng)1、不得隨意搖動(dòng)和插拔面板上元器件和芯片，以免損壞，造成實(shí)驗(yàn)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(xiàn)任何異常情況，必須立即關(guān)機(jī)斷電以確保安全。六、實(shí)驗(yàn)操作1）光學(xué)系統(tǒng)組裝調(diào)試實(shí)驗(yàn)1、安裝對(duì)射

7、式光纖傳感裝置。二維平移臺(tái)由兩個(gè)一維平移臺(tái)組成，其中每個(gè)一維平移臺(tái)上而有五個(gè) 固定螺孔，將其中一個(gè)連接桿架固定在左邊平移臺(tái)上靠右的螺孔上，另一個(gè)連接桿架固定在右邊平移 臺(tái)上靠左的螺孔上，這樣兩個(gè)桿架相隔最近。注意：安裝第二個(gè)桿架需要取下桿架上面的緊固螺釘， 否則沖突不能安裝。對(duì)射式光纖傳感器為兩根單獨(dú)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(diào)節(jié)上下位置，保證光纖發(fā)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(shí)驗(yàn)儀左側(cè)發(fā)射和接收端。發(fā)射和接收孔內(nèi)己和發(fā)光二極管及光電探測器相接。2、調(diào)節(jié)左邊位移臺(tái)上測微絲桿，使兩根光纖端面同軸心。調(diào)節(jié)右邊位移臺(tái)上測微絲

8、桿，使兩根光纖 端面剛好接觸。3、將發(fā)射和接收部分的測試孔用導(dǎo)線按顏色對(duì)應(yīng)接入電路上發(fā)射、接收端測試孔；探測器輸出信號(hào) 處理電路不接調(diào)零電路，即綠色測試孔和其下方黑色測試孔（系統(tǒng)地）用導(dǎo)線連接。輸出端（Uo） 及其下方測試孔（系統(tǒng)地）按 照顏色對(duì)應(yīng)接入電壓表輸入端“ +”、“-”，電壓表選擇20V檔。4、打開電源開關(guān)，調(diào)節(jié)右邊平移臺(tái)上測微絲桿使兩根光纖傳感器端而離開，觀察電壓表顯示變化， 對(duì)射式光纖傳感系統(tǒng)組裝完成。學(xué)習(xí)通過調(diào)節(jié)位移臺(tái)控制兩根光纖端面的對(duì)準(zhǔn)及橫向和縱向偏離。5、關(guān)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，

9、實(shí)驗(yàn)時(shí)對(duì)應(yīng) 插入發(fā)射孔；另一束由 16根光纖組成，實(shí)驗(yàn)時(shí)對(duì)應(yīng)插入接收孔。通過連接桿，插入連接桿架。平面反射鏡通過另一根連接 桿接入另一個(gè)連接桿架，通過調(diào)節(jié)上下位置，保證光纖發(fā)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(diào)節(jié)左邊位移臺(tái)上測微絲桿，使光纖端而與平而反射鏡同軸心。調(diào)節(jié)右邊位移臺(tái)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(guān)，調(diào)節(jié)右邊平移臺(tái)上測微絲桿使兩根光纖傳感器端而離開，觀察電壓表顯示變化， 反射式光纖傳感系統(tǒng)組裝完成。9、關(guān)閉電源。如果繼續(xù)進(jìn)行下面的實(shí)驗(yàn)光纖位移裝置和連線可不拆除。2）發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)及探測器接收實(shí)驗(yàn)1

10、、安裝光纖位移傳感實(shí)驗(yàn)裝置以及連線請參照實(shí)驗(yàn)1）的步驟。對(duì)射式和反射式任選一種即可。2、打開電源開關(guān)，取出發(fā)射端光纖，觀察發(fā)光二極管發(fā)光，發(fā)光二極管發(fā)出的光很耀眼，不要用眼 直視。慢慢插入發(fā)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(duì)應(yīng)接入發(fā)射測試孔兩端（紅借藍(lán)、黑接 黑），電壓表顯示值即為發(fā)光二極管工作電壓。根據(jù)實(shí)驗(yàn)儀面板上發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)電路圖示分析發(fā) 光二極管驅(qū)動(dòng)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(tǒng)地）按照 顏色對(duì)應(yīng)接入電壓表 輸入端“ +”、“-”。調(diào)節(jié)螺旋測微絲桿，觀察電壓表顯示變

