反射式光纤位移测量系统

毕业设计(论文)

题目

名称

专业名称 学生姓名 指

导

教

师

2011年 4月 20日

单位代码 10006 学 号 分 类 号 密 级

论文封面书脊

四号黑体字

四号黑体字

小四号黑体字

论

文

题

目

姓 名

北 京 大 学

独创性声明

我在此郑重申明，本人所提交的毕业设计（论文），是在导师指导下由本人独立完成的研究成果，对文中所引用他人的成果，均已进行了明确标注或得到许可。毕业设计（论文）中不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，不包含他人已申请毕业证书（学位）或其他用途使用过的成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示了谢意。

本人完全意识到本声明的法律结果，如有不实之处，由本人承担一切相关责任。

学生签名：

时间：年月日

反射式光纤位移测量系统

摘要

反射式光纤位移传感器由于具有原理简单、实现容易、工作可靠等诸多优点而受到越来越广泛的重视。本系统由于要同时兼顾高精度和大量程的要求，因此在反射式光纤位移传感器的一般原理上进行了新的设计，使它较好的达到了实际的设计要求。鉴于本项目中光纤传感头的设计与实现工作已经基本完成，本文主要侧重于对电路部分的设计与调试工作进行描述。

首先，本文将概述光纤传感器和光纤位移传感器的基本原理和特点，并且阐述选择反射式光纤位移传感器的原因。

其次，本文将讲述本系统中的核心部件－光纤传感头的基本工作原理，简述传感头的设计要求和实验曲线。

再次，本文将详细阐述本系统中光发射机的原理，设计过程和调试方法。并给出图表说明。

最后，本文将简要叙述光接收机调试工作，讲述系统电路部分所用的电子元件的基本工作原理，并会对实验的结果进行说明。

在附录中，本文还将给出一些必要的程序的系统设计资料，供参考之用。

关键词：反射式，光纤，位移，测量

Fiber-Optic Reflective Displacement Measuring System

Abstract

Fiber-optic reflective displacement sensor attracts much attention for its particular advantages, such as simply theory, easy realization, good stability and so on. With the requirement of wide measurement range and high precision, it is re-designed based on the basic principle of the simplest reflective fiber-optic sensor. For some work having been finished at the beginning of this project, I will mainly describe the electric circuit.

At first, I will introduce the characteristics, application and the present situation of optical fiber sensor, and then the principles of them, explaining the reason to choose the reflective type.

The second, I will describe the principle, design method, and the turning method of the light source. I will do it carefully.

At last, I will introduce the light receiver of the system, telling the way of some components works.

At the supplement, I will write some thing like program code, dialogs and so on. It may be helpful for the future design.

Key words:Reflective, Fiber-optic, Displacement, Measuring

目录

一、绪论 (5)

（一）课题背景及目的 (5)

（二）国内外研究状况 (5)

（三）课题研究方法 (5)

（四）论文构成及研究内容 (5)

二、平行进口有关知识产权理论分析 (6)

（一）地域性理论 (6)

1．地域性理论的涵义 (6)

2．地域性理论的历史发展 (7)

3．地域性理论的历史发展 (7)

（二）地域性理论 (7)

1．地域性理论的涵义 (7)

2．地域性理论的历史发展 (8)

3．地域性理论的历史发展 (8)

（三）地域性理论 (8)

1．地域性理论的涵义 (8)

2．地域性理论的历史发展 (8)

3．地域性理论的历史发展 (8)

（四）地域性理论 (8)

1．地域性理论的涵义 (8)

2．地域性理论的历史发展 (8)

三、平行进口有关知识产权理论分析 (9)

（一）地域性理论 (9)

1．地域性理论的涵义 (9)

2．地域性理论的历史发展 (9)

3．地域性理论的历史发展 (9)

（二）地域性理论 (9)

1．地域性理论的涵义 (9)

2．地域性理论的历史发展 (9)

3．地域性理论的历史发展 (9)

四、平行进口有关知识产权理论分析 (10)

（一）地域性理论 (10)

1．地域性理论的涵义 (10)

2．地域性理论的历史发展 (10)

3．地域性理论的历史发展 (10)

（二）地域性理论 (10)

1．地域性理论的涵义 (10)

2．地域性理论的历史发展 (10)

3．地域性理论的历史发展 (10)

结论 (11)

致谢 (12)

参考文献 (13)

附录 (14)

附录A 1/f频谱图 (14)

一、绪论

随着知识产权国际保护的加强和国际贸易的繁荣，由此引发的平行进口与知识产权保护之间的冲突也愈演愈烈。法学界一直在从理论上研究解决平行进口的可行性方案，并形成了两个具有代表性的理论：地域性理论和权利穷竭理论[1]。

（一）课题背景及目的

地域性（territoriality）理论以一条重要的法谚作为理论基础：统治权局限于管辖权的范围。它的基本涵义是知识产权的产生和存在具有严格的地域性，任何一个知识产权人依一国或地区的法律规定在一国或地区取得该项知识产权，其适用和效力仅在该国和地区内得到承认[2]。即依据不同法律产生的知识产权是相互独立的，不依赖于其他国家或地区的法律。知识产权人是依据不同国家或地区的法律分别付出了不同的代价而取得知识产权的。……

（二）国内外研究状况

地域性理论并不是一开始就存在的，它有自己的发展过程。知识产权制度的雏形是封建社会的地方官或封建君主，封建国家通过特别榜文、敕令的形式授予的一种特权。一定的敕令，当时只可能在发敕令的官员、君主或国家权力所及的地域内，才发生特权；越出有关的地域，该特权也就不复有效了[3, 6-9]。……

（三）课题研究方法

地域性（territoriality）理论以一条重要的法谚作为理论基础：统治权局限于管辖权的范围。……

（四）论文构成及研究内容

地域性理论并不是一开始就存在的，它有自己的发展过程。……

二、平行进口有关知识产权理论分析

随着知识产权国际保护的加强和国际贸易的繁荣，由此引发的平行进口与知识产权保护之间的冲突也愈演愈烈。法学界一直在从理论上研究解决平行进口的可行性方案，并形成了两个具有代表性的理论：地域性理论和权利穷竭理论。 （一）地域性理论 1．地域性理论的涵义

…………见公式（2.1）和公式（2.2）。

∑=Λ=k j n i i i u k V u P 0

1);,;()(ββ

（2.1）

)

)(()

()(212

12

2ρρρρ++=

s s o A s A

（2.2）

…………

…………如图2.1所示。

信噪比/dB

注：此图中的曲线对应关系与图2.2相同.

