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光纖傳感器位移特性：光纖傳感器實驗模塊_光纖傳感器位移特性實驗

光纖傳感器位移特性實驗報告

一、實驗目的：

了解反射式光纖位移傳感器的原理與應用。

二、實驗儀器：

光纖位移傳感器模塊、

Y

型光纖傳感器、測微頭、反射面、直流電源、數顯電壓表。

三、實驗原理：

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

36-1

所示：光纖采用Ｙ

型結構，

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，通過光纖傳輸，射向反射面，再被反射到接收光纖，最

后由光電轉換器接收，

轉換器接收到的光源與反射體表面的性質及反射體到光纖探頭距離有

關。

當反射表面位置確定后，

接收到的反射光光強隨光纖探頭到反射體的距離的變化而變化。

顯然，

當光纖探頭緊貼反射面時，

接收器接收到的光強為零。

隨著光纖探頭離反射面距離的

增加，

接收到的光強逐漸增加，

到達最大值點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量，具有探頭小，響應速度快，測量線性化(在小位移范圍內)

等優點，可在小位移范圍內進行高速位移檢測。

圖

36-1

反射式光纖位移傳感器原理

圖

36-2

光纖位移傳感器安裝示意圖

四、實驗內容與步驟

1

．光纖傳感器的安裝如圖

36-2

所示，將

Y

型光纖安裝在光纖位移傳感器實驗模塊上。

探頭對準鍍鉻反射板，調節光纖探頭端面與反射面平行，

距離適中；固定測微頭。

接通電源

預熱數分鐘。

2

．將測微頭起始位置調到

14cm

處，手動使反射面與光纖探頭端面緊密接觸，固定測

微頭。

3

．實驗模塊從主控臺接入±

15V

電源，打開實驗臺電源。

4

．將模塊輸出“

Uo

”接到直流電壓表(

20V

檔)

，仔細調節電位器

Rw

使電壓表顯示

為零。

5

．旋動測微器，使反射面與光纖探頭端面距離增大，每隔０

.1

ｍｍ讀出一次輸出電壓

Ｕ值，并記錄。

五、數據記錄與分析

1

、數據記錄表格

光纖傳感器位移特性：光纖傳感器的位移特性實驗

實驗二十五

光纖傳感器的位移特性實驗

一、實驗目的

了解光纖位移傳感器的工作原理和性能。

二、實驗內容

用傳光型光纖測位移。

三、實驗儀器

光纖傳感器、光纖傳感器實驗模板、數顯單元、測微頭、直流源、反射面（用電渦流傳
感器的鐵測片做反射面）
。

四、實驗原理

本實驗采用的是傳光型光纖，它由兩束光纖混合后，組成
Y
型光纖，半園分布即雙
D
型一束光纖端部與光源相接發射光束，
另一束端部與光電轉換器相接接收光束。
兩光束混合
后的端部是工作端亦稱探頭，
它與被測體相距
X
，
由光源發出的光纖傳到端部出射后再經被
測體反射回來，
另一束光纖接收光信號由光電轉換器轉換成電量，
而光電轉換器轉換的電量
大小與間距
X
有關，因此可用于測量位移。

五、實驗注意事項

1
、實驗時注意光纖探頭與反射面保持平行，調整光纖探頭使其位于反射面的圓心上。

2
、實驗前應用紙巾擦拭反射面，以保證反射效果。

六、實驗步驟

1
、
根據圖
9
－
1
安裝光纖位移傳感器，
二束光纖插入實驗板上的座孔上。
其內部已和發
光管
D
及光電轉換管
T
相接。

圖
9
－
1
光纖傳感器安裝示意圖

2
、將光纖實驗模板輸出端
VO1
與數顯單元相連，見圖
9
－
2
。

光纖傳感器位移特性：光纖傳感器的位移特性實驗數據.doc

表1 光纖傳感器的位移特性實驗結果
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 光纖傳感器的動態位移實驗結果
頻率f/Hz 2 3 4 5 6 7 Up-p 0.5089 0.5169 0.5408 0.6785 0.5527 0.6043 頻率f/Hz 8 9 10 11 12 Up-p 0.6517 0.7063 0.8858 1.0146 1.2887

圖5 頻率為1Hz時U-X的波形                          圖6 頻率為5Hz時Uo的波形

圖7 頻率為12Hz時Uo的波形（共振頻率14Hz）

光纖傳感器位移特性：光纖傳感器的位移特性研究

【摘要】研究光纖位移傳感器的工作原理和性能；測量光纖傳感器位移時，電壓值的大小并進行數據分析；研究光纖傳感器的位移特性和電壓值變化關系。
【關鍵詞】光纖位移傳感器 光纖位移
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：測量光纖傳感器在不同的位移時，其輸出電壓的定性關系。進一步認識光纖傳感器，了解影響光纖傳感器正常工作的因素。
1. 基本原理
本試驗采用的是導光型多模光纖，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射光，另一束端部與光電轉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，當它與被測體相距X時，由光源發出的光通過一束光纖射出后，經被測體反射由另一束光纖接收，通過光電轉換器轉換成電壓，該電壓的大小與間距X有關，因此可用于測量位移。
2. 實驗電路
3. 數據分析
通過上述的表格可以找出在X=2.6或者2.7mm時輸出電壓才達到最大值為1.618或者1.619V，但當繼續尋找最小值的時候并沒有找到，輸出電壓隨著位移的增大逐漸減小，但減小的幅度會漸漸的趨于平衡，在達到測微頭最大量程時還在繼續的減小，因此并沒有找到最小的記錄。并認為X=0mm時為最小的0。
圖3-1 電壓-位移特性曲線圖
通過光纖位移傳感器的位移特性圖可知：其圖形被分為前坡和后坡兩部分，在前坡輸出電壓隨著位移的增大而增大并且達到最大值，并且前坡的增大的幅度比較大，在后坡輸出電壓隨著位移的增大不再增大而是相應的減小，減小的幅度較小，并逐漸的趨于穩定。通過圖形可以看出前坡的范圍窄，靈敏度高，線性好，適用于測小位移和表面粗糙度。后坡的減弱與探頭和被測表面之間的距離平方成反比。
前坡靈敏度以及非線性誤差求解：將在最大值之前的值作為前坡的數據單獨拿出來做處理同時去掉最前和最后的值，同樣用excel的畫圖進行斜線的擬合得到如下的擬合直線，并計算出擬合的直線表達式。
前坡部分的位移特性圖如下所示：
圖3-2 前坡部分的位移曲線圖
通過擬合出來的直線為
V=0.6321X+0.1651 （ X≤2.5 mm）（3-1）
4. 誤差分析
本試驗的誤差主要來自于試驗臺數顯表電壓讀數的相對不準確性，實驗中對平衡點的獲取也會對結果造成一定的影響。
結論
（1） 通過圖形可以看出前坡的范圍窄，靈敏度高，線性好，適用于測小位移和表面粗糙度。
（2）本試驗中光纖傳感器的位移特性和電壓值變化關系為V=0.6321X+ 0.1651 （ X≤2.5 mm）。
參考文獻
[1] 劉迎春，葉湘濱.現代新型傳感器原理與應用.北京：1998年1月版；15-23.
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