光纤传感器位移特性实验.doc

电气与控制工程学院实验室 实验报告 PAGE PAGE 1 黑龙江科技学院 综合性、设计性实验报告 实验项目名称 ： 光纤传感器位移特性实验 所属课程名称 ： 传感器工程实践 实 验 日 期 ： 2013年 月 日 班 级 学 号 姓 名 成 绩 电气与控制工程学院实验室 实验概述： 【实验目的及要求】 【实验目的】 1、通过实验使学生掌握各种传感器的工作原理； 2、掌握传感器的特性测试方法； 3、掌握传感器的特性实验数据处理方法； 4、培养和提高学生传感器特性测试系统设计和分析的能力； 5、通过该课程的学习扩大学生知识面，为今后的研究和技术工作打下坚实 的基础。 【设计要求】 1、掌握传感器的工作原理、测量电路的原理； 2、通过传感器特性系统的设计，多方面知识综合应用，全面提高能力； 3、为今后从事传感器工程方面的工作打下基础。 【实验原理】 1、传感器特性测试系统框图： 2、传感器测量电路原理图： 3、传感器特性测试系统的工作原理 本实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，因此光纤传感器可用于测量位移。 【实验环境】（使用的软件） 工具：直线位移执行器、光纤传感器、光纤传感器测量系统、数字电压表、测 微头 软件：特性软件SET2003 实验内容： 【实验方案设计】 设计要点： 光纤传感器是一种把被测量的状态转变为可测的光信号的装置。由光发送器发出的光经源光纤引导至敏感元件。这时，光的某一性质受到被测量的调制，已调光经接收光纤耦合到光接收器，使光信号变为电信号，最后经信号处理得到所期待的被测量。在光纤传感器特性测试实验中应注意以下几点： 光纤位移传感器具有前坡（0→最大），后坡（最大→最小）的原始输出特性。 外界光对测量具有一定影响，操作时应避免人员走动产生的光干扰。 光纤位移传感器离散性较大，输出特性可能是唯一的。 电压表分辨率为1/1999，即0.5/1000，并存在“±1”个字的量化误差，在系统精度范围外的数字跳动属正常现象。 调零时数显电压表需从20V档逐步减档。 实验之前应关闭所有未用单元的电源，避免干扰。 测微头的读数和实际位移之间的关系为：实际位移=15mm-测微头读数（测微头初始刻度旋在15mm处），记录实验结果时填实际位移值。 测微头要正确读数，避免机械间隙误差，测微头分辨力为0.01mm。 插计算机通讯线时注意对正小方形口。 10）记录实验数据时应反复测量几次取平均值作为结果，以得到更为准确的 实验数据。 11）传感器安装时探头应安装在连接杆上，连接杆插入直线位移执行器右边 靠里的支架内，探头应对准并顶住直线位移执行器圆盘上的小圆片。 12）实验之前光纤传感器测量系统的增益应大小适中，应使位移执行器全 范围移动时传感器及测量系统的输出在5V左右。 设计方案： 在本次试验中用到了光的反射、全反射。当光射到金属磁钢的表面时，发生反射，在光纤中传输的时候，发生全反射。 在这个实验中，位移是直线位移执行器光纤传感器之间的距离，位移的变化是通过测微头顶着直线位移执行器的圆盘进行移动而产生的。由于位移的变化是传感器的接受端光强发生变化。 应用的光纤传感器特性测量系统主要分为两部分，前部分提供光源，中间是光纤接入部分,后部分将反射回来的光信号转换成电信号,并经过放大电路从V0端输出。从V0传出的电信号可以通入电压表，进行读数。也可以通过特性软件进行测量。 【实验过程】（实验步骤、记录、数据、分析） （一）采用电压表记数： 在直线位移执行器圆盘右边靠外边的支架安装上测微头。测微头刻度旋在20mm处，并轻轻顶住直线位移执行器圆盘（使执行器为零位移），拧紧测量架顶部的固定镙钉。 在直线位移执行器圆盘上的小圆片上吸附一圆形磁钢，红点向外。 安装光纤传感器，光纤传感器探头安装在连接杆上，连接杆插入直线位移执行器右边靠里的支架内，探头对准并顶住直线位移执行器圆盘