光纖位移傳感器靜態(tài)動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)yy

1、光纖位移傳感器靜態(tài)和動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)【教學(xué)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3. 學(xué)習(xí)用光纖傳感器進(jìn)行相關(guān)物理量的測(cè)量【教學(xué)重點(diǎn)】1. 反射式光纖位移傳感器的結(jié)構(gòu)與工作原理。 2. 反射式光纖傳感器的輸出特性曲線。 【教學(xué)內(nèi)容】近年來(lái)由于低損耗光導(dǎo)纖維的問(wèn)世以及檢測(cè)用特殊光纖的開(kāi)發(fā)，在光纖應(yīng)用領(lǐng)域繼光纖通信技術(shù)之后又出現(xiàn)了一門嶄新的光纖傳感器工程技術(shù)。光纖傳感器有功能型和傳輸型兩大類。一、實(shí)驗(yàn)原理 ）光導(dǎo)纖維與光纖傳感器的一般原理 圖光纖的基本結(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

2、折射率，直徑大致為.。當(dāng)光線通過(guò)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(guò)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(chǎng)、磁場(chǎng)、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)出這些參量隨外界因素的變化關(guān)系，就可以通過(guò)光特性參量的變化來(lái)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。 ）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是一種傳輸型光纖傳感器。其原理如圖所示：光纖采用型結(jié)構(gòu)，兩束光纖一端合并在一起組成光纖探頭，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

3、光源光纖，通過(guò)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(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。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(guò)對(duì)光強(qiáng)的檢測(cè)得到位移量。反射式光纖位移傳感器是一種非接觸式測(cè)量，具有探頭小，響應(yīng)速度快，測(cè)量線性化（在小位移范圍內(nèi)）等優(yōu)點(diǎn)，可在小位移范圍內(nèi)進(jìn)行高速位移檢測(cè)。 圖反

4、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二、實(shí)驗(yàn)儀器 光纖、光電變換器、低頻振蕩器、電壓表、支架、反射板、測(cè)微頭、測(cè)速電機(jī)、電壓頻率表、雙蹤示波器。 三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容.連接、調(diào)節(jié)裝置。在儀器支架上安裝光纖探頭，探頭對(duì)準(zhǔn)鍍鉻反射板，調(diào)節(jié)光纖探頭端面與反射板平行，距離適中；將光纖傳感器光電轉(zhuǎn)換裝置與光電變換器相連接，接通電源預(yù)熱數(shù)分鐘。 .作反射式光纖傳感器輸出特性曲線。轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微頭，使反射板與光纖探頭端面緊密接觸，此時(shí)光纖變換器輸出電壓為零。然后旋動(dòng)測(cè)微器，使反射板離開(kāi)探頭，每隔0.100mm讀出一次輸出電壓值，填入數(shù)據(jù)表，作x曲線，求得線性范圍x和靈敏度S=x。 位移x（mm）輸出電壓U

5、（V）3.測(cè)量微小振動(dòng)的振幅與頻率(1) 了解激振線圈在實(shí)驗(yàn)儀上所在位置及激振線圈的符號(hào)。(2) 接入低通濾波器和示波器，如圖4接線。圖4(3) 將測(cè)微頭與振動(dòng)臺(tái)面脫離，測(cè)微頭遠(yuǎn)離振動(dòng)臺(tái)。將光纖探頭與振動(dòng)臺(tái)反射紙的距離調(diào)整在光纖傳感器工作點(diǎn)即線性段中點(diǎn)上（利用靜態(tài)特性實(shí)驗(yàn)中得到的特性曲線，選擇線性中點(diǎn)的距離為工作點(diǎn)，目測(cè)振動(dòng)臺(tái)上的反射紙與光纖探頭端面之間的相對(duì)距離即線性區(qū)X的中點(diǎn)）。(4) 將低頻振蕩信號(hào)接入振動(dòng)臺(tái)的激振線圈上，開(kāi)啟主、副電源，調(diào)節(jié)低頻振蕩器的頻率與幅度旋鈕，使振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)且振動(dòng)幅度適中；(5) 保持低頻振蕩器輸出的Vp-p幅值不變，改變低頻振蕩器的頻率（用示波器觀察低頻振蕩器輸

6、出的Vp-p值為一定值，在改變頻率的同時(shí)如幅值發(fā)生變化則調(diào)整幅度旋鈕使Vp-p相同），將頻率和示波器上所測(cè)的峰峰值Vp-p（此時(shí)的峰峰值Vp-p是指經(jīng)低通后的Vp-p）填入下表，并作出幅頻特性圖：Vp-p（V）頻率（Hz）(6) 關(guān)閉主、副電源，把所有旋鈕復(fù)原到原始最小位置。.測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速。(1) 了解電機(jī)控制，小電機(jī)（小電機(jī)端面上貼有兩張反射紙）在實(shí)驗(yàn)儀上所在的位置，小電機(jī)在振動(dòng)臺(tái)的左邊。(2) 按圖5接線，將差動(dòng)放大器的增益置最大，F(xiàn)/V表的切換開(kāi)關(guān)置2V，開(kāi)啟主、副電源。圖5(3) 將光纖探頭移至電機(jī)上方對(duì)準(zhǔn)電機(jī)上的反光紙，調(diào)節(jié)光纖傳感器的高度，使電壓表顯示最大。再用手稍微轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)，讓反光面避開(kāi)光纖探頭。調(diào)節(jié)差動(dòng)放大器的調(diào)零，使電壓表顯示接近零。(4) 旋動(dòng)電機(jī)控制電位器，使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。(5) 頻率/轉(zhuǎn)速表置頻率檔、顯示頻率，置轉(zhuǎn)速檔可顯示轉(zhuǎn)速，也可用示波器觀察F0輸出端的轉(zhuǎn)速脈沖信號(hào)。(6) 根據(jù)脈沖信號(hào)的頻率f及電機(jī)上反光片的數(shù)目p換算出此時(shí)的電機(jī)轉(zhuǎn)速n=60f/p。(7) 實(shí)驗(yàn)完畢關(guān)閉主、副電源，拆除接線，把所有旋鈕復(fù)原。四、注意事項(xiàng)1.電機(jī)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)VO輸出電壓峰值之差是比較小的，而且要特別注意背景光的影響。2.光纖探頭在電機(jī)葉片上方安裝后須用手轉(zhuǎn)動(dòng)葉片確認(rèn)無(wú)碰擦后方可開(kāi)啟電機(jī)，否則極易擦傷光纖端面。【思考題】1