11、化。根據(jù)實(shí)驗(yàn)儀而板上探測器接收電 路圖示，分析光電探測器使用原理。5、關(guān)閉電源。拆除所有連線，如果繼續(xù)進(jìn)行下面的實(shí)驗(yàn)，可不拆除光纖位移裝置。3）光纖位移傳感器輸出信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)1、安裝光纖位移傳感實(shí)驗(yàn)裝置以及連線請參照實(shí)驗(yàn)1）的步驟。對(duì)射式和反射式任選一種即可。2、將發(fā)射和接收部分的測試孔用導(dǎo)線按顏色對(duì)應(yīng)接入電路上發(fā)射、接收端測試孔；探測器輸出信號(hào) 處理電路不接調(diào)零電路，即綠色測試孔和其下方黑色測試孔（系統(tǒng)地）用導(dǎo)線連接。輸出端（Uo） 及其下方測試孔（系統(tǒng)地）按 照顏色對(duì)應(yīng)接入電壓表輸入端“ +”、“-”，電壓表選擇2V檔。3、打開電源開關(guān)，調(diào)節(jié)螺旋測微絲桿，調(diào)節(jié)增益調(diào)節(jié)旋鈕，觀察電壓表顯示

12、變化。根據(jù)實(shí)驗(yàn)儀上面 探測器放大電路圖示分析放大電路工作原理。4、關(guān)閉電源。拆除所有連線，如果繼續(xù)進(jìn)行下面的實(shí)驗(yàn)，可不拆除光纖位移裝置。4）光纖位移傳感器輸出信號(hào)誤差補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)1、安裝光纖位移傳感實(shí)驗(yàn)裝置以及連線請參照實(shí)驗(yàn)1）的步驟。對(duì)射式和反射式任選一種即可。2、將發(fā)射和接收部分的測試孔用導(dǎo)線按顏色對(duì)應(yīng)接入電路上發(fā)射、接收端測試孔；探測器輸出信號(hào) 處理電路不接調(diào)零電路，即綠色測試孔和其下方黑色測試孔（系統(tǒng)地）用導(dǎo)線連接。輸出端（uo） 及其下方測試孔（系統(tǒng)地）按 照顏色對(duì)應(yīng)接入電壓表輸入端“ +”、“一”，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(guān)，觀

13、察電壓表顯示值，并分析原因。5、關(guān)閉電源。增加補(bǔ)償調(diào)零電路。綠色測試孔與黑色測試孔的連線拆除，補(bǔ)償調(diào)零調(diào)節(jié)旋鈕的測試孔按照顏色對(duì)應(yīng)接入電路中測試孔（黃接黃、綠接綠、藍(lán)接藍(lán)）。6、打開電源，用手封住接收孔，調(diào)節(jié)補(bǔ)償調(diào)零旋鈕，將電壓表顯示值調(diào)節(jié)為零。分析不成調(diào)零電路 原理及其好處。7、關(guān)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(shí)驗(yàn)（對(duì)射式）1、參照實(shí)驗(yàn)1）步驟安裝對(duì)射式光纖傳感器實(shí)驗(yàn)裝置。2、將發(fā)射和接收部分的測試孔用導(dǎo)線按顏色對(duì)應(yīng)接入電路上發(fā)射、接收端測試孔；探測器輸出信號(hào) 處理電路接上調(diào)零電路。3、調(diào)節(jié)位移臺(tái)，使兩根光纖端面同軸心并接觸。此時(shí)探測器輸出電壓最大。4、打開電源開關(guān)，調(diào)節(jié)平移臺(tái)使兩根光纖端面漸漸離開，每隔0. lmm讀出數(shù)顯表值，記錄40組數(shù)據(jù)。5、根據(jù)記錄數(shù)據(jù)繪制曲線。6、分析。7、關(guān)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(shí)驗(yàn)（反射式）1、參照實(shí)驗(yàn)1）步驟安裝反射式光纖傳感器實(shí)驗(yàn)裝置。2、將發(fā)射和接收部分的測試孔用導(dǎo)線按顏色對(duì)應(yīng)接入電路上發(fā)射、接收端測試孔；探測器輸出信號(hào) 處理