光纖傳感器位移特性實驗

黑龍江科技學(xué)院綜合性、設(shè)計性實驗報告實驗項目名稱： 光纖傳感器位移特性實驗所屬課程名稱： 傳感器工程實踐實驗日期： 2013年月日TOC\o"1-5"\h\z班 級學(xué) 號姓 名成 績電氣與控制工程學(xué)院實驗室實驗概述：【實驗?zāi)康募耙蟆俊緦嶒災(zāi)康摹?、 通過實驗使學(xué)生掌握各種傳感器的工作原理；2、 掌握傳感器的特性測試方法；3、 掌握傳感器的特性實驗數(shù)據(jù)處理方法；4、 培養(yǎng)和提高學(xué)生傳感器特性測試系統(tǒng)設(shè)計和分析的能力；5、 通過該課程的學(xué)習(xí)擴大學(xué)生知識面，為今后的研究和技術(shù)工作打下堅實的基礎(chǔ)?！驹O(shè)計要求】

1、 掌握傳感器的工作原理、測量電路的原理；2、 通過傳感器特性系統(tǒng)的設(shè)計，多方面知識綜合應(yīng)用，全面提高能力;3、 為今后從事傳感器工程方面的工作打下基礎(chǔ)。【實驗原理】1、傳感器特性測試系統(tǒng)框圖：2、敏感元件直錢位移我行器傳感器測量電路原理圖:2、敏感元件直錢位移我行器傳感器測量電路原理圖:3、傳感器特性測試系統(tǒng)的工作原理本實驗采用的是導(dǎo)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(zhuǎn)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(dāng)它與被測體相距X時，由光源發(fā)出的光通過一束光纖射出后，經(jīng)被測體反射由另一束光纖接收，通過光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成電壓，該電壓的大小與間距X有關(guān)，因此光纖傳感器可用于測量位移?！緦嶒灜h(huán)境】（使用的軟件）工具：直線位移執(zhí)行器、光纖傳感器、光纖傳感器測量系統(tǒng)、數(shù)字電壓表、測微頭軟件：特性軟件SET2003實驗內(nèi)容：【實驗方案設(shè)計】設(shè)計要點：光纖傳感器是一種把被測量的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y的光信號的裝置。由光發(fā)送器發(fā)出的光經(jīng)源光纖引導(dǎo)至敏感元件。這時，光的某一性質(zhì)受到被測量的調(diào)制，己調(diào)光經(jīng)接收光纖耦合到光接收器，使光信號變?yōu)殡娦盘?，最后?jīng)信號處理得到所期待的被測量。在光纖傳感器特性測試實驗中應(yīng)注意以下幾點：1） 光纖位移傳感器具有前坡（0—最大），后坡（最大一最?。┑脑驾敵鎏匦浴?） 外界光對測量具有一定影響，操作時應(yīng)避免人員走動產(chǎn)生的光干擾。3） 光纖位移傳感器離散性較大，輸出特性可能是唯一的。4） 電壓表分辨率為1/1999，即0.5/1000，并存在“±1”個字的量化誤差，在系統(tǒng)精度范圍外的數(shù)字跳動屬正?，F(xiàn)象。5） 調(diào)零時數(shù)顯電壓表需從20V檔逐步減檔。6） 實驗之前應(yīng)關(guān)閉所有未用單元的電源，避免干擾。7） 測微頭的讀數(shù)和實際位移之間的關(guān)系為：實際位移=15mm-測微頭讀數(shù)（測微頭初始刻度旋在15mm處），記錄實驗結(jié)果時填實際位移值。8） 測微頭要正確讀數(shù)，避免機械間隙誤差，測微頭分辨力為0.01mm。9） 插計算機通訊線時注意對正小方形口。10） 記錄實驗數(shù)據(jù)時應(yīng)反復(fù)測量幾次取平均值作為結(jié)果，以得到更為準(zhǔn)確的實驗數(shù)據(jù)。11） 傳感器安裝時探頭應(yīng)安裝在連接桿上，連接桿插入直線位移執(zhí)行器右邊靠里的支架內(nèi)，探頭應(yīng)對準(zhǔn)并頂住直線位移執(zhí)行器圓盤上的小圓片。12） 實驗之前光纖傳感器測量系統(tǒng)的增益應(yīng)大小適中，應(yīng)使位移執(zhí)行器全范圍移動時傳感器及測量系統(tǒng)的輸出在5V左右。設(shè)計方案：在本次試驗中用到了光的反射、全反射。當(dāng)光射到金屬磁鋼的表面時，發(fā)生反射，在光纖中傳輸?shù)臅r候，發(fā)生全反射。