图2.1 部分相干解调与相干和非相干解调平均误码性能的比较

2．地域性理论的历史发展

地域性理论并不是一开始就存在的，它有自己的发展过程。知识产权制度的雏形是封建社会的地方官或封建君主，封建国家通过特别榜文、敕令的形式授予的一种特权[4]。3．地域性理论的历史发展

地域性理论并不是一开始就存在的，它有自己的发展过程。知识产权制度的雏形是封建社会的地方官或封建君主，封建国家通过特别榜文、敕令的形式授予的一种特权。（二）地域性理论

1．地域性理论的涵义

地域性（territoriality）理论以一条重要的法谚作为理论基础：统治权局限于管辖权的范围。

…………

…………如表2.1所示。

表2.1方法—干扰抑制结果

…………

2．地域性理论的历史发展

地域性理论并不是一开始就存在的，它有自己的发展过程。知识产权制度的雏形是封建社会的地方官或封建君主，封建国家通过特别榜文、敕令的形式授予的一种特权。……

3．地域性理论的历史发展

地域性理论并不是一开始就存在的，它有自己的发展过程。知识产权制度的雏形是封建社会的地方官或封建君主，封建国家通过特别榜文、敕令的形式授予的一种特权。……

（三）地域性理论

1．地域性理论的涵义

地域性（territoriality）理论以一条重要的法谚作为理论基础：统治权局限于管辖权的范围。……

2．地域性理论的历史发展

地域性理论并不是一开始就存在的，它有自己的发展过程。……

3．地域性理论的历史发展

地域性理论并不是一开始就存在的，它有自己的发展过程。……

（四）地域性理论

1．地域性理论的涵义

地域性（territoriality）理论以一条重要的法谚作为理论基础：统治权局限于管辖权的范围。……

2．地域性理论的历史发展

地域性理论并不是一开始就存在的，它有自己的发展过程。……

三、平行进口有关知识产权理论分析

随着知识产权国际保护的加强和国际贸易的繁荣，由此引发的平行进口与知识产权保护之间的冲突也愈演愈烈。法学界一直在从理论上研究解决平行进口的可行性方案，并形成了两个具有代表性的理论：地域性理论和权利穷竭理论。

（一）地域性理论

1．地域性理论的涵义

地域性（territoriality）理论以一条重要的法谚作为理论基础：统治权局限于管辖权的范围。……

2．地域性理论的历史发展

地域性理论并不是一开始就存在的，它有自己的发展过程。……

3．地域性理论的历史发展

地域性理论并不是一开始就存在的，它有自己的发展过程。……

（二）地域性理论

1．地域性理论的涵义

地域性（territoriality）理论以一条重要的法谚作为理论基础：统治权局限于管辖权的范围。……

2．地域性理论的历史发展

地域性理论并不是一开始就存在的，它有自己的发展过程。……

3．地域性理论的历史发展

地域性理论并不是一开始就存在的，它有自己的发展过程。……

四、平行进口有关知识产权理论分析

随着知识产权国际保护的加强和国际贸易的繁荣，由此引发的平行进口与知识产权保护之间的冲突也愈演愈烈。法学界一直在从理论上研究解决平行进口的可行性方案，并形成了两个具有代表性的理论：地域性理论和权利穷竭理论。

（一）地域性理论

1．地域性理论的涵义

地域性（territoriality）理论以一条重要的法谚作为理论基础：统治权局限于管辖权的范围。……

2．地域性理论的历史发展

地域性理论并不是一开始就存在的，它有自己的发展过程。……

3．地域性理论的历史发展

地域性理论并不是一开始就存在的，它有自己的发展过程。……

（二）地域性理论

1．地域性理论的涵义

地域性（territoriality）理论以一条重要的法谚作为理论基础：统治权局限于管辖权的范围。……

2．地域性理论的历史发展

地域性理论并不是一开始就存在的，它有自己的发展过程。……

3．地域性理论的历史发展

地域性理论并不是一开始就存在的，它有自己的发展过程。……

结论

致谢

参考文献

[1] 毛峡，丁玉宽．图像的情感特征分析及其和谐感评价[J] ．电子学报, 2001，

29(12A) ：1923-1927．

[2] 刘国钧，王连成．图书馆史研究[M] ．北京：高等教育出版社，1979：15-18，31．

[3] 毛峡．绘画的音乐表现[A] ．人工智能学会2001年全国学术年会论文集[C]．北京：北京邮电大学出版社, 2001：739-740．

……

附录附录A 1/f频谱图

…………如图A1所示。

图A1频谱图

实验五反射式光纤位移传感器实验

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。 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： ]] )/(1[exp[])/(1[)(2 2/30202222/3020c c tg a z a d tg a z RI z I θζσθζσ+-?+= 其中，0I 为光源的光强，σ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1，0a 为光纤的纤芯半径，ζ为光源种类及光源与光纤耦合情况有关的调制参数， c θ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。 reflector

常见光纤传感器比较

法布利-比罗特(简称FP)、布拉格光栅(简称FBG)和荧光式光纤传感器都是当前流行，技术上也比较先进的传感器。 精度 应该说它们都具有很高的精度，都可以满足绝大多数需求。但如果进行深入的探讨，从理论上，光纤光栅传感器所能达到的精度要为高。从加工的角度来说FP的传感精度主要决定于腔长的加工精度，而FBG的精度主要决定于光栅周期间距与有效折射率的控制。当加工精度都得到保证的时候，FBG将凭借其本身测量机理中优异线性度取胜。从传感原理可以看出，FP的腔长变化转化为Δλ是通过相位变化和干涉实现的，这是一个非线性过程，而FBG直接通过公式λB= 2neffΛ 实现有效折射率和光栅周期关于Δλ的转化，完全线性，理论上说将能提供更好的精度。除此以外，光纤光栅反射光在频域内较之FP干涉极大波包更为尖锐，因此对其中心谱线的测量也应当更为精确。荧光式测温精度主要取决于荧光物质受激发出荧光的特性和对荧光光强度变化的检测，目前的技术工艺水平，使其测量精度与前两种技术相当，其成本会随精度和测量范围而变化。但在实际产品中，测量精度受到具体厂家对产品本身的材料、工艺加工水平、信号解调器分辨率等客观因素的影响，还需要针对具体的产品进行具体对比。 集成度与组网 在这方面，FBG无疑有着很明显的优势。光纤光栅其本身的特点使得每个探点仅利用相当少的光源分量，绝大部分光都透过并继续传播。根据上文介绍，一根光纤上可以最多同时使用30个光栅，传输距离超过45km。这一特点无疑为组网带来巨大便利。同时波分复用等技术的使用，也提高了这一技术的可行性。总得来说FBG非常适合做大范围多节点的分布式测量。至于FP和荧光式，则对于小规模的网络将更容易实现。 复杂度 FP和荧光式系统的复杂度应当远低于FBG，其中荧光式最简单。正如原理部分所阐述，前两种传感器技术最终都归结到对Δλ的测量，明显的，因为FBG的信号弱，并且多伴有解复用要求，其系统要远复杂于FP。而荧光式属于光强检测，相对更加简单。 响应频率 响应频率更多的取决于网络的设计与滤波解调设备的响应速度。FBG需要一个高性能的解调解复用接收端，接收端的处理能力往往会影响到其响应频率。FP和荧光式因其相对简单，响应频率一般可以得到保证。 光源 根据上文的讨论，FBG对光源的要求相当高，需要大功率宽带光源或可调谐光源。而FP和荧光式的要求则要低得多，这得益于FP有较强的反射信号，及荧光式的光源仅需起到激发荧光的作用即可。 灵活性与适用范围 三者的探头都是相当小巧与灵活的，但是FBG显然要受制于其复杂的波长移位检测技术。在温度较高的环境中(300 °C) 左右，光栅将有可能被擦去。所以FBG不适用于较大的温度范围。

