专业综合训练汇编.ppt

2016年秋季 信息学院 光电子工程系 2016-12-19 训练概况 题目：反射式光纤位移传感系统 学生：每3人一组 指导老师： 毕卫红、朱奇光、吴国庆、卢启柱、张保军 时间：第17~18周 地点：校内专业实验室 （信息馆201、301、212） 已调试样机的实验数据 光纤位移传感系统主机的原理框图 时间安排 第1周 周一 《专业综合训练》总体内容讲解，领取《专业综合训练》任务，确定分组情况； 地点：信息馆212、201 周二~周四：查阅资料，设计电路、了解其光学原理； 进行电路仿真、程序编写调试（推荐采用Proteus、keil软件） 地点：信息馆301、201 周五~第2周周二 元器件分选、电路焊接与调试、光纤组件制作； 地点：信息馆212 周三~周四 样机调试、系统测试数据提交、验收答辩； 地点：信息馆212、201 周五 总结并撰写训练报告 地点：图书馆或自习室 目的与任务 根据本专业的培养方向：电子科学与技术专业的学生应掌握电子学和光子学的基本理论、基本知识，要拥有光学技术、光传感等方面的专业知识。在大学本科阶段，注重培养学生的科学研究能力和实际工作能力，加强实践环节、加强基本技能训练。 专业综合训练是安排在大学四年级的一项教学实践环节，是在学生学习了本专业的全部专业基础课和部分专业课后安排的。通过理论与实践的结合，可使学生加深对所学知识的理解。同时使学生初步了解光电系统的设计、制作、调试过程，为将来走上工作岗位奠定基础。 本次训练应达到的目标是： 了解光电技术的应用情况； 了解光纤传感器的制作、光参数的设计与实现方法； 了解电子电路的系统设计、焊接、制版，组装等工艺过程； 了解光电系统的安装、调试过程；学习分析、排除故障的方法； 掌握反射式光纤位移传感器工作原理、传感系统测量位移的方法及仪器的标定方法。 提纲 训练内容 基本原理 报告要求 一、训练内容 设计并制作一台光纤位移传感实验仪（要投入本实验教学使用） 下图为哈工程研制的光纤位移传感实验仪 1.概述 光纤位移传感系统——利用待测物理量引起光强变化,通过检测光强的变化实现对待测物理量的测量，如位移、压力、振动、表面粗糙度等。 光纤传感实验仪是集教学和实验于一体的传感测量系统，它具有结构简单，灵敏度高，稳定性好，切换方便，应用范围广等特点。 反射式强度调制型光纤传感器 （RIM-FOS，Reflective Intensity Modulated Fiber Optic Sensor）是一种非功能型光纤传感器，光纤本身只起传光作用。 2、基本原理 反射式光纤传感器的原理如图1所示。光纤探头A由两根光纤组成，一根用于发射光，一根用于接收反射体反射的光，R是反射体。 光纤端面的排列方式 光纤探头A其端面光纤的排列方式，到目前为止各种文献出现过的就有10余种。 （图片来源：赵勇，光纤传感原理与应用技术，清华大学出版社） 图3 反射体R的不同设置方式 就外部调制非功能型光纤传感器而言，其光强响应特性曲线是这类传感器的设计依据。该特性调制函数可借助于光纤端出射光场的场强分布函数给出 接收到的光强可表示为 式中 （3） 这里，S为接收光面，即纤芯端面。 在纤端出射光场的远场区，为简便计，可用接收光纤端面中心点处的光强来作为整个纤芯面上的平均光强，在这种近似下，得到在接收光纤终端所探测到的光强公式为 如图1所示的光纤传感探头，当光纤传感器固定时，反射器可在光纤探头前作垂直于探头方向的移动。设反射面到探头的间距分别为x，则如图1（b）所示，光纤探头的调制函数为 由图可知，系统可工作在两个区域，前沿工作区和后沿工作。可以看出，当在前沿区域工作时可以有较高的灵敏度；当在后沿区域中工作时，可以获得较宽的动态范围。 光纤位移传感系统主机的原理框图 推荐使用的主要芯片及元件型号： STC12C5A60S2、MAX7219、LCD1602、DAC0832LCJ(20)、LM358、OPA2244、HFBR1527Z和HFBR2526Z等。 （相关资料详见附件PDF文件） 说明：此部分内容为第1周的重点设计内容。查阅资料、掌握系统基本原理、给出设计原理图。 3、报告要求 报告正文（宋体 小四） 系统原理框图必须用VISIO软件绘制； 报告正文应包含以下几部分：训练概况，包括目的、内容等；设计原理、系统原理框图、电路原理图、仿真图、程序流程图及调试过程等。并总结专业综合训练的心得与体会。 实验数据分析包括： 将探头与反射体距离固定在最大位置处，调节LED驱动电流（步长约1mA）绘制LED的P-I特性曲线；（反射光强与驱动电流的关系） 绘制出LED驱动电流为30