光纤位移传感器工作特性研究
光纤传感器位移特性实验
黑龙江科技学院 综合性、设计性实验报告实验项目名称：光纤传感器位移特性实验所属课程名称：传感器工程实践实验日期：2013年月日班级学号姓名成绩电气与控制工程学院实验室实验概述：【实验目的及要求】【实验目的】1、通过实验使学生掌握各种传感器的工作原理；2、掌握传感器的特性测试方法；3、掌握传感器的特性实验数据处理方法；4、培养和提高学生传感器特性测试系统设计和分析的能力；5、通过该课程的学习扩大学生知识面，为今后的研究和技术工作打下坚实的基础。
【设计要求】1、掌握传感器的工作原理、测量电路的原理；2、通过传感器特性系统的设计，多方面知识综合应用，全面提高能力；3、为今后从事传感器工程方面的工作打下基础。
【实验原理】1、传感器特性测试系统框图：2、传感器测量电路原理图：3、传感器特性测试系统的工作原理本实验采用的是导光型多模光纤，它由两束光纤组成半圆分布的Y型传感探头，一束光纤端部与光源相接用来传递发射光，另一束端部与光电转换器相接用来传递接收光，两光纤束混合后的端部是工作端亦即探头，当它与被测体相距Ｘ时，由光源发出的光通过一束光纤射出后，经被测体反射由另一束光纤接收，通过光电转换器转换成电压，该电压的大小与间距Ｘ有关，因此光纤传感器可用于测量位移。
【实验环境】（使用的软件）工具：直线位移执行器、光纤传感器、光纤传感器测量系统、数字电压表、测微头软件：特性软件SET2003实验内容：【实验方案设计】设计要点：光纤传感器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。
在光纤传感器特性测试实验中应注意以下几点：1）光纤位移传感器具有前坡（0→最大），后坡（最大→最小）的原始输出特性。
2）外界光对测量具有一定影响，操作时应避免人员走动产生的光干扰。
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利用光纤的光学特性来测量物体位移的装置。
它具有高精度、快速响应和抗干扰能力强等优点，因此在工业领域得到了广泛应用。
本实验旨在通过构建光纤位移传感器，验证其原理，并探究其在位移测量中的应用。
一、光纤位移传感器的原理光纤位移传感器的原理基于光纤的折射和反射特性。
当光线从一种介质射入另一种介质时，会发生折射现象。
光纤中的光线也会发生折射，而光纤的折射率与周围介质的折射率不同，因此光线在光纤中的传播路径会发生改变。
当光纤发生位移时，光线的传播路径也会发生变化，这种变化可以通过光纤末端的接收器接收到，并转化为电信号。
二、实验装置和步骤1. 实验装置：本实验采用的光纤位移传感器实验装置包括激光器、光纤、光纤末端接收器和信号处理器。
2. 实验步骤：(1) 将激光器与光纤连接，确保激光器正常工作。
(2) 将光纤固定在待测物体上，并将光纤末端接收器连接到信号处理器。
(3) 调整光纤的位置，使其与待测物体之间保持一定距离，并记录下此时的初始位移值。
(4) 移动待测物体，观察光纤位移传感器的输出信号，并记录下相应的位移值。
(5) 根据实验数据，分析光纤位移传感器的测量精度和稳定性。
三、实验结果与分析通过实验观察和数据记录，我们得到了一系列位移值。
根据这些数据，我们可以进行如下分析：1. 测量精度：光纤位移传感器的测量精度主要受到光纤的长度和接收器的灵敏度等因素的影响。
在本实验中，我们可以通过调整光纤的位置和待测物体的位移来探究测量精度的变化。
实验结果显示，光纤位移传感器的测量精度较高，能够准确地测量出待测物体的微小位移。
2. 稳定性：光纤位移传感器的稳定性是指在长时间使用过程中，测量结果是否能够保持一致。
在本实验中，我们进行了长时间的位移测量，并观察了光纤位移传感器的输出信号。
实验结果显示，光纤位移传感器具有较好的稳定性，测量结果在一定范围内保持一致。
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。
