实验五反射式光纤位移传感器实验.docx

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实验五反射式光纤位移传感器
一、实验目的了解反射式光纤位移传感器的结构，学习和掌握最简单、最基本: .
实验五反射式光纤位移传感器
一、实验目的了解反射式光纤位移传感器的结构，学习和掌握最简单、最基本的光纤位移传感器的原理和应用。
二、基本原理反射强度调制式光纤传感器具有准确、结构简单、价格低廉等优点，广泛应用于各种位移、压力和温度传感器中。反射式光纤位移传感器的基本结构如图5-1所示，其中发射光纤通常由一根光纤构成，接收光纤有时候由单根光纤构成，而有些时候为了提高光的接收效率也经常由多根光纤构成。本实验采用的传光型光纤，它是由两根光纤的一端熔合后组成的Y型光纤，一根作为发射光纤，端部与光源相接发射光束；另一根作为接收光纤，端部与光电转换器相接接收反射光。两根光纤熔合后的端部是工作端也称传感探头，截面为半圆分布即D型结构。由光源发出的光传到端部出射后再经被测体反射回来，由另一束光纤接收光信号经光电转换器转换成电压信号。
coupler
\reflector
图5-1反射式光纤位移传感器示意图
传光型光纤反射式位移传感器的发射调制方法，可用等效分析法来分析。首先，画出接收光纤关于反射体的镜像，然后计算出该镜像接收光纤在发射光纤纤端光场中所接收到的光强值，最后将该光强值乘以反射体的反射率R,作为传感器的最后输出光强。如图5-2中的a图所示。
接收光纤的镜像坐标即它的等效坐标位置为F(2z,d)，这里z为发射接收光纤的端面与反射体之间的距离，d为发射光纤轴心到接收光纤轴心之间的距离，由此可以获得接收光纤接收到的光强为：
I(Z)二
RI
0
G2[l+C(z/a)3/2tg0]
0c
-exp[—
d2
G2a2[1+匚(z/a)3/2tg0]2
00c
其中，Io为光源的光强，-为表征光纤折射率分布的相关参数，对于阶跃折射率光纤,
它的值为1,a为光纤的纤芯半径，匚为光源种类及光源与光纤耦合情况有关的调制参数,09为发射光纤的最大出射角。此函数的曲线形状如图5-2中的b图所示。
cb
b
«—i
a
2
|rVVVWb-b'3-ri■■■■Aj'ij'J
图5-2反射式强度调制光纤传感原理
三、实验仪器
光纤传感实验仪主机，Y型光纤传感器，三维调节架。
四、实验步骤
-3示意安装光纤位移传感器，发射光纤插入实验仪的LED孔上，接收光纤插入PIN孔。Y形光纤耦合器的发射接收探头固定在三维微调架上的反射镜对应的位置处。
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二］©二维调节架
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图5-3反射式光纤传感实验图
，使之与反射镜轻轻接触，记录此时z=0时