光纤位移传感器实验
光纤位移传感器实验报告
光纤位移传感器实验报告
实验报告
光纤位移传感器实验报告
一、实验目的
本次实验旨在掌握光纤位移传感器的原理和应用，通过实验了解其测量精度和稳定性。
二、实验原理
光纤位移传感器是一种基于菲涅尔衍射原理的传感器。
其基本原理是将激光光源照射到一根光纤上，光纤的端面形成一定的折射角，使得光束沿着光纤内部进行传输，当光纤存在位移时，光束经过光纤端面的折射角发生变化，从而产生了光程差。
通过检测光程差的变化，可以测量出位移的大小。
三、实验步骤
1.按照实验要求搭建实验装置，其中包括激光光源、光路系统、待测物体、光功率检测器等。
2.调节激光光源的位置和光路系统的组成，使得激光能够正常
发出。
3.将光纤位移传感器连接到待测物体上，确保其位置不变。
4.调整光纤位移传感器上的折射角，使得检测光束经过光纤后
能够与基准光束相互衍射。
5.通过光功率检测器检测检测光束的功率变化，计算出待测物
体的位移。
四、实验结果与分析
经过实验发现，光纤位移传感器在测量位移时具有较高的精度
和稳定性。
我们通过调整折射角和光纤的长度，可以进一步提高
其测量精度和稳定性。
在实验中我们还发现，光纤位移传感器对外界环境的干扰较小，可以在恶劣的环境下正常工作。
五、实验结论
通过本次实验，我们成功地掌握了光纤位移传感器的原理和应用，实验结果表明，光纤位移传感器具有较高的测量精度和稳定性，在工业生产和科学研究中具有广泛的应用前景。
光纤传感器的位移测量与及数值误差分析实验
光纤传感器的位移测量与及数值误差分析实验一、实验原理1.光纤传感器工作原理2.实验仪器和材料（1）光纤传感器：包括光源、探头和电子控制单元。
（2）被测物体：选择一个具有一定位移范围的物体，如斜坡或弹簧。
（3）信号处理器：用于采集和处理光纤传感器的输出信号。
3.实验步骤（1）将光纤传感器的探头安装在被测物体上，并将光源和电子控制单元连接好。
（2）调整光纤传感器的位置和方向，使其能够正确地检测到被测物体的位移。
（3）通过信号处理器采集光纤传感器的输出信号，并进行相应的数据处理。
（4）对被测物体进行一系列的位移变化，记录光纤传感器的输出信号，并计算位移值。
（5）分析和比较测量结果，评估光纤传感器的测量精度和可靠性。
二、数值误差分析1.线性度误差线性度误差是指光纤传感器在测量范围内的输出与被测物体实际位移之间的偏差。
通过在不同位移范围内进行测量，可以绘制出光纤传感器的输入输出曲线，并通过拟合得到线性度误差。
2.灵敏度误差灵敏度误差是指光纤传感器输出信号的增益与被测物体位移之间的偏差。
通过改变被测物体的位移步长，可以测量得到不同位移值下的输出信号，并计算灵敏度误差。
3.常数误差常数误差是指光纤传感器输出信号在零位移点上的固有偏移。
可以通过将被测物体置于零位移点附近，记录测量结果，并计算常数误差。
4.稳定性误差稳定性误差是指光纤传感器在长时间测量过程中输出信号的波动。
通过对输出信号进行连续测量，并统计其标准差，可以评估光纤传感器的稳定性。
5.总误差估计将上述各项误差进行合并，可以得到光纤传感器的总体误差估计。
同时，也可以根据具体的应用需求，确定误差允许范围，评估光纤传感器的适用性。
通过以上实验步骤和数值误差分析，可以深入了解光纤传感器的位移测量原理，并评估其测量精度和可靠性。
同时，针对实验结果中的误差，可以进一步优化光纤传感器的设计和应用。
光纤测位移实验报告
一、实验目的1. 理解光纤位移传感器的原理和结构。
2. 掌握光纤位移传感器的操作方法和数据处理技巧。
3. 通过实验验证光纤位移传感器的测量精度和稳定性。
二、实验原理光纤位移传感器是利用光纤的传输特性，将光信号作为信息载体，通过测量光信号的强度、相位、频率或偏振态等变化，实现对位移的测量。
本实验采用的光纤位移传感器为反射式光纤位移传感器，其工作原理如下：1. 激光光源发出的光经光纤传输到传感器探头。
2. 光探头将光束照射到被测物体表面，部分光被反射回来。
3. 反射光经光纤传输至光电转换器，将光信号转换为电信号。