光电检测实验报告
实验三十光纤位移传感器（半圆分部）的特性实验一、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：本实验采用的是导光型多模光纤，它由两束光纤组成半圆分布的Y型传感探头，一束光纤端部与光源相接用来传递发射光，另一束端部与光电转换器相接用来传递接收光，两光纤束混合后的端部是工作端亦即探头，当它与被测体相距Ｘ时由光源发出的光通过一束光纤射出后，经被测体反射由另一束光纤接收，通过光电转换器转换成电压，该电压的大小与间距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、直流电源±15V、铁测片。
四、实验步骤：1、根据图9-1安装光纤位移传感器，二束光纤分别插入实验板上光电变换座内，其内部装有发光管Ｄ及光电转换管T。
2、将光纤实验模板输出端V0与数显单元相连，见图9-2。
3、在测微头顶端装上铁质圆片，作为反射面，调节测微头使探头与反射面轻微接触,数显表置20V档。
4、实验模板接入±15V电源，合上主控箱电源开关，调节RW2使数显表显示为零。
5、旋转测微头,使被测体离开探头,每隔0.1mm读出数显表显示值,将其填入9-1。
注：电压变化范围从0→最大→最小必须记录完整。
表9-1：光纤位移传感器输出电压与位移数据如下表所示：通过上述的表格可以找出在X=6.5或者6.6mm时输出电压才达到最大值为6.78或者6.79V，但当继续寻找最小值的时候并没有找到，输出电压随着位移的增大逐渐的减小，但是减小的幅度会渐渐的趋于平衡，在达到测微头最大量程时还在继续的减小，因此并没有找到最小的记录。
并认为X=4mm时为最小的0。
6、根据表9-1数据，作出光纤位移传感器的位移特性图，并加以分析、计算出前坡和后坡的灵敏度及两坡段的非线性误差。
答：利用excel对数据进行分析得光纤位移传感器的位移特性图如下所示：通过光纤位移传感器的位移特性图可知：其图形被分为前坡和后坡两部分，在前坡输出电压随着位移的增大而增大并且达到最大值，并且前坡的增大的幅度比较大，在后坡输出电压随着位移的增大不再增大而是相应的减小，减小的幅度较小，并逐渐的趋于稳定。
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 线性曲线由于线性方程误差较大，又生成了多项式方程表2%46.119.21.00955max 1=-=∆=FS y e2、灵敏度:1314.0S =∆3、重复性：图3表3重复性误差重复性%28.219.205.0max ==∆=FS R y e4、迟滞表4迟滞%28.219.205.0e max ==∆=FS t y六、实验结论与感悟1、实验结论 灵敏度为1314.0S =∆ 非线性误差为%46.119.21.00955max 1=-=∆=FS y e重复性为%28.219.205.0max ==∆=FS R y e迟滞为%28.219.205.0e max ==∆=FS t y2、通过本次实验，我掌握了光纤传感器的基本工作原理及其静态标定方法。
实验07(光纤传感器的位移测量及数值误差分析实验)实验报告
实验报告：实验07（光纤传感器的位移测量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。
光纤位移传感器性能测试试验目的1了解光纤位移传感器的原理
光纤位移传感器性能测试一、实验目的：1、了解光纤位移传感器的原理结构、性能。
2、了解光纤位移传感器的动态应用。
3、了解光纤位移传感器的测速应用。
二、实验内容：1、光纤传感器的静态实验；2、光纤位移传感器的动态应用实验；3、光纤位移传感器的测速应用实验；（一）光纤传感器的静态实验实验单元及附件：主副电源、差动放大器、F/V表、光纤传感器、振动台。
