實驗五反射式光纖位移傳感器一、 實驗?zāi)康牧私夥瓷涫焦饫w位移傳感器的結(jié)構(gòu)，學(xué)習(xí)和掌握最簡單、最基本的光纖位移傳感器的原理和應(yīng)用。二、 基本原理反射強度調(diào)制式光纖傳感器具有準(zhǔn)確、結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于各種位移、壓力和溫度傳感器中。反射式光纖位移傳感器的基本結(jié)構(gòu)如圖5-1所示，其中發(fā)射光纖通常由一根光纖構(gòu)成，接收光纖有時候由單根光纖構(gòu)成，而有些時候為了提高光的接收效率也經(jīng)常由多根光纖構(gòu)成。本實驗采用的傳光型光纖，它是由兩根光纖的一端熔合后組成的Y型光纖，一根作為發(fā)射光纖，端部與光源相接發(fā)射光束;另一根作為接收光纖，端部與光電轉(zhuǎn)換器相接接收反射光。兩根光纖熔合后的端部是工作端也稱傳感探頭，截面為半圓分布即D型結(jié)構(gòu)。由光源發(fā)出的光傳到端部出射后再經(jīng)被測體反射回來，由另一束光纖接收光信號經(jīng)光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成電壓信號。couplerreflectorcouplerreflector圖5-1反射式光纖位移傳感器示意圖傳光型光纖反射式位移傳感器的發(fā)射調(diào)制方法，可用等效分析法來分析。首先，畫出接收光纖關(guān)于反射體的鏡像，然后計算出該鏡像接收光纖在發(fā)射光纖纖端光場中所接收到的光強值，最后將該光強值乘以反射體的反射率R,作為傳感器的最后輸出光強。如圖5-2中的a圖所示。接收光纖的鏡像坐標(biāo)即它的等效坐標(biāo)位置為F(2z,d)，這里z為發(fā)射接收光纖的端面與反射體之間的距離，d為發(fā)射光纖軸心到接收光纖軸心之間的距離，由此可以獲得接收光纖接收到的光強為：I(Z)I(Z)二RI

0

G2[1+?(z/a)3/2tg0]2

0 c-exp[—g2a2[1+?(z/a)3/2tg0]20 0 c其中，I°為光源的光強，g為表征光纖折射率分布的相關(guān)參數(shù)，對于階躍折射率光纖,它的值為1,a°為光纖的纖芯半徑，?為光源種類及光源與光纖耦合情況有關(guān)的調(diào)制參數(shù),9為發(fā)射光纖的最大出射角。此函數(shù)的曲線形狀如圖5-2中的b圖所示。c

圖5-2反射式強度調(diào)制光纖傳感原理三、實驗儀器光纖傳感實驗儀主機，Y型光纖傳感器，三維調(diào)節(jié)架。四、實驗步驟1?根據(jù)圖5-3示意安裝光纖位移傳感器，發(fā)射光纖插入實驗儀的LED孔上，接收光纖插入PIN孔。Y形光纖耦合器的發(fā)射接收探頭固定在三維微調(diào)架上的反射鏡對應(yīng)的位置處。b.光纖傳感實驗儀主機41冊輸1ib.光纖傳感實驗儀主機41冊輸1i擠用：PIN—比孫測斟輸人冊常匸U 'J圖5-3反射式光纖傳感實驗圖調(diào)節(jié)光纖傳感端面，使之與反射鏡輕輕接觸，記錄此時z=0時的輸出電壓。增大光纖端面與反射鏡之間的距離，每隔0.2mm記錄1個數(shù)據(jù)，一直到z=lcm為止。以上步驟完成后，從z=1cm開始，減小光纖端面與反射鏡之間的間距，每隔0.2mm記錄一次輸出電壓值，一直到z=0為止。五、 數(shù)據(jù)處理根據(jù)測量數(shù)據(jù)畫出實驗曲線，計算測量曲線線性區(qū)的靈敏度。六、 思考題1．光纖位移傳感器測位移時對被測物體的表面有些什么要求？2．本實驗所使用的光纖是屬于什么類型的光纖？3．分析影響光纖位移傳感器的輸出光強的因素有哪些？設(shè)計性實驗：實驗六反射式光纖位移傳感器測量液面高度一、 實驗?zāi)康膶W(xué)習(xí)使用反射式光纖位移傳感器的測量方法，利用光纖位移傳感器測量液面高度。二、 實驗原理液面高度測量技術(shù)在工業(yè)應(yīng)用中十分普及，例如石油、化工等企業(yè)均會有大量的儲罐容器需要進行液位的測量。由于石油化工的易燃易爆有腐蝕性等原因，電傳感器無法應(yīng)用于這些場合，過去的液位測量多依靠人工完成，但隨著光纖技術(shù)的發(fā)展，光纖位移傳感器在液位測量領(lǐng)域中實現(xiàn)廣泛的應(yīng)用。本實驗利用實驗五所用的的實驗原理，將反射式光纖位移傳感器應(yīng)用于水面的液面高度測量。三、 實驗儀器光纖傳感實驗儀主機，反射式光纖位移傳感器組件，光纖夾具和支架，升降臺，燒杯。四、 實驗內(nèi)容實驗時學(xué)生自主設(shè)計，實驗完成后補充。要求：1、根據(jù)反射式光纖位