4. 通过分析电信号的变化，可以计算出被测物体的位移。
三、实验仪器与设备1. 光纤位移传感器一套2. 激光光源一台3. 光电转换器一台4. 测微头一台5. 数显电压表一台6. 光功率计一台7. 光纤连接器若干8. 反射面一块9. 实验台一个四、实验步骤1. 搭建实验装置：将光纤位移传感器、激光光源、光电转换器等设备连接好，确保各部件连接牢固，信号传输畅通。
2. 调整激光光源：调节激光光源的输出功率，确保光信号强度适中。
3. 设置测微头：将测微头与被测物体固定，确保测微头能够精确测量被测物体的位移。
4. 调整光纤探头：将光纤探头放置在测微头前端，确保光纤探头与被测物体表面紧密接触。
5. 数据采集：启动实验设备，观察数显电压表和光功率计的读数，记录被测物体的位移和相应的电信号变化。
6. 数据处理：根据实验数据，分析光纤位移传感器的测量精度和稳定性。
五、实验结果与分析1. 测量精度：通过多次实验，分析光纤位移传感器的测量精度。
实验结果表明，光纤位移传感器的测量精度较高，能够满足实际应用需求。
2. 稳定性：观察光纤位移传感器的输出信号，分析其稳定性。
实验结果表明，光纤位移传感器的输出信号稳定，具有良好的重复性。
3. 影响因素：分析实验过程中可能影响测量结果的因素，如光纤连接质量、环境温度等。
六、实验结论1. 光纤位移传感器是一种可靠的位移测量工具，具有测量精度高、稳定性好、抗干扰能力强等优点。
光纤位移传感器静态实验
实验三光纤位移传感器静态实验
实验目的：了解光纤位移传感器的原理结构、性能。
实验原理：反射式光纤位移传感器的工作原理如图3A所示，光纤采用Y型结构，两束多膜光纤一端合并组成光纤探头，另一端分为两束，分别作为光源光纤和接收光纤，光纤只起传输信号的作用，当光发射器发出的红外光，经光源光纤照射至反射面，被反射的光经接收光纤至光电转换器将接受到的光纤转换为电信号。
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的位移量如图3A所示
图3A
所需单元及部件：主副电源、差动放大器、F/V表、光纤传感器、振动台。
实验步骤：
(1)观察光纤位移传感器结构，它由两束光纤混合后，组成Y形光纤，探头固定在Z型安装架上，外表为螺丝的端面为半圆分布的光纤探头。
(2)了解振动台在实验仪上的位置（实验仪台面上右边的圆盘，在振动台上贴有反射纸作为光的反
射面。
）
(3)如图3B接线：因光/电转换器内部已按装好，所以可将电信号直接经差动放大器放大。
F/V显
示表的切换开关置2V档，开启主、副电源。
(4)旋转测微头，使光纤探头与振动台面接触，调节差动放大器增益最大，调节差动放大器零位旋钮使电压表读数尽量为零，旋转测微头使贴有反射纸的被测体慢慢离开探头，观察电压读数由小-大-小的变化。
(5)旋转测微头使F/V电压表指示重新回零；旋转测微头，每隔0.5mm读出电压表的读数，并将其填入下表：
(6)关闭主、副电源，把所有旋钮复原到初始位置
图3B
(7)作出V-△X曲线，计算灵敏度S=△V/△X及线性范围。
1。
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(或称为传感型)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5mm2、探测器：高灵敏度光敏三极管3、反射式光纤位移传感器光纤芯直径：Φ1+ΦO．265×16长度：50mm检出距离：50mm最小检出距离：0．01mm4、对射式光纤位移传感器光纤芯直径：Φ1长度：50mm检出距离：50mm最小检出距离：0．0lmm5、二维调节支架13mm移动距离，分辨率0．01mm5、电压表(实验箱集成)200mV、2V、20V三档可调光纤位移传感器位移测量原理1．如图是反射式线性位移测量装置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。
光纤位移传感器实验报告