反射式光纤位移传感系统《专业综合训练》报告

燕山大学 专业综合训练报告 题目：反射式光纤位移传感系统 学院（系）：信息科学与工程技术学院年级专业： 09级光电子一班 学号： 0901******** 学生姓名：侯兴怀 指导教师：毕卫红

1 训练概况 1.1 训练目的 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，并为后续的学习指引方向。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： 1.了解光电技术的应用情况； 2.了解光纤传感器的制作、光参数的设计与实现方法； 3.了解电子电路的系统设计、焊接、制版，组装等工艺过程； 4.了解光电系统的安装、调试过程；学习分析、排除故障的方法； 5.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。 1.2 训练内容 训练内容： 光纤位移传感系统，属于强度调制光纤传感器是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。 1.3 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； 周二~周四：查阅资料，设计电路、了解其光学原理； 周五：对设计文件进行验收; 第2周： 元器件分选、电路焊接与调试、光纤组件制作; 地点：信息馆212 第3周： 进行电路仿真、程序编写调试 地点：信息馆201 第4周： 样机调试、位移传感系统测试数据提交、验收答辩； 总结并撰写训练报告 地点：信息馆212、201

光纤位移传感器实验

光纤位移传感器实验 一、实验目的 1、了解光纤位移传感器工作原理及其特性； 2、了解并掌握光纤位移传感器测量位移的方法。 二、实验内容 1、光纤位移传感器输出信号处理实验； 2、光纤位移传感器输出信号误差补偿实验； 3、光纤位移传感器测距原理实验； 4、利用光纤位移传感器测量出光强随位移变化的函数关系； 5、实验误差测量。 三、实验仪器 1、光线位移传感器实验仪1台 2、反射式光纤1根 3、对射式光纤2根 4、连接导线若干 5、电源线1根 四、实验原理 本实验仪通过光纤位移传感器位移测量实验，熟悉光纤结构特点及光纤数值孔径的定义，掌握光纤位移的测量原理，熟悉光路调整方法。 本实验仪可以完成反射式和对射式光纤位移传感器实验，重点研究光纤位移传感器的工作原理及其应用电路设计。 通常按光纤在传感器中所起的作用不同，将光纤传感器分成功能型称为传感 （或 型）和非功能型（传光型、结构型）两大类。功能型光纤传感器使用单模光纤，它 在传感器中不仅起传导光的作用，而且又是传感器的敏感元件。但这类传感器大制造上技术难度较大，结构比较复杂，且调试困难。 非功能型光纤传感器中，光纤本身只起传光作用，并不是传感器的敏感元件。它是利用在光纤端面或在两根光纤中间放置光学材料、机械式或光学式的敏感元件感受被测物理量的变化，使透射光或反射光强度随之发生变化。所以这种传感器也叫传输回路型光纤传感器。它的工作原理是：光纤把测量对象辐射的光信号或测量对象反射、散射的光信号直接传导到光电元件上，实现对被测物理量的检测。为了得到较大的受光量和传输光的功率，这种传感器所使用的光纤主要是孔径大的阶跃型多模光纤。该光纤传感器的特点是结构简单、可靠，技术上容易实现，便于推广应用，但灵敏度较低，测量精度也不高光纤位移传感器实位移测量器件，利用光纤传输光信号的功能，根据检测到的反射光的强度来测量被测反射表面的距离。 光纤位移传感器属于非功能型光纤传感器。 相关参数： 1、光源：高亮度白光LED,直径5mm 2、探测器：高灵敏度光敏三极管

光纤传感器位移特性实验

光纤传感器位移特性实验报告 一、实验目的： 了解反射式光纤位移传感器的原理与应用。 二、实验仪器： 光纤位移传感器模块、Y型光纤传感器、测微头、反射面、直流电源、数显电压表。三、实验原理： 反射式光纤位移传感器是一种传输型光纤传感器。其原理如图36-1所示：光纤采用Ｙ型结构，两束光纤一端合并在一起组成光纤探头，另一端分为两支，分别作为光源光纤和接收光纤。光从光源耦合到光源光纤，通过光纤传输，射向反射面，再被反射到接收光纤，最后由光电转换器接收，转换器接收到的光源与反射体表面的性质及反射体到光纤探头距离有关。当反射表面位置确定后，接收到的反射光光强随光纤探头到反射体的距离的变化而变化。显然，当光纤探头紧贴反射面时，接收器接收到的光强为零。随着光纤探头离反射面距离的增加，接收到的光强逐渐增加，到达最大值点后又随两者的距离增加而减小。反射式光纤位移传感器是一种非接触式测量，具有探头小，响应速度快，测量线性化（在小位移范围内）等优点，可在小位移范围内进行高速位移检测。 图36-1 反射式光纤位移传感器原理图36-2 光纤位移传感器安装示意图四、实验内容与步骤 1．光纤传感器的安装如图36-2所示，将Y型光纤安装在光纤位移传感器实验模块上。探头对准镀铬反射板，调节光纤探头端面与反射面平行，距离适中；固定测微头。接通电源预热数分钟。 2．将测微头起始位置调到14cm处，手动使反射面与光纤探头端面紧密接触，固定测微头。 3．实验模块从主控台接入±15V电源，打开实验台电源。 4．将模块输出“Uo”接到直流电压表（20V档），仔细调节电位器Rw使电压表显示为零。 5．旋动测微器，使反射面与光纤探头端面距离增大，每隔０.1ｍｍ读出一次输出电压Ｕ值，并记录。 五、数据记录与分析 1、数据记录表格 X（mm）0.10.20.30.40.50.60.70.80.9 1.0 Uo(V)0.080.180.280.400.520.640.750.870.97 1.06

反射式光纤位移传感器特性实验

仪器与电子学院实验报告 （操作性实验） 班级： 学号： 学生姓名： 实验题目：反射式光纤位移传感器特性实验 一、实验目的 1）掌握反射光纤位移传感器工作原理； 2）掌握反射光纤位移传感器静态特性标定方法。 二、实验仪器及器件 光纤、光电转换器、光电变换器、电压表、支架、反射片、测微仪。 三、实验内容及原理 反射式光纤位移传感器的工作原理如图3所示，光纤采用Y 型结构，两束多模光纤一端合并组成光纤探头，另一端分为两束，分别作为接收光纤和光源光纤，光纤只起传输信号的作用。当光发射器发生的红外光，经光源光纤照射至反射体，被反射的光经接收光纤至光电转换元件将接收到的光信号转换为电信号。其输出的光强决定于反射体距光纤探头的距离，通过对光强的检测而得到位移量。 图1 反射式光纤位移传感器原理及输出特性曲线 四、实验步骤 1、观察光纤结构：本仪器中光纤探头为半圆型结构，由数百根光导纤维组成，一半为光源光纤，一半为接收光纤。 2、将原装电涡流线圈支架上的电涡流线圈取下，装上光纤探头，探头对准镀铬反射片( 即

电涡流片)。 3、振动台上装上测微仪，开启电源，光电变换器Vo端接电压表。旋动测微仪，带动振 动平台，使光纤探头端面紧贴反射镜面，此时Vo输出为最小。然后旋动测微仪，使反射镜面离开探头，每隔0.5mm取一Vo电压值填入下表，作出V—X曲线。 4、根据所测数据求出平均值后，在坐标纸上画出输出电压-位移特性曲线（分前坡和后坡）， 计算灵敏度S=，并在坐标纸上画出V—X关系线性、灵敏度、重复性、迟滞曲线。 五、实验测试数据表格记录 表1 六、实验数据分析及处理 1、线性度： 图2 线性曲线