实验原理：反射式光纤位移传感器的工作原理如下图所示，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下图8-1所示图8-1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8-2接线：因光/电转换器内部已安装好，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0.05mm读出电压表的读数，并将其填入下表：△X（mm） 0.05 0.10 0.15 0.20 10.00指示（V）图8-2（二）光纤传感器的动态应用实验实验单元及附件：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。
光纤传感器的位移特性实验报告
光纤传感器的位移特性实验报告
本文将分析光纤传感器的位移特性实验，介绍器件本身的特性、参数设置、实验方法，测试数据以及实验结果。
光纤传感器是一种新兴的技术，它主要利用光纤的光学特性和检测技术来检测运动物体的物理位移，以及其他物理变化。
它具有小尺寸、低功耗、设备安装方便、非接触式等优点，可用于检测、控制和监视过程中的各种参数，在机器人技术、航空航天技术、发动机控制系统、安全监测、绿色能源等领域中有广泛的应用。
本实验使用的特定型号的光纤传感器器件是由XXX公司生产的，采用高精度表面贴装工艺，结构小巧，反应迅速，适合作为精密机械设备中的传感器使用。
此款器件采用单模光纤非接触式测量，最大位移量可达到±100mm，分辨率为1m以下，误差低于1%。
为了测试光纤传感器的位移特性，设计了一个由钢丝和支架组成的测试装置，将光纤传感器的光路安装在测试装置的两个固定点上，模拟了实际工作环境中的物理位移，测试装置还具有一定的可调性，可以满足不同的测试要求。
根据实验设计，将光纤传感器安装在协调测试装置上，通过实验室校验系统调节设备参数，如增益和温度，以保证测量结果的准确性，将器件设置为双轴平行模式，然后选择不同增益，模拟不同物理位移。
在每组测试中，模拟的位移值为10mm，20mm，30mm，40mm，50mm，60mm，70mm，80mm，90mm，100mm；每组测试都重复进行了三次，以获得有效的测量结果。
根据测量结果，绘制出光纤传感器的位移特性
图，将量测到的位移值与模拟的位移值进行比较，以确定光纤传感器的准确度。
实验结果表明，在测量范围内，光纤传感器的实测位移与模拟位移之间的误差在1μm以内，无论是在纵轴还是横轴方向，测量精度均达到了预期的要求。
光纤传感器位移特性实验.doc
光纤传感器位移特性实验.doc
实验目的：
1.了解光纤传感器的工作原理
2.学习光纤传感器在位移测量中的应用
实验原理：
光纤传感器是利用光的特性来实现测量的一种传感器。
它利用光纤中光的传输特性，通过改变光路长度来测量被测量体的位移，具有高灵敏度、线性范围宽等优点。
在位移测量中，光纤传感器通过测量出光纤的长度变化来实现位移的测量。
由于光纤的长度变化与被测量体的位移量成正比，因此可以通过测量光纤的长度变化来得出被测量体的位移量。
实验器材：
2.控制器
3.被测物体
实验步骤：
1.将光纤传感器连接至控制器
2.将被测物体固定在平面上
3.通过手动移动被测物体，记录下不同位置时传感器的输出值
4.根据记录数据，计算出被测物体的位移量
实验注意事项：
1.实验过程中，应按照说明书正确使用光纤传感器
2.实验中应注意安全，避免触电等事故的发生
3.在记录数据时，应注意保证数据精确性
实验结果：
通过实验，我们得到了不同位置下光纤传感器的输出数据，根据数据计算得出被测物体的位移量。
实验结果表明，光纤传感器可以准确地测量物体的位移量，并且具有高灵敏度、线性范围宽等优点。
结论：
光纤传感器是一种高精度、高灵敏度的传感器，在位移测量中有着广泛的应用。
通过本次实验，我们了解了光纤传感器的工作原理，学习了其在位移测量中的应用，并且掌握了其在位移测量中的特性。
光纤位移压力传感特性的研究实验报告