光纤位移传感器实验报告光纤位移传感器实验报告引言光纤位移传感器是一种基于光纤传输原理的高精度测量设备，广泛应用于机械、航空航天、电子等领域。
本实验旨在通过搭建光纤位移传感器实验装置，探究其原理和性能，并对其进行实际应用测试。
一、实验装置搭建实验装置主要由光源、光纤传输线、光纤接收器和信号处理器组成。
首先，将光源连接到光纤传输线的一端，然后将另一端连接到光纤接收器。
在实验过程中，需要保证光纤传输线的稳定性和光源的亮度。
信号处理器用于接收光纤传输线传输过来的信号，并将其转化为位移数值。
二、原理分析光纤位移传感器的工作原理基于光的传输特性。
光纤传感器通过测量光纤中的光信号的强度变化来确定位移的大小。
当物体发生位移时，光纤中的光信号会受到干扰，从而导致光强度的变化。
通过测量光强度的变化，可以计算出位移的数值。
三、性能测试1. 精度测试为了测试光纤位移传感器的精度，我们将其与一个标准测量仪器进行对比。
首先，我们将标准测量仪器测量得到的位移数值作为参考值，然后使用光纤位移传感器进行测量。
通过对比两者的测量结果，可以评估光纤位移传感器的精度。
2. 灵敏度测试光纤位移传感器的灵敏度是指其对位移变化的响应能力。
我们可以通过改变物体的位移大小，然后观察光纤位移传感器的输出值来测试其灵敏度。
在实验中，我们可以逐渐增加物体的位移，然后记录下光纤位移传感器的输出值。
通过分析数据，可以得出光纤位移传感器的灵敏度。
3. 稳定性测试光纤位移传感器的稳定性是指其在长时间使用过程中的性能表现。
为了测试稳定性，我们可以将光纤位移传感器连接到一个振动平台上，然后进行长时间的振动测试。
通过观察光纤位移传感器的输出值，可以评估其在振动环境下的稳定性。
四、实际应用光纤位移传感器在实际应用中具有广泛的用途。
例如，在机械领域，光纤位移传感器可以用于测量机械零件的位移，以确保其工作正常。
在航空航天领域，光纤位移传感器可以用于测量飞机结构的变形，以确保飞机的安全性。
光纤位移传感器的动态实验一重点
光纤位移传感器的动态实验一（一） 实验目的了解光纤位移传感器的动态应用。
（二） 实验仪器DH-CG2000传感器系统实验仪（本实验所用部件包括：主、副电源、差动放大器、光纤位移传感器、低通滤波器、振动台、低频振荡器、激振线圈、示波器）（三） 实验内容1. 了解激振线圈在实验仪上所在位置及激振线圈的符号。
2. 在静态实验的电路中接入低通滤波器和示波器，如图1接线。
图13. 将测微头与振动台的台面脱离，测微头远离振动台。
将光纤探头与振动台反射面的距离调整在光纤传感器工作点即线形段中点上（利用静态特性实验中得到的特性曲线，选择线形中点的位置为工作点，目测振动台的反射面与光纤探头端面之间的相对距离即线性区△X 的中点）。
4. 将低频振荡信号接入振动台的激振线圈上，开启主、副电源，调节低频振荡器的频率与幅度旋钮，使振动台振动且振动幅度适中。
5. 保持低频振荡器输出的p p V -幅度值不变，改变低频振荡器的频率（用示波器观察低频振荡器输出的p p V -值为一定值，在改变频率的同时如幅值发生变化则调整幅度旋钮值p p V -相同），将频率和示波器上所测的峰峰值（此时的峰峰值p p V -是指经低通后的p p V -）填入表格中，并作出幅频特性图。
6. 关闭主、副电源，把所有旋钮复原到原始最小位置。
（四）数据表格光纤位移传感器的动态实验二（一）实验目的了解光纤位移传感器的测速应用。
（二）实验仪器DH-CG2000传感器系统实验仪（本实验所用部件包括：电机控制、差动放大器、小电机、电压表、光纤位移传感器、直流稳压电源、主、副电源、示波器）（三）实验内容1.了解电机在实验仪上所在的位置及控制单元。
2.按图2接线，将差动放大器的增益置最大，电压表的切换开关置2V，开启主、副电源。
图23.将光纤探头移至电机上方对准电机上的反光纸，调节光纤传感器的高度，使电压表显示最大。
再用手稍微转动电机，让反光面避开光纤探头。
调节差动放大器的调零，使电压表显示接近零。
