直流电压下光纤传感器的位移特性实验实验二.doc

《传感器技术原理与应用》实验报告 实验一 直流电压下光纤传感器的位移特性实验 一、实验目的： 1.研究光纤传感器测位移的方法。 2.研究不用反射面对传感器位移特性的影响。 基本原理 反射式光纤位移传感器是一种传输型光纤传感器。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，射向反射片，再被反射到接收光纤，最后由光电转换器接收，转换器接受到的光源与反射体表面性质、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。当光纤探头紧贴反射片时，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。 实验结果记录 使用强反射的测量位移，记录结果。 位移量（mm） 电压（V） 位移量（mm） 电压（V） 0 0 1.2 0.394 0.1 0.052 1.1 0.404 0.2 0.084 1.0 0.392 0.3 0.131 0.9 0.380 0.4 0.186 0.8 0.352 0.5 0.234 0.7 0.313 0.6 0.285 0.6 0.269 0.7 0.313 0.5 0.237 0.8 0.347 0.4 0.171 0.9 0.370 0.3 0.123 1.0 0.380 0.2 0.075 1.1 0.384 0.1 0.029 1.2 0.386 0 0.004 1.3 0.382 2.使用粗糙的反射面测量，记录结果。 位移量（mm） 电压（V） 位移量（mm） 电压（V） 0 0.001 1.0 0.170 0.1 0.025 0.9 0.166 0.2 0.051 0.8 0.168 0.3 0.080 0.7 0.151 0.4 0.116 0.6 0.136 0.5 0.129 0.5 0.118 0.6 0.143 0.4 0.095 0.7 0.162 0.3 0.084 0.8 0.174 0.2 0.049 0.9 0.186 0.1 0.024 1.0 0.184 0.0 0.0 1.1 0.182 注：a.测量时，每隔0.1mm记录一次，直到电压开始降低。 b.两次测量均进行往返行程的测量。 实验结果分析 1.画折线图与直线拟合图 2.根据拟合直线计算： a.测量范围： 光滑反射面的拟合公式：； 粗糙反射面的拟合公式：; 答：光滑反射面的测量范围是0.2mm-0.8mm； 粗糙反射面的测量范围是0.2mm-0.6mm。 b.灵敏度： 答：光滑反射面的灵敏度为0.436； 粗糙反射面的灵敏度为0.216。 c.非线性误差： 答：由得， 光滑反射面时，非线性误差为0.934%； 粗糙反射面时，非线性误差为12.5%。 d.位移为0.5mm时的拟合误差是多少？ 答：光滑反射面时，位移为0.5mm时，拟合误差为0.220V， 粗糙反射面时，位移为0.5mm时，拟合误差为0.116V。 e.若传感器的输出电压为0.148V，则此时的位移量是多少？ 答：光滑反射面时，若输出电压为0.148V，则此时位移量为0.335mm； 粗糙反射面时，若输出电压为0.148V，则此时位移量为0.648mm。 根据强反射的测量范围进行如下设计，将传感器的线性输出电压，经过电路。使其输出电压为0—5V。 答：位移测量范围大概是0.2mm-0.8mm,故电压范围是0.089V-0.349V。为从零开始变化，需要添加一个减法器，即使范围变为0V-0.26V。然后经过一个放大电路，因为5/0.26=22.73，即需要的放大倍数为22.73。根据以上分析得图所示的电路图 第一个放大器做为减法器，第二个做放大器。 4.若用单片机对这个电压值进行8位A/D取样，将其标定，给出标定公式。 答：设模拟量为M，十进制数为N，则N/256=M/5;最后再将十进制数N转化成八位二进制。 五、回答问题 在数据的两端都有明显的非线性部分，这两个非线性段是如何产生的？ 答：在位移较小的时候，由于距离过近，使得反射的光线过于密集，强度高，因此，测得的电压呈现轻微非线性；而当位移较大的时候，由于距离过远，使得反射光线强度较小，此时外界光线影响较大，因此呈现较大的非线性。