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光纤传感器位移特性：光纤传感器实验模块_光纤传感器位移特性实验

光纤传感器位移特性实验报告

一、实验目的：

了解反射式光纤位移传感器的原理与应用。

二、实验仪器：

光纤位移传感器模块、

Y

型光纤传感器、测微头、反射面、直流电源、数显电压表。

三、实验原理：

反射式光纤位移传感器是一种传输型光纤传感器。其原理如图

36-1

所示：光纤采用Ｙ

型结构，

两束光纤一端合并在一起组成光纤探头，

另一端分为两支，

分别作为光源光纤和接

收光纤。光从光源耦合到光源光纤，通过光纤传输，射向反射面，再被反射到接收光纤，最

后由光电转换器接收，

转换器接收到的光源与反射体表面的性质及反射体到光纤探头距离有

关。

当反射表面位置确定后，

接收到的反射光光强随光纤探头到反射体的距离的变化而变化。

显然，

当光纤探头紧贴反射面时，

接收器接收到的光强为零。

随着光纤探头离反射面距离的

增加，

接收到的光强逐渐增加，

到达最大值点后又随两者的距离增加而减小。

反射式光纤位

移传感器是一种非接触式测量，具有探头小，响应速度快，测量线性化(在小位移范围内)

等优点，可在小位移范围内进行高速位移检测。

图

36-1

反射式光纤位移传感器原理

图

36-2

光纤位移传感器安装示意图

四、实验内容与步骤

1

．光纤传感器的安装如图

36-2

所示，将

Y

型光纤安装在光纤位移传感器实验模块上。

探头对准镀铬反射板，调节光纤探头端面与反射面平行，

距离适中；固定测微头。

接通电源

预热数分钟。

2

．将测微头起始位置调到

14cm

处，手动使反射面与光纤探头端面紧密接触，固定测

微头。

3

．实验模块从主控台接入±

15V

电源，打开实验台电源。

4

．将模块输出“

Uo

”接到直流电压表(

20V

档)

，仔细调节电位器

Rw

使电压表显示

为零。

5

．旋动测微器，使反射面与光纤探头端面距离增大，每隔０

.1

ｍｍ读出一次输出电压

Ｕ值，并记录。

五、数据记录与分析

1

、数据记录表格

光纤传感器位移特性：光纤传感器的位移特性实验

实验二十五

光纤传感器的位移特性实验

一、实验目的

了解光纤位移传感器的工作原理和性能。

二、实验内容

用传光型光纤测位移。

三、实验仪器

光纤传感器、光纤传感器实验模板、数显单元、测微头、直流源、反射面（用电涡流传
感器的铁测片做反射面）
。

四、实验原理

本实验采用的是传光型光纤，它由两束光纤混合后，组成
Y
型光纤，半园分布即双
D
型一束光纤端部与光源相接发射光束，
另一束端部与光电转换器相接接收光束。
两光束混合
后的端部是工作端亦称探头，
它与被测体相距
X
，
由光源发出的光纤传到端部出射后再经被
测体反射回来，
另一束光纤接收光信号由光电转换器转换成电量，
而光电转换器转换的电量
大小与间距
X
有关，因此可用于测量位移。

五、实验注意事项

1
、实验时注意光纤探头与反射面保持平行，调整光纤探头使其位于反射面的圆心上。

2
、实验前应用纸巾擦拭反射面，以保证反射效果。

六、实验步骤

1
、
根据图
9
－
1
安装光纤位移传感器，
二束光纤插入实验板上的座孔上。
其内部已和发
光管
D
及光电转换管
T
相接。

图
9
－
1
光纤传感器安装示意图

2
、将光纤实验模板输出端
VO1
与数显单元相连，见图
9
－
2
。

光纤传感器位移特性：光纤传感器的位移特性实验数据.doc

表1 光纤传感器的位移特性实验结果
X/mm 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 U/V 0.14 0.501 0.989 1.496 2.08 2.61 3.11 3.52 X/mm 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 U/V 4.07 4.51 4.9 5.35 5.74 6.11 6.46 6.84 X/mm 1.7 1.8 1.9 2 2.1 2.2 2.3 2.4 U/V 7.2 7.52 7.87 8.11 8.41 8.68 9.03 9.29 X/mm 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3 3.1 3.2 U/V 9.51 9.63 9.81 9.99 10.12 10.24 10.35 10.4 X/mm 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 4 U/V 10.44 10.48 10.52 10.51 10.46 10.41 10.37 10.32 X/mm 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 U/V 10.23 10.11 9.92 9.83 9.68 9.5 9.33 9.15 X/mm 4.9 5 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 U/V 9.03 8.85 8.65 8.45 8.41 8.17 7.97 7.79 X/mm 5.7 5.8 5.9 6 6.1 6.2 6.3 6.4 U/V 7.69 7.4 7.25 7.21 6.99 6.77 6.64 6.5 X/mm 6.5 6.6 6.7 6.8 7 7.2 7.4 7.6 U/V 6.39 6.2 6.09 5.94 5.26 4.96 4.76 4.56 X/mm 7.8 8 8.5 9 9.5 10 10.5 11.5 U/V 4.4 4.17 3.81 3.45 3.11 2.82 2.58 2.17 X/mm 12.5 13.5 14.5 15.5 16.5 17.5 U/V 1.87 1.61 1.4 1.26 1.12 1.12