光纤位移/压力传感特性的研究摘要：本实验主要研究LED 光源的I-P 特性，光纤纤端光场的径向分布，光纤纤端光场的轴向分布，反射式光纤位移传感，以及微弯式光纤位移传感的特性。
关键词：光纤 I-P 特性 光场分布 位移传感引言：近年来，光纤传输由于其宽频带，低消耗，重量轻，抗干扰能力强，保真度高等优点而被广泛应用于医学，装饰，汽车，船舶等诸多领域。
本实验采用控制变量的方法，定量研究光纤纤端光场的径向、轴向分布，以及反射式、微弯式光纤的位移传感特性，从而让学生更好地掌握光纤的传输特性和应用方式。
实验原理 • 原理 1、 透射调制对于多模光纤，光纤端出射光场的场强分布由下式决定(,)23/222(/)1tan 002•exp 23/222(/)1tan 00I r z Z a a c r Z a a c πζσθζσθΦ=⎡⎤+⎢⎥⎣⎦⎡⎤⎢⎥-⎢⎥⎢⎥⎡⎤+⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦式中，0I 为由光源耦合进入发送光纤中的光强，(,)r z Φ为纤端光场中位置(,)r Z 处的光通量密度，σ为一表征光纤折射率分布的相关参数，对于阶跃光纤，1σ=，0a 为光纤芯半径，ζ为与光源种类、光源跟光纤耦合情况有关的调制参数，c θ为光纤的最大出射角。
如果将同种光纤置于发送光纤纤端出射光场中作为探测接收器时，所接收到的光强可表示为20(,)(,)exp 22()()Ir I r z r z ds ds z z s s πωω⎡⎤⎢⎥=Φ=⎰⎰⎰⎰⎢⎥⎣⎦式中3/2(/)()1tan 00z z a a c ωσζθ⎡⎤=+⎢⎥⎣⎦式中，S 为接受光面，即纤芯面。
在光纤端出射光场的远场区，为简便计，可将接收光纤端面中心点处的光强作为整个纤芯面上的平均光强，在这种近似下，得到在接受光纤终端所探测到的光强公式为20(,)exp 22()()SIr I r z z z πωω⎡⎤⎢⎥=-⎢⎥⎣⎦透射调制时，通常入射光纤面不动，而接收光纤可以作纵（横）向位移。
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。
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。
光纤传感器位移特性曲线X/mmU o /VX /mmU o /V光线位移传感器特性曲线五、数据记录与分析 1、数据记录表格 2、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。
光电检测实验报告
实验三十光纤位移传感器（半圆分部）的特性实验一、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：本实验采用的是导光型多模光纤，它由两束光纤组成半圆分布的Y型传感探头，一束光纤端部与光源相接用来传递发射光，另一束端部与光电转换器相接用来传递接收光，两光纤束混合后的端部是工作端亦即探头，当它与被测体相距Ｘ时由光源发出的光通过一束光纤射出后，经被测体反射由另一束光纤接收，通过光电转换器转换成电压，该电压的大小与间距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、直流电源±15V、铁测片。
四、实验步骤：1、根据图9-1安装光纤位移传感器，二束光纤分别插入实验板上光电变换座内，其内部装有发光管Ｄ及光电转换管T。
2、将光纤实验模板输出端V0与数显单元相连，见图9-2。
3、在测微头顶端装上铁质圆片，作为反射面，调节测微头使探头与反射面轻微接触,数显表置20V档。
4、实验模板接入±15V电源，合上主控箱电源开关，调节RW2使数显表显示为零。
5、旋转测微头,使被测体离开探头,每隔0.1mm读出数显表显示值,将其填入9-1。
注：电压变化范围从0→最大→最小必须记录完整。