光纤位移传感器静态实验(998型)doc
光纤位移传感器静态实验(998型)实验目的：了解光纤位移传感器的原理结构、性能。
所需单元及部件：主副电源、差动放大器、F/V表、光纤传感器、振动台。
实验步骤：(1)观察光纤位移传感器结构，它由两束光纤混合后，组成Y形光纤，探头固定在Z型安装架上，外表为螺丝的端面为半圆分布；(2) 了解振动台在实验仪上的位置（实验仪台面上右边的圆盘，在振动台上贴有反射纸作为光的反射面。
）(3) 如图３１接线：因光/电转换器内部已按装好，所以可将电信号直接经差动放大器放大。
F/V显示表的切换开关置2V档，开启主、副电源。
图１(4) 旋转测微头，使光纤探头与振动台面接触，调节差动放大器增益最大，调节差动放大器零位旋钮使电压表读数尽量为零，旋转测微头使贴有反射纸的被测体慢慢离开探头，观察电压读数由小—大—小的变化。
记录下测微头初始刻度（5）旋转测微头使F/V电压表指示重新回零；旋转测微头，每隔0.05mm读出电压表的读数，并将其填入下表：(6)关闭主、副电源，把所有旋钮复原到初始位置。
(7) 作出V-ΔX曲线，计算灵敏度S=ΔV／ΔX及线性范围。
实验目的：了解光纤位移传感器的动态应用。
所需单元及部件：主、副电源、差动放大器、光纤位移传感器、低通滤波器、振动台、低频振荡器、激振线圈、示波器。
实验步骤：(1)了解激振线圈在实验仪上所在位置及激振线圈的符号。
(2)在实验(一)中的电路中接入低通滤波器和示波器，如图2接线。
图2示波器接法：将低通滤波器的输出接PC接口的Vi+端子，Vi-端子接低通滤波器的地端子。
运行XP-1系统中的CSY-V9.0.exe应用程序中虚拟仪器的示波器观测波形。
（3）将测微头与振动台面脱离，测微头远离振动台。
将光纤探头与振动台反射纸的距离调整在光纤传感器工作点即线性段中点上（利用静态特性实验中得到的特性曲线，选择线性中点的距离为工作点，目测振动台上的反射纸与光纤探头端面之间的相对距离即线性区ΔX的中点）。
光纤位移传感器实验报告
一、实验目的1. 理解光纤位移传感器的工作原理和结构。
2. 掌握光纤位移传感器的测量方法及其在位移检测中的应用。
3. 验证光纤位移传感器的准确性和可靠性。
二、实验原理光纤位移传感器是利用光纤的传输特性，通过测量光纤内传输光的变化来检测位移的一种传感器。
反射式光纤位移传感器是其中一种常见类型，其工作原理如下：1. 光源发射的光经光纤探头照射到被测物体表面。
2. 被测物体反射的光经接收光纤传输至光电转换元件。
3. 光电转换元件将光信号转换为电信号输出。
4. 根据电信号的强弱变化，计算被测物体的位移。
三、实验仪器与设备1. 光纤位移传感器2. 激光光源3. 光功率检测器4. 测微头5. 反射面6. 差动放大器7. 电压放大器8. 数显电压表9. 实验台四、实验步骤1. 搭建实验装置：将激光光源、光路系统、待测物体、光功率检测器等连接好。
2. 调节激光光源的位置和光路系统，使激光能够正常发出。
3. 将光纤位移传感器连接到光功率检测器，并调整其位置，使其与待测物体表面保持一定距离。
4. 旋转测微头，使光纤探头与待测物体表面接触，记录初始位移值。
5. 逐渐增加待测物体的位移，记录每个位移值对应的输出光功率。
6. 分析实验数据，绘制位移-光功率曲线，计算位移与光功率之间的关系。
五、实验结果与分析1. 通过实验，验证了光纤位移传感器在位移检测中的应用。
2. 实验结果表明，光纤位移传感器具有以下特点：- 高灵敏度：位移变化对光功率的影响较大，可以精确测量微小位移。
- 高稳定性：光纤传感器受外界环境干扰较小，具有较好的稳定性。
- 抗干扰能力强：光纤传感器对电磁干扰、温度变化等具有较强的抗干扰能力。
3. 实验数据表明，光纤位移传感器的输出光功率与位移之间存在线性关系，可以用于精确测量位移。
六、实验总结1. 通过本次实验，我们了解了光纤位移传感器的工作原理和结构。
2. 掌握了光纤位移传感器的测量方法及其在位移检测中的应用。
光纤位移传感器-位移测试实验.
