光纖位移傳感器靜態(tài)實(shí)驗(yàn).

1、光纖位移傳感器靜態(tài)實(shí)驗(yàn)光纖傳感器是以光學(xué)技術(shù)為基礎(chǔ)， 將被敏感的狀態(tài)以光信號(hào)形式取出。 光信號(hào)不僅人能 直接感知， 而且，利用半導(dǎo)體二極管諸如光電二極管、雪崩光電二極管、發(fā)光二極管之類的 小型而簡單的元件很容易進(jìn)行光電、 電光轉(zhuǎn)換， 所以易與高度發(fā)展的電子裝置匹配， 這是光 纖傳感器的突出優(yōu)點(diǎn)。此外，由于光纖不僅是敏感元件而且也是一種優(yōu)良的低損耗傳輸線， 因此不必考慮測(cè)量儀器和被測(cè)物體的相對(duì)位置， 從而特別適用于電子傳感器等不太適用的地 方。所以測(cè)量中常采用與其它機(jī)械量相比， 位移是既容易檢測(cè)又容易獲得高精度的檢測(cè)量，將被測(cè)對(duì)象的機(jī)械量轉(zhuǎn)換成位移來檢測(cè)的方法。例如將壓力轉(zhuǎn)換成膜的位移， 將加速

2、度轉(zhuǎn)換成重物位移等；而且這種方法結(jié)構(gòu)簡單，所以位移傳感器是機(jī)械量傳感器中的基本傳感器。光纖位移傳感器有強(qiáng)度型和干涉型兩大類，本實(shí)驗(yàn)所用傳感器為反射式強(qiáng)度型光纖傳感器。反射式強(qiáng)度型光纖傳感器具有原理簡單、 設(shè)計(jì)靈活、 價(jià)格低廉等特點(diǎn)， 并已在許多物理量 （如 位移、壓力、振動(dòng)、表面粗糙度等）的測(cè)量中獲得成功應(yīng)用。這種位移傳感器在小的測(cè)量范 圍內(nèi)能進(jìn)行高速位移測(cè)量，它具有非接觸、探頭小、頻響高、線性度好等特點(diǎn)。預(yù)習(xí)提要1.光纖的結(jié)構(gòu)組成原理及應(yīng)用。2.光信號(hào)在光纖中的傳播原理。3.螺旋測(cè)微器的使用實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解光纖位移傳感器的原理、結(jié)構(gòu)、性能。2用作圖法處理數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)儀器DH-CG2000 傳感器

3、系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀（本實(shí)驗(yàn)所用部件包括：主、副電源、差動(dòng)放大器、光纖傳 感器、反射臺(tái)、電壓表）。四） 實(shí)驗(yàn)原理1. 光導(dǎo)纖維與光纖傳感器的一般原理圖1 光纖的基本結(jié)構(gòu)光導(dǎo)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1所示，它是由高反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0 .1mm0 . 2 mm。當(dāng)光線通過端面透入纖芯，在到達(dá)與包層的交界面時(shí)，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(dòng)等）對(duì)光纖的作用，引起光波特性參量（如振幅、相位、偏振態(tài)等）發(fā)生變化。因此人們只要測(cè)出這些參量

4、隨外界因素的變化關(guān)系,就可以通過光特性參量的變化來檢測(cè)外界因素的變化，這就是光纖傳感器的基本工作原理。2.反射式位移傳感器的結(jié)構(gòu)原理反射式光纖位移傳感器的工作原理如圖2所示，光纖采用Y型結(jié)構(gòu)，兩束多膜光纖一端合并組成光纖探頭，另一端分為兩束，分別作為光源光纖和接收光纖，光纖只起傳輸信號(hào)的作用，當(dāng)光發(fā)射器發(fā)出的紅外光， 經(jīng)光源光纖照射至反射面， 被反射的光經(jīng)接收光纖至光電轉(zhuǎn)換器，光電轉(zhuǎn)換器將接收到的光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。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(guān)。 當(dāng)反射表面位置確定后， 接收到的反射光光強(qiáng)隨光纖探頭到反射體的距離的變化而變化。顯然，當(dāng)光纖探頭緊貼反射片時(shí),接收器接收

5、到的光強(qiáng)為零。隨著光纖探頭離反射面距離的增加，接收到的光強(qiáng)逐漸增加,到達(dá)最大值點(diǎn)后又隨兩者的距離增加而減小。其輸出的光強(qiáng)決定于反射體距光纖探頭的距離,通過對(duì)光強(qiáng)的檢測(cè)而得到的位移量如圖3所示。接收光纖-4X! P；射:!體iX ：0 5 0 5H " 2 2 1 1 (A)罔耳壬理圖2光纖位移傳感器工作原理圖23456位移（n】tn圖3 反射式光纖位移傳感器的輸出特性光殲傳®器圖4（五）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1觀察光纖位移傳感器結(jié)構(gòu)，它由兩束光纖混合后組成Y形光纖，探頭固定在 Z型安裝架上，外表為螺絲的端面為半圓分布的光纖探頭。2. 了解反射臺(tái)在實(shí)驗(yàn)儀上的位置。3. 如圖4接線：因光/電轉(zhuǎn)換器內(nèi)部已安裝好，所以可將電信號(hào)直接經(jīng)差動(dòng)放大器放大。電壓表的切換開關(guān)置 2V檔，開啟主、副電源。4. 旋轉(zhuǎn)測(cè)微頭，使光纖探頭與反射臺(tái)面接觸，調(diào)節(jié)差動(dòng)放大器增益適中，調(diào)節(jié)差動(dòng)放大器零位旋鈕使電壓表讀數(shù)盡量為零，旋轉(zhuǎn)測(cè)微頭使反射臺(tái)慢慢離開探頭，觀察電壓讀數(shù)由小 大-小的變化。0.1mm讀出電壓表的讀數(shù)，并將5. 旋轉(zhuǎn)測(cè)微頭使電壓表指示重新回零；旋轉(zhuǎn)測(cè)微頭，每隔其填入表1中。6. 關(guān)閉主、副電源，把所有旋鈕復(fù)原到初始位置。7. 作出V- X曲線，計(jì)算靈敏度 S=AV/ X及線性范圍。(六) 數(shù)據(jù)表格表1位移 X (mm)電壓(V)