表9-1：光纤位移传感器输出电压与位移数据如下表所示：通过上述的表格可以找出在X=6.5或者6.6mm时输出电压才达到最大值为6.78或者6.79V，但当继续寻找最小值的时候并没有找到，输出电压随着位移的增大逐渐的减小，但是减小的幅度会渐渐的趋于平衡，在达到测微头最大量程时还在继续的减小，因此并没有找到最小的记录。
并认为X=4mm时为最小的0。
6、根据表9-1数据，作出光纤位移传感器的位移特性图，并加以分析、计算出前坡和后坡的灵敏度及两坡段的非线性误差。
答：利用excel对数据进行分析得光纤位移传感器的位移特性图如下所示：通过光纤位移传感器的位移特性图可知：其图形被分为前坡和后坡两部分，在前坡输出电压随着位移的增大而增大并且达到最大值，并且前坡的增大的幅度比较大，在后坡输出电压随着位移的增大不再增大而是相应的减小，减小的幅度较小，并逐渐的趋于稳定。
实验光纤位移传感器原理
实验六光纤位移传感器原理一:实验原理:本实验仪中所用的为传光型光纤传感器,光纤在传感器中起到光的传输作用，因此是属于非功能性的光纤传感器。
光纤传感器的两支多模光纤分别为光源发射及接收光强之用，其工作原理如图(22)所示。
光纤传感器工作特性曲线如图(23)所示。
一般都选用线性范围较好的前坡为测试区域。
二:实验所需部件:光纤、光电变换器、放大稳幅电路、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.三: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得出结论。
2.光电传感器内发射光源是近红外光,接收近红外信号后经稳幅及放大。
判断光电变换器中两个安装孔位置具体为发射还是接收可采用如以下办法: 将光纤变换器电压输出端接电压表输入端，光电变换块四芯航空插头接入光纤变换器四芯插座，将双支光纤的其中一根插入光电变换块中的一孔，观察电压表输出情况。
将接通电源的红外发光管靠近光纤探头，如VO端有电压输出则此孔为接收放大端，如单独插入另一孔,光纤探头靠近接通电源的红外光敏三极管,探测电路动作则说明此孔为红外光源发射。
3.将两根光纤均装入光电变换块,装入时注意不要过分用力,以免影响到变换块中光电管的位置。
分别将光纤探头置于全暗无反射和对准较强光源的照射，光纤变换器输出电压应分别为零和最大值。
四:注意事项: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--------位移测试一:实验所需部件:光纤、光电变换块、光纤变换电路、电压表、反射片(电机叶片)、位移平台二:实验步骤:1.将光纤、光电变换块与光纤变换电路相连接,注意同一实验室如有多台光电传感器实验仪,由于光电变换块中的光电元件特性存在不一致,则光纤变换电路中的发射\接收放大电路的参数也不一致，故请做实验之前将光纤\光电变换块和实验仪对应编号,不要混用,以免影响正常实验。
光纤位移传感器工作特性研究重点
大学物理实验学期论文光纤位移传感器工作特性研究班级：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。
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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
以利用该区段测量微小直线位移。
实际上，输出电压的大小不仅与传感器端口到反
射面的距离有关，还与光源的
发光强度、反射物体表面的反
射率、电路增益、光路效率、
光电转换效率等因素有关，当其
他因素一定时，电压的大小只
是位移的函数。
当传感器端口到反射面的
距离保持一定时，输出电压与
反射面的反光能力有关，比如不同粗糙度的表面、不同光泽度的表面，其表面反射光的能力不同，会得到不同的输出电压，因此，该类型的传感器还可以测量物体的表面粗糙度、光泽度等（如图 4.2.6）。
实验中保持了反射面的清洁和与光线探头端面的垂直度，为了防止测量误差，避免强光直接照射反光表面。
实验内 5.