3 光纤探头安装于位移平台的支架 上用紧定螺丝固定,电机叶片对准 光纤探头。 4 尽量降低室内光照,移动位移平 台使光纤探头紧贴反射面，此时 变换电路输出电压Vo应约等于零。 5 旋动螺旋测微仪带动位移平台使 光纤端面离开反ห้องสมุดไป่ตู้叶片，每旋转 一圈(0.5毫米)记录Vo值,并将记录 结果填入表格,做出距离X与电压值 mV的关系曲线。
实验五
光纤位移传感器-位移测试实验 （验证性）
实验所需部件: 光纤、光电变换器、放大 稳幅电路、近红外发射及 检测电路（光纤变换电路 内）、反射物（电机叶 面）、电压表
光纤位移传感器工作原理图
实验步骤
• 1、观察光纤结构：一支发射、另一支为接 收的多模光纤，两端合并处为半圆形结构， 光纤质量的优劣可通过对光照射观察光通 量的大小而得出结论。 • 2、光电传感器内发射光源是近红外光,接收 电路接收近红外信号后经稳幅及放大输出。
实验三 光纤位移传感器特性实验的数据处理
实验三 光纤位移传感器特性实验的数据处理一、实验目的：编程计算光纤位移传感器静态特性各校准点的测量结果，对传感器标定，并分析该传感器的误差。
二、基本原理：1.拟合回归直线。
光纤位移传感器输出电压V （或y ）与被测位移x 大致成线性关系，基于重复试验数据各校准点的平均值，采用一元线性回归分析方法， 找出两者之间的经验公式，即得到拟合的回归直线。
2．回归方程的方差分析。
将N 个试验点、每个试验点都重复m 次试验所得y 观测值的总的离差平方和S 分解得到回归平方和U 、误差平方和EQ 和失拟平方和L Q 。
总的离差平方和S 表示观测值之间的差异（称变差），回归平方和U 反映在y 总的变差中由于x 和y 的线性关系而引起y 变化的部分，误差平方和E Q 反映试验误差，失拟平方和LQ 反映非线性及其他未加控制因素的影响（通常称为模型误差）。
各种平方和及其相应的自由度可按下式计算：L E S U L E S U Q Q νννν=++=++， (1) 211()1N m ti S t i S y y Nm ν===-=-∑∑， (2) 21ˆ()1N t U t U m yy ν==-=∑， (3) E Q =211()(1)N m ti t Q E t i y y N m ν==-=-∑∑， (4)21ˆ()2N L t t Q L t Q m y y N ν==-=-∑， (5) 3. 回归方程的显著性检验。
用误差平方和EQ 对失拟平方和L Q 进行F1检验，确定回归方程拟合的好坏。
①若F1检验结果高度显著，说明失拟误差相对于试验误差不可忽略，即所选择的一元线性回归数学模型与实际不符合，说明该直线拟合得并不好；②若F1检验结果不显著，说明非线性误差（相对于试验误差）很小，或者基本上是由试验误差等随机因素引起的，可把失拟平方和L Q 和误差平方和EQ 合并，对回归平方和进行F2检验；③若F2检验结果显著，说明一元回归方程拟合得好；④对于给定的显著性水平a ，若F2检验结果不显著，很可能试验误差过大。
光纤位移传感器实验报告
光纤位移传感器实验报告篇一:光纤位移传感器测位移特性实验实验二十六光纤位移传感器测位移特性实验一、实验目的:了解光纤位移传感器的工作原理和性能。
二、基本原理:光纤传感器是利用光纤的特性研制而成的传感器。
三、器件与单元:主机箱中的?15V直流稳压电源、电压表;,型光纤传感器、光纤传感器实验模板、测微头、反射面(抛光铁圆片)。
四、实验步骤:1、观察光纤结构:二根多模光纤组成Y形位移传感器。
将二根光纤尾部端面(包铁端部)对住自然光照射，观察探头端面现象，当其中一根光纤的尾部端面用不透光纸挡住时，在探头端观察面为半圆双D形结构。
2、按图安装、接线。
?安装光纤:安装光纤时，要用手抓捏两根光纤尾部的包铁部分轻轻插入光电座中,绝对不能用手抓捏光纤的黑色包皮部分进行插拔，插入时不要过分用力,以免损坏光纤座组件中光电管。
?测微头、被测体安装:调节测微头的微分筒到5mm处(测微头微分筒的0刻度与轴套5mm刻度对准)。
将测微头的安装套插入支架座安装孔内并在测微头的测杆上套上被测体(铁圆片抛光反射面)，移动测微头安装套使被测体的反射面紧贴住光纤探头并拧紧安装孔的紧固螺钉。
3、将主机箱电压表的量程切换开关切换到20V档，检查接线无误后合上主机箱电源开关。
调节实验模板上的RW、使主机箱中的电压表显示为0V。
4、逆时针调动测微头的微分筒，每隔0.1mm(微分筒刻度0,10、10,20……)读取电压表显示值线性度最好区域:5、根据表26数据画出实验曲线并找出线性区域较好的范围计算灵敏度和非线性误差。
实验完毕，关闭电源。
实验二十七光电传感器测转速实验一、实验目的:了解光电转速传感器测量转速的原理及方法。
二、基本原理:光电式转速传感器有反射型和透射型二种，本实验装置是透射型的(光电断续器也称光耦)，传感器端部二内侧分别装有发光管和光电管，发光管发出的光源透过转盘上通孔后由光电管接收转换成电信号，由于转盘上有均匀间隔的6个孔，转动时将获得与转速有关的脉冲数，脉冲经处理由频率表显示,，即可得到转速,=10f。