光纤位移传感器及其应用

《自动化检测技术及表》 课程设计报告 题目：光纤位移传感器及其应用学院： 专业：班级： 姓名：学号： 一摘要 本文介绍了光纤传感器的工作原理，组成结构，测量电路图，特性及相关参数选取等，因为光纤传感器种类繁多，能以高分辨率测量许多物理参数，与传统的机电类传感器相比具有很多优势，可用在民用，航空航天，电力工业等。着重讲在电力工业中得应用。光纤传感器是一种把光信号转化成电信号的传感器。

二光纤传感器的工作原理 反射式光纤位移传感器工作原理如图1所示，由于光纤有一定的数值孔径，当被测表面逐渐远离光纤探头时，射光纤照亮被测表面的面积越来越大，于是相应的发射光锥和接收光锥重合面积 B.越来越大，因而接收光纤端面上被亮的曰，区也越来越大，有一个线性增长的输出信号；当整个接收光纤被全部照亮时，输出信号就达到了位移一输出信号曲线上的“光峰点”，光峰点以前的这段曲线叫前坡区，在这区里输出信号的强度增加得非常快，可以用来进行微米的位移测量。 图1反射式光鼾位移传感器工柞原 图l反射式光纤位移传感器工作原理 三光纤传感器的组成结构 光电转换器T光电变换器T数显电压表 四测量电路原理及其特性 反射式光纤位移传感器的电路其实很简单。当光纤探头一端发射 出红外线另一端接受红外线，当发射的红外线经光纤照射在物体表面并反射回至接受端口，这时光电转换器转换成与反射光强度相对应的电压信号，通过光强的测定而实现对物体位移的测量。

mm 五光纤位移传感器的应用 电力工业中的设备大都处在强电磁场中，一般电类传感器无法使 用。很多情况下需要测量的地方处在高压中，如高压开关的在线监测 高压变压器绕组、发电机定子等地方的温度和位移等参数的实时测量 这些地方的测量需要传感器具有很好的绝缘性能、体积要小、而且是 无源器件，光纤光栅传感器是进行这些测量的最佳选择。有一些电力 设备经常位于难以到达的地方，如荒山野岭、沙漠荒原中的传输电缆 和中继变电站 , 使用分布式光纤光栅传感系统的遥测能力可以极大 地减少设备维护费用。 因此光纤光栅传感器在电力工业中的应用前景 很好。 利用法拉第效应的光纤传感器已被用于配电工业中高电压下的 大电流测量 , 但是由于线性双折射、温度和振动所引起的问题 , 限制 了这一技术的应用。 一种替代的方法是用常电流转换器、 压电元件和 光纤光栅组成的综合系统对大电流进行间接测量 [ 41 ] ,电流转换器 将电流转变成电压 , 电压变化使压电元件形变 , 形变大小由光纤光栅 传感器测量。另有一种改进的方法进一步改善了分辨率 [ 42 ] , 此方 法中光纤光栅传感器由基于光纤光栅的法 2泊腔代替。 知道高电压、 大功率设备 （如发(A)田當霹

国内外光纤传感器的发展现状

国内外光纤传感器的发展现状 2011-6-29 8:25:44 讯石光通讯咨询网作者：iccsz 摘要:本文将分析光纤传感器国内外发展的现状。主要介绍了两方面的情况：光纤传感器原理性研究的发展现状和光纤传感器产品的应用与开发的现状。 本文将分析光纤传感器国内外发展的现状。主要介绍了两方面的情况：光纤传感器原理性研究的发展现状和光纤传感器产品的应用与开发的现状。前者报道了光纤光栅、分布式光纤传感技术以及光纤传感网的发展，这些是目前的研究热点；后者介绍了光层析成像技术、智能材料、光纤陀螺及惯性导航系统、工业工程类传感器（其中包括电力工业用高电压、大电流传感器，利用光纤的弹光效应和FBG器件的应力传感器等）。最后介绍了新型光纤材料与器件、氟化物玻璃光纤，碳涂覆光纤、以及正在研究中的蜂窝型波导光纤、液晶光纤等。 一、引言 随着密集波分复用DWDM技术、掺铒光纤放大器EDFA技术和光时分复用OTDR技术的发展和成熟，光纤通信技术正向着超高速、大容量通信系统的方向发展，并且逐步向全光网络演进。在光通信迅猛发展的带动下，光纤传感器作为传感器家族中年轻的一员，以其在抗电磁干扰、轻巧、灵敏度等方面独一无二的优势，已迅速成长为年成交额超过10亿美金，并预计将于2010年拥有超过50亿美金市场的产业。每年由美国光学工程师学会(OSA)主办的光纤传感国际会议（OFS）及时报道着光纤传感领域的最新进展，并对光纤传感及其相应技术进行有益的研讨。 当前，世界上光纤传感领域的发展可分为两大方向：原理性研究与应用开发。随着光纤技术的日趋成熟，对光纤传感器实用化的开发成为整个领域发展的热点和关键。由于光纤传感技术并未如光纤通信技术那样迅速地获得产业化，许多关键技术仍然停留在实验室样机阶段，距商业化有一定的距离，因此光纤传感技术的原理性研究仍处于相当重要的位置。由于很多光纤传感器的开发是以取代当前已相当成熟，可靠性和成本已得到公认，并已经被广泛采用的传统机电传感系统为目的，所以尽管这些光纤传感器具有如电磁绝缘、高灵敏度、易复用等诸多优势，其市场渗透所面临的困难和挑战是可想而知的。而那些具有前所未有全新功能的光纤传感器则在竞争中占有明显优势，FBG和其它的光栅类传感器就是一个最好的例证。当前的原理性研究热点集中于光纤光栅（FBG和LPG）型传感器和分布式光纤传感系统两大板块。 FBG型光纤传感器自发明之日起，已走过了原理性研究和实验论证的百家争鸣阶段。目前成熟的FBG制作工艺已可形成小批量生产能力，而研究的焦点也转向解决高精度应用，完善解调和复用技术，以及降低成本等几个方向上。另一方面，由于光纤传感器具有将传输与传感媒质合而为一的特性，使得沿布设路径上的光纤可全部成为敏感元件，因此，分布式传感成为光纤传感器与生俱来的优点。 对于光纤传感技术的应用研究主要有以下四大类：光（纤）层析成像技术（OCT，OPT）、智能材料（SMART MATERIALS）、光纤陀螺与惯导系统（IFOG，IMIU ）和常规工业工程传感器。另外，由于光纤通信市场需求的带动以及传感技术的特殊要求，新型器件和特种光纤的研究成果也层出不穷。 目前，我国的光纤传感器研究大多数集中于大专院校和科研单位，仍然未完成由实验室向产品化的过渡。其中，比较成熟的技术包括：清华大学光纤传感中心与总后合作研制开发的光纤油罐液位与温度测量系统，已经安装运行数年；北京航空航天大学与总装合作研制的光纤陀螺系统，目前指标为0.2°/hr ；中国计量学院研制的分布式光纤传感系统，已有产品报道；华中理工大学与广东某公司联合研制的强电压、大电流传感系统。此外，在广东、深圳等地，还建立了许多光纤无源器件生产厂