容：
（1）测定光纤位移传感器的工作特性曲线
○1观察光纤位移传感器的结构，了解振动台在实验仪上的位置（实验仪台面上右边的圆盘）。
将工件放到圆台上，其表面用作反光面。
光纤传感器探头对准反光面后，固定在支架上。
○2因为光电转换器已安好，所以可将电压信号直接送入电压/频率表，电压/频率表的切换开关置于2V挡，供电电压置于±2V挡，将光电变换器电路的增益调节到最大（顺时针向转动“增益”按钮），开启电源主副开关。
○3使光纤传感器探头与反光面良好接触，尽量使电压表的读数为零。
若读数过大，应调节探头的取向。
此时，传感器端口与反射面的距离ΔX为零。
（4）顺时针方向旋转测微仪，每隔0.250mm读一次电压表的数值，将其填入表一，计算ΔV=Vi+1—Vi
（2）测定仪器的灵敏区、线性区
○1表一中，有几组ΔV的值比较大，表明该范围内电压对位移的变化敏感。
○2在仪器的灵敏区，每隔0.100mm重复实验内容一中的测量，将数据填入表二，若灵敏区比较小，可减小每步测量间隔，以获得比较多的数据。
计算ΔV，找出其中线性好的区域。
（3）测量工件表面高度差
○1参见图4.2.6，利用表二线性区里电压与位移的关系，测量工件表面的高度差。
○2固定探头高度将工件放到圆台上，由塞尺测量工件表面到传感器端口间的距离，调节测微仪，使该距离在上升沿灵敏区的线性范围内。
读出电压值V1，保持圆台到传感器端口间的距离不变。
○3将工件另一侧移至探头下方，工件的高度差会引起电压变化，记录此时的电压值V2。
注意V2的值也应在上升沿灵敏区的线性范围内，可算出工件表面的高度差。
○4关闭电源，把所有的旋钮复原到初始位置。
6.实验结果：
表（1）
表（2）
实验分析
7.设计性实验——测量一张纸的厚度
使用光纤位移传感器测量纸的厚度，要注意很多细节问题，因为纸张的厚度很小，稍微的误差就使测量结果与实际结果差别很大。
实验结果的可靠性与反光表面的反射率有关，当所用试件表面经过较好的处理后，测量会很准确。
通过光纤位移传感器工作特性研究的实验，我们知道传感器线性区的大小斜率确定了所用仪器的量程，只有在此量程内进行的测量才是合理的。
首先测量出光纤位移传感器的相关系数，在敏感区的线性区内，仪器的敏感度、和线性度都较高，可用于准确测量微小长度。
将纸切片后放到试件与基面之间，一张纸厚度的公式为:Z=Z1-Z2.式中Z1、Z2为放纸前、后反射面到传感器探头端口间的距离，通过传感器可转变为电压值表示出来。
使用同一张纸不同位置上的纸片,重复该实验。
实验测出所用传感器的电压-位移数据列在图表中，ΔU为每增加100微米时电压的增量，以此数据
求出线性范围，在线性范围内电压与位移的关系可写为U=k Z。
其中k为线性区直线的斜率。
所以纸张厚度Z0=(Z1−Z2)/k，计算出所用传感器工作特性曲线的斜率以及相关系数。
对测量结果求平均值.因此可以求得纸张的厚度。
实验结果的可靠性与反光表面的反射率有关,当所用试件表面经过较好的处
理后,测量会很准确。
用此方法测定纸张厚度克服了等厚干涉法测量中的一个弱点。
等厚干涉法测量中, 纸张要夹在两块玻璃板之间, 而纸张被剪切后边缘会变形, 因此会影响测量结果。
8.注意事项：
（1）实验室请保持反射面的清洁和与光纤探头端面的垂直度；
（2）工作时光纤端面不宜长时间直接照射强光，以免内部电路受损；
（3）注意背景光对实验的影响，避免强光直接照射反光表面造成测量误差；（4）切勿将光纤折成锐角，保护光纤不受损失；
（5）每台仪器的光电转换器都是与仪器单独调配的，请勿互换使用；
（6）光纤探头在支架上固定式时，应保持气端口与反光面平行，切不可相互摩擦，以免使光纤探头端面受损。
9.应用提示：
光纤位移传感器的应用十分广泛。
比如将光纤位移传感器与单片机控制技术结合可以测量纸张水分的含量，进行纸张水分检测系统的设计。
光纤传感器在纸币凹版印刷特征识别中的应用，弥补了金融安全行业中机器识别凹版印刷特征的空白。
基于光纤位移传感器的轴承最新油膜厚度的测量方法也日趋成熟。
参考文献
[1] 周顺斌, 刘莹. 光纤位移传感器的研究进展及其应用[J]. 煤矿机械,2008,
[2] W.A.Gambling. 光纤传感器原理[M]. 北京: 中国计量出版社著, 1991.
[3] 刘瑞复, 等. 光纤传感器及其应用. 北京：机械工业出版社, 1987.。