光纤传感器的位移测量与及数值误差分析实验
实验报告：实验07（光纤传感器的位移测量与及数值误差分析实验）实验一：光纤传感器位移特性实验一、实验目的：了解光纤位移传感器的工作原理和性能，测量其静态特性实验数据。
学会对实验测量数据进行误差分析。
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 分布，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、器件与单元：主机箱、光纤传感器、光纤传感器实验模板、测微头、反射面。
四、实验数据：实验数据记录如下所示：表1光纤位移传感器输出电压与位移数据实验二：随机误差的概率分布与数据处理1.利用Matlab语句（或C语言），计算算术平均值和标准差（用贝塞尔公式）clc; clear;l=[20.42 20.43 20.40 20.43 20.42 20.43 20.39 20.30 20.40 20.43 20.42 20.41 20.39 20.39 20.40];%例2-22数据v0=l-mean(l)%残差列M1=mean(l)%算术平均值M2=std(l)%标准差计算结果数据分布2.利用Matlab语句（或C语言），用残余误差校核法判断测量列是否存在线性和周期性系统误差%残余误差校核法校核线性系统误差N=length(l)%原数组长度if(mod(N,2))%求数组半长K=(N+1)/2elseK=(N)/2endA1=0;delta=0;%delta=A1-A2for i=1:K;%计算前半部分残差和A1=A1+v0(i);endA2=0;for j=K+1:N;%计算后半部分残差和A2=A2+v0(j);endA1;A2;fprintf('Delta校核结果\n');delta=A1-A2%校核结果%阿贝-赫梅特准则校核周期性系统误差u=0for i=1:N-1;u=u+v0(i)*v0(i+1);endu=abs(u)if((u-sqrt(N-1)*M30)>0)fprintf('存在周期性系统误差\n');elsefprintf('未发现周期性系统误差\n');end运行结果可见delta近似于0，由马利克夫准则可知，此案例中应用的残余误差校核法无法确定是否存在系统误差。
光纤位移传感器实验报告
光纤位移传感器实验报告篇一:光纤位移传感器测位移特性实验实验二十六光纤位移传感器测位移特性实验一、实验目的:了解光纤位移传感器的工作原理和性能。
二、基本原理:光纤传感器是利用光纤的特性研制而成的传感器。
三、器件与单元:主机箱中的?15V直流稳压电源、电压表;,型光纤传感器、光纤传感器实验模板、测微头、反射面(抛光铁圆片)。
四、实验步骤:1、观察光纤结构:二根多模光纤组成Y形位移传感器。
将二根光纤尾部端面(包铁端部)对住自然光照射，观察探头端面现象，当其中一根光纤的尾部端面用不透光纸挡住时，在探头端观察面为半圆双D形结构。
2、按图安装、接线。
?安装光纤:安装光纤时，要用手抓捏两根光纤尾部的包铁部分轻轻插入光电座中,绝对不能用手抓捏光纤的黑色包皮部分进行插拔，插入时不要过分用力,以免损坏光纤座组件中光电管。
?测微头、被测体安装:调节测微头的微分筒到5mm处(测微头微分筒的0刻度与轴套5mm刻度对准)。
将测微头的安装套插入支架座安装孔内并在测微头的测杆上套上被测体(铁圆片抛光反射面)，移动测微头安装套使被测体的反射面紧贴住光纤探头并拧紧安装孔的紧固螺钉。
3、将主机箱电压表的量程切换开关切换到20V档，检查接线无误后合上主机箱电源开关。
调节实验模板上的RW、使主机箱中的电压表显示为0V。
4、逆时针调动测微头的微分筒，每隔0.1mm(微分筒刻度0,10、10,20……)读取电压表显示值线性度最好区域:5、根据表26数据画出实验曲线并找出线性区域较好的范围计算灵敏度和非线性误差。
实验完毕，关闭电源。
实验二十七光电传感器测转速实验一、实验目的:了解光电转速传感器测量转速的原理及方法。
二、基本原理:光电式转速传感器有反射型和透射型二种，本实验装置是透射型的(光电断续器也称光耦)，传感器端部二内侧分别装有发光管和光电管，发光管发出的光源透过转盘上通孔后由光电管接收转换成电信号，由于转盘上有均匀间隔的6个孔，转动时将获得与转速有关的脉冲数，脉冲经处理由频率表显示,，即可得到转速,=10f。
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)X（mm）V(v）6、根据上表数据,作光纤位移传感器的位移——输出曲线图。
光纤位移传感器实验