表2 光纤传感器的动态位移实验结果
频率f/Hz 2 3 4 5 6 7 Up-p 0.5089 0.5169 0.5408 0.6785 0.5527 0.6043 频率f/Hz 8 9 10 11 12 Up-p 0.6517 0.7063 0.8858 1.0146 1.2887

图5 频率为1Hz时U-X的波形                          图6 频率为5Hz时Uo的波形

图7 频率为12Hz时Uo的波形（共振频率14Hz）

光纤传感器位移特性：光纤传感器的位移特性研究

【摘要】研究光纤位移传感器的工作原理和性能；测量光纤传感器位移时，电压值的大小并进行数据分析；研究光纤传感器的位移特性和电压值变化关系。
【关键词】光纤位移传感器 光纤位移
The research of displacement of Fibre Optical Sensors
Wang xuyu， Xu tianwen， Zhang tao
【Abstract】
Understand and master the fiber optic displacement sensor works and performance； and at different fiber optic sensor displacement， measure the voltage value of the voltage and then analysis it； understanding of the changes in the relationship between the displacement characteristic of the fiber optic sensor and the voltage values.
【Keywords】
Fibre Optical Sensors；Fibre Optical’s displacement
引言：测量光纤传感器在不同的位移时，其输出电压的定性关系。进一步认识光纤传感器，了解影响光纤传感器正常工作的因素。
1. 基本原理
本试验采用的是导光型多模光纤，它由两束光纤组成半圆分布的Y型传感探头，一束光纤端部与光源相接用来传递发射光，另一束端部与光电转换器相接用来传递接收光，两光纤束混合后的端部是工作端亦即探头，当它与被测体相距X时，由光源发出的光通过一束光纤射出后，经被测体反射由另一束光纤接收，通过光电转换器转换成电压，该电压的大小与间距X有关，因此可用于测量位移。
2. 实验电路
3. 数据分析
通过上述的表格可以找出在X=2.6或者2.7mm时输出电压才达到最大值为1.618或者1.619V，但当继续寻找最小值的时候并没有找到，输出电压随着位移的增大逐渐减小，但减小的幅度会渐渐的趋于平衡，在达到测微头最大量程时还在继续的减小，因此并没有找到最小的记录。并认为X=0mm时为最小的0。
图3-1 电压-位移特性曲线图
通过光纤位移传感器的位移特性图可知：其图形被分为前坡和后坡两部分，在前坡输出电压随着位移的增大而增大并且达到最大值，并且前坡的增大的幅度比较大，在后坡输出电压随着位移的增大不再增大而是相应的减小，减小的幅度较小，并逐渐的趋于稳定。通过图形可以看出前坡的范围窄，灵敏度高，线性好，适用于测小位移和表面粗糙度。后坡的减弱与探头和被测表面之间的距离平方成反比。
前坡灵敏度以及非线性误差求解：将在最大值之前的值作为前坡的数据单独拿出来做处理同时去掉最前和最后的值，同样用excel的画图进行斜线的拟合得到如下的拟合直线，并计算出拟合的直线表达式。
前坡部分的位移特性图如下所示：
图3-2 前坡部分的位移曲线图
通过拟合出来的直线为
V=0.6321X+0.1651 （ X≤2.5 mm）（3-1）
4. 误差分析
本试验的误差主要来自于试验台数显表电压读数的相对不准确性，实验中对平衡点的获取也会对结果造成一定的影响。
结论
（1） 通过图形可以看出前坡的范围窄，灵敏度高，线性好，适用于测小位移和表面粗糙度。
（2）本试验中光纤传感器的位移特性和电压值变化关系为V=0.6321X+ 0.1651 （ X≤2.5 mm）。
参考文献
[1] 刘迎春，叶湘滨.现代新型传感器原理与应用.北京：1998年1月版；15-23.
[2] 陈世涛.大学物理实验教程.四川：2011年2月第一版；4-19.
[3] 袁长坤.物理量测量.北京：2004年1月第一版；59-65和213-215.