光纤传感器-位移测量

实验四光纤传感器————位移测量 实验目的 1、光纤位移传感器的结构与工作原理。 2、光纤传感器的输出特性曲线。 实验原理 反射式光纤位移传感器是一种传输型光纤传感器。其原理如图1所示：光纤采用Ｙ型结构，两束光纤一端合并在一起组成光纤探头，另一端分为两支，分别作为光源光纤和接收光纤。光从光源耦合到光源光纤，通过光纤传输，射向反射片，再被反射到接收光纤，最后由光电转换器接收，转换器接受到的光源与反射体表面性质、反射体到光纤探头距离有关。当反射表面位置确定后，接收到的反射光光强随光纤探头到反射体的距离的变化而变化。显然，当光纤探头紧贴反射片时，接收器接收到的光强为零。随着光纤探头离反射面距离的增加，接收到的光强逐渐增加，到达最大值点后又随两者的距离增加而减小。图2所示就是反射式光纤位移传感器的输出特性曲线，利用这条特性曲线可以通过对光强的检测得到位移量。反射式光纤位移传感器是一种非接触式测量，具有探头小，响应速度快，测量线性化（在小位移范围内）等优点，可在小位移范围内进行高速位移检测。 图1 反射式位移传感器原理 图2 反射式光纤位移传感器的输出特性

实验所需部件： 光纤（光电转换器）、光电传感器模块、{光纤光电传感器实验模块}、支架、电压表示波器、螺旋测微仪、反射镜片 实验步骤： 1、观察光纤结构：本实验仪所配的光纤探头为半圆型结构，由数百根导光纤维组成，一半为光源光纤，一半为接收光纤。 2、连接主机与实验模块电源线及光纤变换器探头接口，光纤探头装上通用支架（原装电涡流探头），{探头支架}，探头垂直对准反射片中央（镀铬圆铁片），螺旋测微仪装上支架，以带动反射镜片位移。 3、开启主机电源，光电变换器V 端接电压表，首先旋动测微仪使探头紧贴反射镜片（如 两表面不平行可稍许扳动光纤探头角度使两平面吻合），此时V 输出≈0，然后旋动测微仪，使反射镜片离开探头，每隔0.2mm记录一数值并记入下表： Xm m 0 0. 2 0. 4 0. 6 0. 8 1 1. 2 1. 4 1. 6 1. 8 2 2. 2 2. 4 2. 6 2. 8 3 3. 2 3. 4 3. 6 3. 8 4 V 位移距离如再加大，就可观察到光纤传感器输出特性曲线的前坡与后坡波形，作出V-X 曲线，通常测量用的是线性较好的前坡范围。 注意事项： 1、光纤请勿成锐角曲折，以免造成内部断裂，端面尤要注意保护，否则会光通量衰耗加 大造成灵敏度下降。 2、实验时注意增益调节，输出最大信号以3V左右为宜，避免过强的背景光照射。 3、双支光纤三端面均经过精密光学抛光,其端面的光洁度直接会影响光源损耗的大小,需 仔细保护。禁止使用硬物、尖锐物体碰触，遇脏可用镜头纸擦拭。如非必要，最好不要自行拆卸，观察光纤结构一定要在实验老师的指导下进行。

光纤传感器的位移特性实验

实验二十五光纤传感器的位移特性实验 一、实验目的 了解光纤位移传感器的工作原理和性能。 二、实验内容 用传光型光纤测位移。 三、实验仪器 光纤传感器、光纤传感器实验模板、数显单元、测微头、直流源、反射面（用电涡流传感器的铁测片做反射面）。 四、实验原理 本实验采用的是传光型光纤，它由两束光纤混合后，组成Y型光纤，半园分布即双D 型一束光纤端部与光源相接发射光束，另一束端部与光电转换器相接接收光束。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，由光源发出的光纤传到端部出射后再经被测体反射回来，另一束光纤接收光信号由光电转换器转换成电量，而光电转换器转换的电量大小与间距X有关，因此可用于测量位移。 五、实验注意事项 1、实验时注意光纤探头与反射面保持平行，调整光纤探头使其位于反射面的圆心上。 2、实验前应用纸巾擦拭反射面，以保证反射效果。 六、实验步骤 1、根据图9－1安装光纤位移传感器，二束光纤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9－1 光纤传感器安装示意图 2、将光纤实验模板输出端VO1与数显单元相连，见图9－2。

图9－2光纤传感器位移实验接线图 3、调节测微头，使探头与反射面圆平板接触。 4、实验模板接入±15V电源，合上主控台电源开关，调RW使数显表显示值最小，然后微调测微头使数显表显示为0.000（电压选择置2V档）。 5、旋转测微头，被测体离开探头，每隔0.05mm读出数显表值，将其填入下表：（实验结论：1、本实验每隔0.05mm是相对位置，起始值看做0.05mm即可，无需从测微头上读绝对位置值。每旋转0.05mm，输出的电压的增量应该大致相等。2、由于学生做实验可能不能正确的找到起始点，导致采集的数据不在线性范围内，从而影响数据采集的线性度，可以让学生从选取的起始点开始计数，多计几组数据，然后选取线性度较好的十组数据，填入下表。3、如果只看本实验的线性情况，可选取十组较好的数据填入下表，若要看到光纤传 感器的整个变化趋势，则至少应该记录25组数据，其V—X曲线见思考题答案） 6、根据上表数据，作光纤位移传感器的位移——输出曲线图。计算在量程1mm时灵敏度和非线性误差。 七、实验报告 在实验报告中填写《实验报告二十五》，详细记录实验过程中的原始记录（数据、图表、 波形等）并结合原始记录进一步理解实验原理。 八、实验思考题 根据实验步骤（6）中的光纤位移传感器的位移——输出曲线图，分析其原理。 答：由光源发出的光经发射光纤传输后入射到被测物表面，经反射体反射后再经接收光 纤接收并传输至光敏元件。由于光纤有一定的数值孔径，当光纤探头紧贴反射体时，发射光 纤中的光不能发射到接收光纤中，因此接收光纤中无光信号；当光纤探头逐渐远离被测体时， 接收光纤中的光强越来越大，当整个接收光纤被全部照亮时，接收光强达到峰值；当反射体 继续远离时，将有部分反射光没有反射进Y型光纤束，接收到的光强逐渐减小。位移特性 如下图所示。