光纤位移传感器实验作用，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5mm2、探测器：高灵敏度光敏三极管3、反射式光纤位移传感器光纤芯直径：Φ1+ΦO．265×16长度：50mm检出距离：50mm最小检出距离：0．01mm4、对射式光纤位移传感器光纤芯直径：Φ1长度：50mm检出距离：50mm最小检出距离：0．0lmm5、二维调节支架13mm移动距离，分辨率0．01mm5、电压表(实验箱集成)200mV、2V、20V三档可调光纤位移传感器位移测量原理1．如图是反射式线性位移测量装置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θ=N，所以式可以写为很显然，当b<[ d／2tg(N)]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b≥[d／2tg(sin_1Ⅳ)]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。
d的最大检测范围为a／tg(N)。
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。
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）0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.02、用matlab绘制的X-Uo曲线图3、由上图知光纤传感器大致的线性范围为：0.3mm-0.9mm4、灵敏度和非线性误差的计算拟合直线y = p1*x + p2 p1 = 1.1194 p2 = -0.040667 由图读出Δm=0.0376 故灵敏度S＝ΔU/ΔX=p1=1.1194v/mm非线性误差δf=(0.0376/1.06) ×100％=3.54%六、实验报告1．根据所得的实验数据，确定光纤位移传感器大致的线性范围，并给出其灵敏度和非线性误差。
实验二 光纤传感器实验
一．光纤位移传感器的静态实验实验目的：了解光纤位移传感器的原理结构和性能实验原理：反射式光纤位移传感器的工作原理如图1所示。
光纤采用Y 型结构，两根光纤的一端合并在一起作为光纤探头，另一端一根作为光源光纤，一根作为接收光纤。
光纤只起传输信号的作用。
光发射器发出的红外光经光源光纤照射至反射面，被反射的光经接收光纤送至光电转换器将接收到的光信号转化为电信号。
接收光纤接收到的光强取决于反射体和光纤探头之间的距离，其定性关系如图2所示。
图1. 光纤位移传感器的原理图图2. 输出电压V 和X 的定性关系所需元器件：主副电源、差动放大器、F/V 表、光纤传感器、振动台 实验步骤：（1） 按图3的方式接线：因光电传感器的内部转换电路已经安装好了，所以可将电信号直接经差动放大器后输出。
F/V 表置2V 档、开启主副电源，差动放大器的增益调到最大。
输出电压X光源光纤反射面图3 光纤传感器实验的接线图（2）调节测微头，使光纤探头与反射片刚好接触，调节差动放大器的零位旋钮使得F/V表的读数尽量为零。
（3）旋转测微头，使得光纤探头逐渐远离反射面，观察输出电压的小—大—小的变化过程。
（4）重复步骤2。
旋转测微头，每隔0.2mm读出一个电压值，并填入下表。
（5）作出V—X曲线，计算灵敏度S=△V/△X及线性范围。
二光纤传感器测量电机转速的实验实验目的：了解光纤位移传感器的测速应用。
实验原理：在电机上贴有两片对称的反光片用于反射光源光纤的出射光。
当光纤探头对准反光片时，接收光纤可以接收到光源光纤的反射光，输出电路有电压输出；当光纤探头和黑色表面相对时，接收光纤中无反射光，输出信号近似为零。
当电机转动时，光纤探头的对准面将发生黑—白—黑—白的周期变化，于是光纤传感器的输出电压也将按照小—大—小—大的形式发生变化，即输出电压为脉冲信号。
根据电压脉冲的频率即可推算出电机的转速。
所需单元和部件：除（一）中所用的器件外，增加小电机和示波器。
实验五 光纤传感器位移测量
实验五光纤传感器位移测量一、目的1 ．熟悉反射式强度外调制光纤位移传感器的工作原理。
2 ．掌握光纤位移传感器测量位移的方法。
二、实验设备光纤(光电转换器〉、光纤光电传感器实验模块、电压表、示波器、螺旋微仪、反射镜片三、实验原理1 ．光纤导光的基本原理。
光是一种电磁波，一般采用波动理论来分析导光的基本原理。
然而根据光学理论：当所研究对象的几何尺寸（指光纤的芯径）远大于所用光波的波长，而光波又处在折射率变化缓慢的空间时可用“光线”即几何光学这一直观又容易理解的方法来分析光波的传播现象。
根据折射定律：光由光密媒质n0 射向光疏媒质n1时，折射角大于入射角，当入射角增至某一临界角ϕc时，出射光线沿两媒质的分界面传播，当入射角继续增大，ϕ0 >ϕc时，入射光线将不能穿过分界面而被完全反射回光密媒质中，这就是全反射。
光纤是由折射率较高（光密介质）的纤芯和折射率较低（光疏介质）的包层构成的双层同心圆柱结构。
能在光纤中传输的光线是满足全反射条件的子午光线（过光纤的轴心线，传播路径始终在一个平面内。
）和斜光线（不经过光纤轴心，不在一个平面内，它是一空间曲线）这两种光线称为受导光线。
