光纤传感实验讲义.doc

实验一光纤位移传感器实验
一、实验目的
了解光纤位移传感器工作原理及其性能。
二、实验内容
光纤位移传感器输出电压与位移的关系实验。
三、实验仪器
ZY130Fsens12SB(光电传感器实验台)主机箱一台
光纤传移传器实验模板一个
PSD传感器及位移装置一套
螺旋测微头一个
反射面一个
反射式光纤一根
导线若干
四、实验原理
如图是线性位移测量装置,
2a
光从光源耦合到输入光纤射向被测物体,再被反射回另一光纤,由探测器接收。设两根光纤的距离为d,每根光纤的直径为2a,数值孔径为N,如图所示,这时
由于,所以式可以写为
很显然,当时,即接收光纤位于光纤像的光锥之外。两光纤的耦合为零,无反射进入接收光纤:当时,即接收光纤位于光锥之内,两光纤耦合最强,接收光纤达到最大值。
的最大检测范围为。
输出光纤
输入光纤
如果要定量的计算光耦合系数,就必须计算出输入光纤像的发光锥体与接收锥体与接收光纤端面的交叠面积,如图所示,由于接收光纤芯径很小,常常把光锥边缘与接收光纤芯交界弧线看成是直线。通过对交叠面简单的几何分析,不难得到交叠面积与光纤端面积之比。即
——光锥底与输入光纤芯端面交叠扇面的宽
a
光纤发射锥与接收端面重叠面积计算示意图
三角形△ABC面积
扇形面积
其中:
输入光纤的光与光纤芯交叠面积之比
本实验采用的传光型光纤,它由两束光纤混合后组成,两光束混合后的端部是工作端亦称探头,它与被测体相距X,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量,而光电转换器的电量大小与间距X有关,因此可用于测量位移。
五、实验步骤
1、根据图1-1安装光纤位移传感器,光纤二束插入实验板上的座孔上。其内部已和发光管D及光电转换管T相接。
图1-1 光纤位移传感器
2、将主机箱的电压表接到实验模块和“⊥”,将实验模块的“±15V”和“GND”插孔与主机箱中的稳压电源“±15V”极其“⊥”分别对应相连,见图1-2。
图1-2
调节测微头,使探头与发射面圆平板接触。
打开电源开关,调RP使数显表显示为零。
旋转测微头,使被测体郭开探头,,将其填入表1-1。
表1-1 光纤位移传感器输出电压与位移数据
X(mm)










U(V)
X(mm)










U(V)
3、根据上表,作光纤位移传感器的位移特性曲线,计算在量程1mm时灵敏度和非线性误差。
六、实验报告
测量光纤位移传感器输出电压与位移的关系,填入表中,并做出特性曲线。
七、实验思考题
根据特性曲线,试想一下光纤位移传感可做哪些测量?
八、实验测试点说明
“+15V”、“GND”、“-15V”为电源引入口,接主机的“+15V”、“⊥”、“-15V”;“Vo”及其下方插孔为输出电压检测点,分别接主机箱电压表“+”、“-”。
实验二 Mach-Zehnder光纤干涉实验
实验目的
掌握光纤Mach-Zehnder干涉仪的基本原理;
实验操作调试Mach-Zehnder