《機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)》實(shí)驗(yàn)三 指導(dǎo)書(shū)

實(shí)驗(yàn)三光纖傳感器原理及應(yīng)用（1）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解反射式光纖位移傳感器的原理與應(yīng)用。2.了解光纖位移傳感器用于測(cè)轉(zhuǎn)速的方法。二、實(shí)驗(yàn)儀器Y型光纖傳感器、測(cè)微頭、反射面、差動(dòng)放大器、電壓放大器、數(shù)顯電壓表頻率/轉(zhuǎn)速表、轉(zhuǎn)動(dòng)源、示波器。三、實(shí)驗(yàn)原理㈠反射式光纖位移傳感器實(shí)驗(yàn)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4-1所示，光纖采用Ｙ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。光從光源耦合到光源光纖，通過(guò)光纖傳輸，射向反射面，再被反射到接收光纖，最后由光電轉(zhuǎn)換器接收，轉(zhuǎn)換器接收到的光源與反射體表面的性質(zhì)及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)光纖探頭緊貼反射面時(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。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4-1反射式光纖位移傳感器原理圖4-2光纖位移傳感器安裝示意圖㈡光纖傳感器的測(cè)速實(shí)驗(yàn)利用光纖位移傳感器探頭對(duì)旋轉(zhuǎn)被測(cè)物反射光的明顯變化產(chǎn)生電脈沖，經(jīng)電路處理即可測(cè)量轉(zhuǎn)速。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟㈠反射式光纖位移傳感器實(shí)驗(yàn)1．光纖傳感器的安裝如圖4-2所示，將Y型光纖結(jié)合處安裝在傳感器固定支架上，光纖分叉兩端插入“光纖插座”中。探頭對(duì)準(zhǔn)鍍鉻反射板（鐵質(zhì)材料圓盤(pán)），固定在測(cè)微頭上。按圖4-3接線，電壓放大器的輸出接直流電壓表。2．將測(cè)微頭起始位置調(diào)到10cm處，手動(dòng)使反射面與光纖探頭端面緊密接觸，固定測(cè)微頭。3．將“差動(dòng)變壓器”與“電壓放大器”的增益調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)到中間位置。打開(kāi)直流電源開(kāi)關(guān)。4．將“電壓放大器”輸出端接到直流電壓表（20V檔），仔細(xì)調(diào)節(jié)調(diào)零電位器使電壓表顯示為零。5．旋動(dòng)測(cè)微器，使反射面與光纖探頭端面距離增大，每隔0.1mm讀出一次輸出電壓Ｕ值，填入下表4-1表4-1X（mm）U0(V)圖4-3光纖位移傳感器接線圖㈡光纖傳感器的測(cè)速實(shí)驗(yàn)1．將光纖傳感器安裝在傳感器升降架上，使光纖探頭對(duì)準(zhǔn)轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)邊緣的反射點(diǎn)，探頭距離反射點(diǎn)1mm左右（在光纖傳感器的線性區(qū)域內(nèi)）。接線如圖4-3所示。2．用手撥動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)，使探頭避開(kāi)反射面（對(duì)集合避免產(chǎn)生暗電流），“電壓放大器”的輸出端接到直流電壓表輸入。調(diào)節(jié)調(diào)零電位器使直流電壓表顯示為零。（調(diào)零電位器確定后不能改動(dòng)）3．將電壓放大器輸出端接到頻率/轉(zhuǎn)速表的輸入“/n”。4．打開(kāi)直流電源開(kāi)關(guān)，將0~24V可調(diào)直流穩(wěn)壓電源分別接至“轉(zhuǎn)動(dòng)源輸入”和“直流電壓表”，改變電壓，可以觀察到轉(zhuǎn)動(dòng)源轉(zhuǎn)速的變化，待轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后記錄相應(yīng)的轉(zhuǎn)速（穩(wěn)定時(shí)間約1分鐘）。也可用示波器觀測(cè)電壓放大器輸出的波形。并將數(shù)據(jù)填入下表：表4-2驅(qū)動(dòng)電壓（V）+6V+8V+10V+12V+14V+16V+18V+20V轉(zhuǎn)速n（rpm）五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1.根據(jù)所得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，確定光纖位移傳感器大致的線性范圍，并給出其靈敏度和非線性誤差。2.分析光纖傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)速原理，根據(jù)記錄的驅(qū)動(dòng)電壓和轉(zhuǎn)速，作V-n曲線。注意事項(xiàng)光纖請(qǐng)勿成銳角曲折，以免造成內(nèi)部斷裂，端面尤其要注意保護(hù)，否則會(huì)光通量損耗加大造成靈敏度下降。光電傳感器的原理及應(yīng)用（2）1、光電傳感器實(shí)驗(yàn)原理：光電式轉(zhuǎn)速傳感器有反射型和透射型二種，本實(shí)驗(yàn)裝置是透射型的，傳感器端部有發(fā)光管和光電池，發(fā)光管發(fā)出的光源通過(guò)轉(zhuǎn)盤(pán)上的孔透射到光電管上，并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，由于轉(zhuǎn)盤(pán)上有等間距的6個(gè)透射孔，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)將獲得與轉(zhuǎn)速及透射孔數(shù)有關(guān)的脈沖，將電脈計(jì)數(shù)處理即可得到轉(zhuǎn)速值。2、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟⑴如圖6-3所示，光電傳感器已經(jīng)安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)源上，將“0~24V直流穩(wěn)壓電源”接至“轉(zhuǎn)動(dòng)源輸入”。調(diào)節(jié)0~24V直流穩(wěn)壓電源驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)源。將+5V電源接到底面板上轉(zhuǎn)動(dòng)源傳感器輸出部分，Uo1為“光電”輸出端，將Uo1與接地端分別接到頻率/轉(zhuǎn)速表的“f/n輸入”的正、負(fù)端。圖6-3光電測(cè)轉(zhuǎn)速安裝示意圖⑵打開(kāi)直流電源開(kāi)關(guān)，用不同的電壓驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)源，待轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后記錄相應(yīng)的轉(zhuǎn)速（穩(wěn)定時(shí)間約1分鐘），填入下表，同時(shí)可通過(guò)示波器觀察光電傳