在此只简要说明子午光线入射光纤的情况。
当光线与光纤光轴成θ角入射时，在纤芯内部将以ϕ0入射到纤芯的侧壁。
由于ϕ0>ϕc和n0> n1 ，则光在侧壁上产生连续向前的全反射，光在纤芯内成“之”字形传导，直至由终端射出。
如果入射角θ过大致使ϕ0角不能满足全反射的临界要求，即ϕ0< ϕc，光线会穿过纤芯的侧壁而逸出，产生漏光。
因此，最大入射角θ不能超过下式所要求的值式中，n为光纤所在环境的折射率（若为空气，则n=1），n sin 定义为数值孔径，记作NA，它是衡量光纤集光性能的主要参数。
它表示，无论光源发射功率多大，只有2θ张角内的光才能被光纤接收、传播（全反射），NA愈大，光纤的集光能力愈强。
2．光纤中光波的调制和相关的反射机制。
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中国石油大学传感器实验报告成绩：
班级：姓名：同组者：教师：
反射式光纤位移传感器
【实验目的】
1.了解光纤传输的基本原理
2.了解反射式光纤传感器的一般原理结构、性能
3.利用反射式光纤位移传感器测量出光强随位移变化的函数关系。
【实验原理】
１．光导纤维与光纤传感器的一般原理
图１光纤的基本结构
光导纤维是利用光的完全内反射原理传输光波的一种介质。
如图１所示，它是由高折射率的纤芯和包层所组成。
包层的折射率小于纤芯的折射率，直径大致为０.１ｍｍ～０.２ｍｍ。
当光线通过端面透入纤芯，在到达与包层的交界面时，由于光线的完全内反射，光线反射回纤芯层。
这样经过不断的反射，光线就能沿着纤芯向前传播。
由于外界因素（如温度、压力、电场、磁场、振动等）对光纤的作用，引起光波特性参量（如振幅、相位、偏振态等）发生变化。
因此人们只要测出这些参量随外界因素的变化关系，就可以通过光特性参量的变化来检测外界因素的变化，这就是光纤传感器的基本工作原理。
２．反射式位移传感器的结构原理
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２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３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２反射式位移传感器原理
图３反射式光纤位移传感器的输出特性
【实验装置】
SET-QX型光纤位移传感器实验箱。
【实验内容】
1.观察光纤结构：光纤探头为半圆型结构，由数百根纤维组成，一半为光源光纤，一半为接
收光纤。
2.装上光纤探头，探头对准反射片。
3.安装好测微头，将顶部的反射片擦拭干净，测微头旋至10mm左右，前后移动测微头使反射片距光纤位移传感器约3mm，固定好测微头。
4.如图4，将发光二极管和光敏三极管连接到放大电路相应的位置上，补偿调零电位器也接入到电路中，将第二级可变增益反相放大器的输出端V O与数字电压表相连，数字电压表置20V档，打开传感器电源开关。
图4
5.旋转测微头使反射片贴紧光纤传感器端面，调节“增益”电位器适中，调节补偿调零电位器使数字电压表指示为零（粗调）。
6.减小数字电压表量程（2V/200mV），调节补偿调零电位器，进一步使数字电压表指示为零（细调），结果是X=0，V=0。
7.旋转千分尺，使光纤探头端面紧贴反射面，此时输出电压V最小(一般为零)。
8.电压表打到20v档，旋转千分尺，使反射面离开探头，每隔0.1mm读取一电压值，填入表1。
9.据表1数据，做出光纤位移传感器的位移特性图（X-V坐标图），计算灵敏度S=△V/△X及线性范围。
【数据记录及处理】
光纤位移传感器的位移特性图，如下：
光纤位移传感器在小位移范围内测量线性化，即在本次试验中，位移0-2.2mm时较好的满足线性化，做出拟合直线，如下：
=0.1029
灵敏度计算：S=∆v
∆x
线性范围：位移满足在0-2.2mm之间
【思考题】
1．光纤位移传感器测量位移时，对被测体表面有什么要求？
被测体表面能够较好的反射从光纤里发射出来的光，要保持被测体表面的清洁度，同时需要保持和光纤探头端面的平行度，这样可以增加光的反射效率，必要时可在被测体表面安装反射片。
同时被测体的运动方向也比较单一，不要出现摆动。
2．利用本实验所用光纤传感器能否设计出转速测量仪？
能，在被测转速物体侧面某一位置安装反射片，将反射片对准光纤发射端口，此时有电压输出，使物体开始转动，每完成一个转动周期（即一圈）便会有一次电压输出指示，令物体转动固定的转动周期，记录经历的时间，圈数除以时间得到转速，多次测量计算平均值，便可测得转速。
【实验总结】
温度对该实验的影响较大，当反射片离开光纤端口面5mm时，电压降低幅度仍然较小，当反射片离开光纤端口面10mm时，电压仍未降到理想值，如果改变周围温度，使温度升高为35度，在反射片离开光纤端口面6mm处时，电压降到较低值，几乎为零。
在小位移范围内，反射式光纤位移传感器测量满足线性化，能够进行精准的测量。
【原始数据表格】。