光纤传感器的应用研究

光纤传感器的应用研究 孙义才 2011301510103 电科三班 摘要：光纤传感技术是一门新的科学技术，也是信息社会的一个重要技术基础，在当代高科技中占有十分重要的位置。该技术是测量技术、半导体技术、计算机技术、信息处理技术、微电子学、光学、声学、精密机械、仿生学、材料科学等众多学科相互交叉的综合性高新技术和密集型前沿技术。本课题主要了解光纤导光的基本原理及其在传感技术上应用的物理基础，重点研究光纤传感器敏感的物理量、光纤传感器的基本类型及其相关应用。 关键词：传感器；光纤通信；禁带宽度；光纤传感温度计；光纤传感压强计。 1.序言 光纤传感技术是二十世纪七十年代左右随着光纤通信技术的萌芽而迅速建立起来的，通过以光波这一载体并光纤这一媒质，起到具有感知与信号传输的新型传感技术。作为被测量信号载体的光波和作为光波传播媒质的光纤，具有一系列独特的、其他载体和媒质难以相比的优点。传感技术是近几年热门的应用技术，传感器在朝着灵敏、精确、适应性强、小巧和智慧化的方向发展。在这一过程中，光纤传感器这个传感器家族的新成员倍受青睐。光纤具有很多优异的性能，例如：抗电磁干扰和原子辐射的性能，径细、质软、重量轻的机械性能，绝缘、无感应的电气性能，耐水、耐高温、耐腐蚀的化学性能等，它能够在人达不到的地方（如高温区），或者对人有害的地区（如核辐射区），起到人的耳目的作用，而且还能超越人的生理界限，接收人的感官所感受不到的外界信息。 现阶段，光纤传感领域在世界中的发展大致分为两大方面：应用开发与相关原理性研究。 2.1光纤传感器的结构原理 以电为基础的传统传感器是一种把测量的状态转变为可测的电信号的装置。它的电源、敏感元件、信号接收和处理系统以及信息传输均用金属导线连接，见图(a)。光纤传感器则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、敏感元件(光纤或非光纤的)、光接收器、信号处理系统以及光纤构成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。 可见,光纤传感器与以电为基础的传统传感器相比较，在测量原理上有本质的差别。传统传感器是以机—电测量为基础，而光纤传感器则以光学测量为基础。

常用的五类光纤传感器基本原理解析

常用的五类光纤传感器基本原理解析 根据被调制的光波的性质参数不同，这两类光纤传感器都可再分为强度调制光纤传感器、相位调制光纤传感器、频率调制光纤传感器、偏振态调制光纤传感器和波长调制光纤传感器。 1）强度调制型光纤传感器 基本原理是待测物理量引起光纤中传输光光强的变化，通过检测光强的变化实现对待测量的测量。恒定光源发出的强度为I的光注入传感头，在传感头内，光在被测信号的作用下其强度发生了变化，即受到了外场的调制，使得输出光强的包络线与被测信号的形状一样，光电探测器测出的输出电流也作同样的调制，信号处理电路再检测出调制信号，就得到了被测信号。 这类传感器的优点是结构简单、成本低、容易实现，因此开发应用的比较早，现在已经成功的应用在位移、压力、表面粗糙度、加速度、间隙、力、液位、振动、辐射等的测量。强度调制的方式很多，大致可分为反射式强度调制、透射式强度调制、光模式强度调制以及折射率和吸收系数强度调制等等。一般反射式强度调制、透射式强度调制、折射率强度调制称为外调制式，光模式称为内调制式。但是由于原理的限制，它易受光源波动和连接器损耗变化等的影响，因此这种传感器只能用于干扰源较小的场合。 2）相位调制型光纤传感器 基本原理是：在被测能量场的作用下，光纤内的光波的相位发生变化，再用干涉测量技术将相位的变化转换成光强的变化，从而检测到待测的物理量。相位调制型光纤传感器的优点是具有极高的灵敏度，动态测量范围大，同时响应速度也快，其缺点是对光源要求比较高同时对检测系统的精密度要求也比较高，因此成本相应较高。 目前主要的应用领域为：利用光弹效应的声、压力或振动传感器；利用磁致伸缩效应的电流、磁场传感器；利用电致伸缩的电场、电压传感器；利用赛格纳克效应的旋转角速度传感器(光纤陀螺)等。

光纤传感器的位移特性

光纤传感器的位移特性实验报告 一、实验目的 了解光纤位移传感器的工作原理和性能。 二、基本原理 本实验采用的是传光型光纤，它由两束光纤混合后，组成Y型光纤，半园分布即双D型一束光纤端部与光源相接发射光束，另一束端部与光电转换器相接接收光束。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，由光源发出的光纤传到端部出射后再经被测体反射回来，另一束光纤接收光信号由光电转换器转换成电量，而光电转换器转换的电量大小与间距X有关，因此可用于测量位移。 三、需用器件与单元 光纤传感器、光纤传感器实验模板、数显单元、测微头、直流源、反射面。 四、实验步骤 1、根据图1-6安装光纤位移传感器，二束光纤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1-6光纤传感器安装示意图

2、将光纤实验模板输出端V O1与数显单元相连，见图1-7。 图1-7光纤传感器位移实验接线图 2、调节测微头，使探头与反射面圆平板接触。 3、实验模板接入±15V电源，合上主控箱电源开关，调R W、使数显表显示为零。 4、旋转测微头，被测体离开探头，每隔0.1mm读出数显表值，将其填入表1-4。 表1-4光纤位移传感器输出电压与位移数据 5、根据表9－1数据，作光纤位移传感器的位移特性，计算在量程1mm时灵敏度和非线性误差。 五、实验数据处理 1、实验数据：

2、光纤传感器位移与输出电压特性曲线： 3、1mm时的灵敏度与非线性误差：

用最小二乘法拟合的直线为： 灵敏度为0.1458V/mm 在0.45mm处取最大相对误差为：0.07V 非线性误差为： 六、思考题 光纤位移传感器测位移时对被测体的表面有些什么要求？ 答：表面要干净没有污点，而且光洁度要好；再因为一定要可以反射光，因此一定不能出现黑色表面的情况。

浅谈反射式强度型光纤传感器

大学物理实验 光纤技术专题实验 学院 班级 学号 姓名 教师张丽梅 首次实验时间2012年9月17日

浅谈反射式强度型光纤传感器 摘要：本文通过物理实验的经历和收获和查阅相关资料，简要地论述了反射式强度型光纤传感器的工作原理，以及国内外对该类传感器研究现状，指出其存在的问题和解决方法。 关键词：反射式光纤传感器，反射面，强度调制，研究，发展趋势 1引言 通过光纤技术专题实验，我对光纤的结构和一般性质，光纤的耦合、传输及传感特性有了一定的了解，尤其是在做第三个实验“光纤传感”时，对反射式强度型光纤传感器产生了浓厚的兴趣。通过查阅资料等手段，写下了这篇浅显的论文。 2反射式强度型光纤传感器及其原理 反射式强度型光纤传感器（RIM-FOS:Reflective Intensity Modulated Fiber Optic Sensor）具有原理简单、设计灵活、价格低廉等特点，并已在许多物理量

( 如位移、转速、振动等) 的测量中获得成功应用。其结构原理如图1。 图2 与传统传感器是以机- 电测量为基础相比,，光纤传感器则以光学测量为基础。从本质上分析, 光就是一种电磁波, 其波长范围从极远红外的1nm 到极远紫外线的 10nm。电磁波 的物理作用和生物化学作用主要因其中的电场而引起。因此, 在讨论光的敏感测量时必须考虑光的电矢量E 的振动。通常用下式表示:E=Asin( ωt+")