在這個實驗中，位移是直線位移執(zhí)行器光纖傳感器之間的距離，位移的變化是通過測微頭頂著直線位移執(zhí)行器的圓盤進行移動而產(chǎn)生的。由于位移的變化是傳感器的接受端光強發(fā)生變化。應(yīng)用的光纖傳感器特性測量系統(tǒng)主要分為兩部分，前部分提供光源，中間是光纖接入部分,后部分將反射回來的光信號轉(zhuǎn)換成電信號，并經(jīng)過放大電路從V0端輸出。從V0傳出的電信號可以通入電壓表，進行讀數(shù)。也可以通過特性軟件進行測量?！緦嶒炦^程】（實驗步驟、記錄、數(shù)據(jù)、分析）（一） 采用電壓表記數(shù)：1） 在直線位移執(zhí)行器圓盤右邊靠外邊的支架安裝上測微頭。測微頭刻度旋在20mm處，并輕輕頂住直線位移執(zhí)行器圓盤（使執(zhí)行器為零位移），擰緊測量架頂部的固定鏢釘。2） 在直線位移執(zhí)行器圓盤上的小圓片上吸附一圓形磁鋼，紅點向外。3） 安裝光纖傳感器，光纖傳感器探頭安裝在連接桿上，連接桿插入直線位移執(zhí)行器右邊靠里的支架內(nèi)，探頭對準(zhǔn)并頂住直線位移執(zhí)行器圓盤上的小圓片。光纖傳感器引線插入實踐臺面上的“光纖”插座中，將光纖傳感器的兩束光纖插入“光纖插入”口中，探頭對準(zhǔn)并頂住圓盤上的小圓片，擰緊測量架頂部的固定鏢釘。4） 抬起通用放大器（II）S7開關(guān)，S5開關(guān)置光纖位移傳感器位，通用放大器（II）的輸出接數(shù)顯電壓表，打開通用放大器（II）電源。5） 光纖傳感器測量系統(tǒng)調(diào)零：在保證光纖傳感器探頭緊貼在直線位移執(zhí)行器圓盤上的小圓片的條件下，調(diào)節(jié)光纖傳感器測量系統(tǒng)上的調(diào)零旋鈕，使電壓表示數(shù)為零。6） 用測微頭向左推直線位移執(zhí)行器圓盤，電壓表示值最大處停下，調(diào)節(jié)光纖傳感器測量系統(tǒng)上的增益旋鈕。使電壓表示值在5V左右。7） 向里旋轉(zhuǎn)測微頭，每轉(zhuǎn)動0.5mm（測微頭旋轉(zhuǎn)一圈）記下數(shù)字電壓表讀數(shù)，電壓表示值由小變大，又由大變小，直到數(shù)字電壓表讀數(shù)最后接近零時停止記數(shù)，并填入表中。（二） 用特性實驗軟件SET2003操作：1） 實驗步驟同前（一）中1）至6）。2） 光纖傳感器測量系統(tǒng)的輸出用軟線接到計算機通迅口CH1或CH2，計算機通信線接到特性插口，打開計算機通訊口電源。3） 啟動計算機，在桌面上雙擊SET2003圖標(biāo)進入特性軟件操作界面。進行實驗設(shè)置（實驗?zāi)Ｊ竭x擇單向單步；每格數(shù)值選擇0.5；被測量綱選擇mm）。其中對應(yīng)信號接到計算機通迅口CH1或CH2，選擇測量通道為A或B。4） 向里旋轉(zhuǎn)測微頭，每轉(zhuǎn)動0.5mm按一次操作界面上的測量按鈕，界面上曲線框中各個測量點被自動連成一條平滑的曲線，界面上同時顯示當(dāng)前的測量電壓值。把實際位移和界面上顯示的電壓值記錄在表中，并與用電壓表表所測值比較?！窘Y(jié)論】（結(jié)果）、實驗數(shù)據(jù)位移（mm）0.51.01.52.02.53.03.54.04.55.0電壓（V）00.101.393.454.854.863.922.851.971.36Set2003（V）0.020.111.433.464.864.893.952.881.991.37二、依據(jù)實驗一的數(shù)據(jù)畫出的特性曲線:三、誤差分析：1）線性起點X0:X0=1.02）線性范圍:(1,0.1)到(2.5,4.85)求靈敏度：取位移1--2.5為上坡的線性段，以(1,0.1)與(2.5,4.85)為端點做直線,靈敏度K=(4.85-0.1)/(2.5-1)=3.17求非線性誤差：非線性誤差通常用相對誤差YL表示：YL二土(△Lmax/yFS)X100%,△Lmax—最大非線性誤差；yFS一量程輸出。上坡的非線性誤差為：(0.295/4.75)*100%=±6.2%【小結(jié)】在這次的傳感器實驗中，我對集成溫度傳感器、霍爾傳感器、壓阻式壓力傳感器、光纖傳感器等傳感器的工作原理與具體使用方法有了一定的了解，在實踐中，通過對實驗電路的分析和連接大大提到了我的動腦和動手能力，雖然在實驗過程中遇到了很多問題，但在同學(xué)的討論和老師的解答下都很快解決了，不但使我對實