式中A—电场E 的振辐矢量; ω—光波的振动频率;"— 光的相位; t—光的传播时间。由上式可见, 只要使光 的强度、偏振态( 矢量A的方向) 、频率和相位等参量 之一随波测量状态的变化而变化, 或者受被测量调制, 那么, 我们就有可能通过对光的强度调制、偏振调制、频率调制或相位的调制等进行解调, 获得我们所需要 的被测量的信息。最简单的反射式强度型光纤传感 ( RIMFOS)由光源、发送光纤、接收光纤、反射面以及 光电探测器组成.在图一中S 为光源, D 为检测器。光 源S 发出的光经发送 光纤束全反射传播, 到达反射面( 被测物) , 射 进入接收光纤束再次全反射传播到达检测器D, 测器D 输出相应的电信号U0。 U0=f( d) 在光纤芯半径r、光纤的数值孔径NA、反射面、 检测器已确定情况下, 输出电压U0 只是位移d 的函数。所以通过分析输出电压U0, 可以得到相应位移d的数值, 这样可以实现非接触微小位移的精密测量。

光纤传感器

光纤传感器 ①光纤传感器的基本原理 光纤传感器通过光导纤维把输入变量转换成调制的光信号。光纤传感器的测量原理有两种。 (1) 物性型光纤传感器原理 物性型光纤传感器是利用光纤对环境变化的敏感性，将输入物理量变换为调制的光信号。其工作原理基于光纤的光调制效应，即光纤在外界环境因素，如温度、压力、电场、磁场等等改变时，其传光特性，如相位与光强，会发生变化的现象。因此，如果能测出通过光纤的光相位、光强变化，就可以知道被测物理量的变化。这类传感器又被称为敏感元件型或功能型光纤传感器。 激光器的点光源光束扩散为平行波，经分光器分为两路，一为基准光路，另一为测量光路。外界参数（温度、压力、振动等）引起光纤长度的变化和相位的光相位变化，从而产生不同数量的干涉条纹，对它的模向移动进行计数，就可测量温度或压力等。 (2) 结构型光纤传感器原理 结构型光纤传感器是由光检测元件（敏感元件）与光纤传输回路及测量电路所组成的测量系统。其中光纤仅作为光的传播媒质，所以又称为传光型或非功能型光纤传感器。 图2 结构型光纤传感器工作原理示意图 (3) 拾光型光纤传感器原理 用光纤作为探头，接收由被测对象辐射的光或被其反射、散射的光。其典型例子如光纤激光多普勒速度计、辐射式光纤温度传感器等。

图3 拾光型光纤传感器工作原理示意图 ②光纤传感器的优点 与传统的各类传感器相比，光纤传感器用光作为敏感信息的载体，用光纤作为传递敏感信息的媒质，具有光纤及光学测量的特点，有一系列独特的优点。 (1) 电绝缘性能好。 (2) 抗电磁干扰能力强。 (3) 非侵入性。 (4) 高灵敏度。 (5) 容易实现对被测信号的远距离监控。 (6) 耐腐蚀，防爆。 (7) 光路有可挠曲性，便于与计算机联接。 (8) 结构简单，体积小，重量轻，耗电少等。 光纤传感器在军事、航空、医学、环境监测、土木工程、电子系统等很多领域都有广泛的应用，尤其适用于以下特殊环境： (1) 在高压、电磁感应噪音条件下的测试； (2) 在危险和环境恶劣条件下的测试； (3) 在机器设备内部的狭小间隙中的测试； (4) 在远距离的传输中的测试。

反射式光纤传感器原理操作步骤

五、注意事项 1.不得随意摇动和插拔面板上的各种元器件，以免造成实验仪不能正常工作。 2.光纤传感器弯曲半径不得小于5㎝，以免折断。 3.旋动螺旋测微丝杆尾帽中出现咔咔声表示不能继续前进，不能超过其量程。 4.在使用过程中，出现任何异常情况，必须立即关机断电以确保安全。 5.不得用手触摸反射面，以免影响实验结果。 六、实验操作 1）光路与机械系统组装调试实验 1.按照图3安装光纤传感器，把输入光纤、输出光纤分别插入实验板上的光源座孔和探测器PD座孔上，把光纤传感器探头安装在光纤卡架上。 图3 光纤传感器安装示意图 2.将发射和接收部分接入电路，探测器输出信号处理电路不接调零电路，输出端U0接入电路板上电压表。 3.调节光纤传感器探头，使探头与反射面接触。 4.选择智能可调档位200mv或者2v档位。 5.打开电源开关，调节螺旋测微丝杆使光纤传感器离开反射面，观察电压表显示变化，并分析。 6.关闭电源。 2）发光二极管驱动实验1.按照图3安装光纤传感器，把输入光纤、输出光纤分别插入实验板上的光源座孔和探测器PD座孔上，把光纤传感器探头安装在光纤卡架上。 2.仅仅把发射部分接入电路。 3.调节光纤传感器探头，使探头与反射面接触。 4.打开电源开关，调节螺旋测微丝杆使光纤传感器离开反射面，观察电压表显示变化，并分析。 5.关闭电源。 3）光电探测器PD接收实验 1.按照图3安装光纤传感器，把输入光纤、输出光纤分别插入实验板上的光源座孔和探测器PD座孔上，把光纤传感器探头安装在光纤卡架上。 2.仅仅把接收部分接入电路。 3.调节光纤传感器探头，使探头与反射面接触。 4.打开电源开关，调节螺旋测微丝杆使光纤传感器离开反射面，观察电压表显示变化，并分析。 5.关闭电源。 4）光纤位移传感器输出信号放大处理实验 1.按照图3安装光纤传感器，把输入光纤、输出光纤分别插入实验板上的光源座孔和探测器PD座孔上，把光纤传感器探头安装在光纤卡架上。 2.将发射和接收部分接入电路，探测器输出信号处理电路接调零电路，输出端U0接入电压表。 3.调节光纤传感器探头，使探头与反射面接触。 4.打开电源开关，调节螺旋测微丝杆使光纤传感器离开反射面某一距离后维持不动，调节增益旋钮，观察电压表显示变化，并分析。 5.关闭电源。 5) 光纤位移传感器输出信号误差补偿电路 1.按照图3安装光纤传感器，把输入光纤、输出光纤分别插入实验板上的光源座 7

光纤位移传感器工作特性研究

大学物理实验学期论文光纤位移传感器工作特性研究 学院：信息科学与工程学院 班级：电信六班 学号：201300121078 姓名：李广鹏 日期：2014.4.28

摘要： 通过介绍关于光纤位移传感器工作特性研究的实验，了解光纤位移传感器的特性。并且以测量纸张的厚度为例，介绍光纤位移传感器在厚度测量上的应用。 关键词：光纤；传感器；纸张；厚度 1．光纤简介 光纤在通信、图像传输等方面的应用为人熟知。其实光纤传感器在工农业、科研等领域有着更为广泛的应用。 光纤床干起是利用光纤的转换功能或传输功能而研制的传感器。光纤的传输特性对某些外界条件的变化（如压力、应变、温度以及电磁场）较为敏感。 利用光纤的这些敏感反映可研制出相应的传感器，可用于温度、应力、应变、粗糙度等七十多种物理量的测量，被誉为“万能传感器”，具有其他传感器不可媲美的诸多优点。 单根光导纤维的结构如图所示，它由纤芯、包层及护套组成，纤芯为直径很小的圆柱形透明电解质纤维（某种玻璃或塑料）制成。环绕纤芯的是一层圆柱形套层，称为包层。它的折射率与纤芯略有不同的玻璃或塑料制成，然后，用一层护套将它们包覆。光纤的导光能力取决于纤芯和包层的性能，光纤的强度由护套来维持。

2.实验目的： （1）了解光纤位移传感器的工作特性。 （2）学习Excel程序和计算器求斜率和相关系数。 （3）学习用光纤位移传感器测量微小长度量。 3.实验仪器： CSY998型传感器系统实验仪（右图）， 塞尺，待测工件，导线等。 4.实验原理； 如图所示为光纤位移传感器测量原理图。一束多股光纤（光源光纤）将光源发出的光投射到被测物体表面上，另一束多股光纤（接收光纤）用于接受被测物表面反射的光，两股光纤汇合处用有机玻璃固封，称作光纤位移传感器的探头。反射光经接收光纤、光电转换元件转换成电压信号后输出。输出电压的强弱决定于反射光强的大小。当光纤传感器探头的端口紧贴反射面时，光源光纤的出光口被挡住，接收光纤接收不到反射光，因此无电压信号输出， 随着反射面逐渐远离光纤探头端口，反射面被光纤发出的光照亮的区域A越来越大，发光光锥与接收光锥重合的面积B1越来越大，如图所示，传输到光敏元件上的光强逐渐变大， 传感器输出的电压信号也随之，接受光纤变大。当反射面移到某一位置时，接受光纤的整个端口C被全部照亮，因而输出电压达到最大值，称为“光峰点”。此 后当反射面继续远离时，尽管接收光纤的整个端口C仍然被全部照亮，由于单位面积内反射光的强度在减小，因而随着距离的增大，传输到光敏元件上的光强越来越小，传感器输出的电压值也就越来越小。 输出电压与距离的关系如图所示。光峰点之前的区段称为上升沿，光峰点之后的区段称为下降沿。在上升沿和下降沿，各有一个区域，输出电压与位移成线性关系。但上升沿斜率比较大，意味着电压对位移的变化比较敏感，灵敏度高，故可

反射式光纤位移传感器实验

反射式光纤位移传感器实验报告 一、实验内容 1、按照光路图搭建各类光学元件 2、用螺丝固定两侧推平移平台，侧推平移台装在滑块上，然后采用 FC=FC对接法兰连接半导体激光输出接口与塑料反射式传感光纤，塑 料反射式光鲜FC端口与功率计感应端口通过光纤法兰座固定。 3、塑料反射式传感光纤螺纹端夹持固定可调棱镜支架中，并调节可调 棱镜支架的调节旋钮使出射的光路与导轨平行。 4、调节反射镜与反射式光纤跳线之间距离，使得反射端紧贴反射镜， 调节旋钮使得反射光与入射光重合达到反射镜与光路垂直，直到显示 的功率接近0值。 5、固定反射镜与可调棱镜的位置，旋转沿光轴方向（导轨方向）xuan 转侧推平移台尺杆，使反射镜远离光纤发光端，并记录位移-功率值数 据并绘制实验图，在曲线图中线性最好的那一段可作为实际位移传感 器应用。 二、实验结果 三、实验分析 如图，线性较好的第一段（即位移在0-0.3mm间）满足线性化，可作为实际位移传感应用。反射式光纤位移传感器是一种传输型光纤传感器。光从光源耦合到光源光纤，通过光纤传输，射向反射片，再被反射到接收光纤，最后由光电

转换器接收，转换器接受到的光源与反射体表面性质、反射体到光纤探头距离有关。当反射表面位置确定后，接收到的反射光光强随光纤探头到反射体的距离的变化而变化。显然，当光纤探头紧贴反射片时，接收器接收到的光强为零。随着光纤探头离反射面距离的增加，接收到的光强逐渐增加，到达最大值点后又随两者的距离增加而减小。反射式光纤位移传感器是一种非接触式测量，具有探头小，响应速度快，测量线性化（在小位移范围内）等优点，可在小位移范围内进行高速位移检测。

光纤位移传感器

课程设计中期报告课题名称：光纤位移传感器 班级：2013级机电1班 组长：彭欢201307124101 组员：郑岩201307124123 马晓龙201307124117 张林201307124128

光纤位移传感器 重庆三峡学院机械工程学院机械电子专业2013级重庆万州 404000 摘要：光纤传感器的基本工作原理是将来自光源的光经过光纤送入调制器，使待测参数与进入调制区的光相互作用后，导致光的光学性质(如光的强度、波长、频率、相位、偏振态等)发生变化，称为被调制的信号光，再过利用被测量对光的传输特性施加的影响，完成测量. 绝缘子污秽、磁、声、压力、温度、加速度、陀螺、位移、液面、转矩、光声、电流、光纤传感器可用于位移、震动、转动、压力、弯曲、应变、速度、加速度、电流、磁场、电压、湿度、温度、声场、流量、浓度、PH值和应变等物理量的测量。光纤传感器的应用范围很广，几乎涉及国民经济和国防上所有重要领域和人们的日常生活，尤其可以安全有效地在恶劣环境中使用，解决了许多行业多年来一直存在的技术难题，具有很大的市场需求。 关键字：位移光纤传感器 1引言 光纤传感器的基本工作原理是将来自光源的光信号经过光纤送入调制器，使待测参数与进入调制区的光相互作用后，导致光的光学性质(如光的强度、波长、频率、相位、偏振态等)发生变化，成为被调制的信号源，在经过光纤送入光探测器，经解调后，获得被测参数。 1.1光纤位移传感器的发展 光纤传感器是最近几年出现的新技术，可以用来测量多种物理量，比如声场、电场、压力、温度、角速度、加速度等，还可以完成现有测量技术难以完成的测量任务。在狭小的空间里，在强电磁干扰和高电压的环境里，光纤传感器都显示出了独特的能力。光纤传感器有70多种，大致上分成光纤自身传感器和利用光纤的传感器。 1.2光纤位移传感器的特性 一。灵敏度较高 二。几何形状具有多方面的适应性，可以制成任意形状的光纤传感器 三。可以制造传感各种不同物理信息（声、磁、温度、旋转等）的器件； 四。可以用于高压、电气噪声、高温、腐蚀、或其它的恶劣环境； 五。而且具有与光纤遥测技术的内在相容性。附属说明：可以用来检测多种物理量，比如声场、电场、压力、振动、温度、加速度等，还可以完成现有检测工作中难以完成的检测任务。在狭小的空间里，在强电磁干扰和高电压的环境里，光纤传感器都显示出了超强的能力。目前光纤传感器已经有70多种，大致上分成光纤自身传感器和利用光纤传感器。近年来得到很好的发展，大多应用在低碳领域。在风力发电中，光纤传感工艺开始用于检测和优化风力发电风轮系统。作为发展最快的能源工艺，风轮的尺寸越来越大。这些风轮体积巨大，又安装在比较遥远的地点。监控工程师需要实时了解这些风轮的状态。因此，光纤传感器就能发挥其功效，帮助工程师了解风力发电机机组的运行情况。光纤传感器工艺耗能极低而且灵敏，特别在远距离传输中，信号稳定，受干扰小。这些特点使光纤传感器成为极端环境下的理想选择。