光纤传感器实验重点

光纤结构简介
光纤芯 涂敷层
光在光纤中的传播 （全反射原理）
φ
n0 n2 n1
包层
n1>n2>n0
光纤端光场分布的测量
光场 光纤
光纤
轴向光场测量
径 向 光 场 测 量
I0 r2 I 2 2 exp{ 2 2 } 3/ 2 2 3/ 2 2 a0 [1 ( z / a0 ) tg c ] a0 [1 ( z / a0 ) tg c ]
在坐标纸上画出（或用Excel打印） 曲线 （实验结果为两条实验曲线）
实 验 内 容(31)
1、反射式光纤位移传感器的调制特性 曲线的测量（I1～x和I2 ～x曲线） 。
在坐标纸上画出（或用Excel打印）曲线
2、验证补偿效果（I1/I2～x曲线）。
在坐标纸上画出（或用Excel打印）曲线
（b）等价光纤坐标系统
r
等效镜面光纤
I A ( x)
（a）光纤探头示意图
a0 2 d2 f (d , x ) 2 exp 2 R (2 x ) R (2 x )
R( x) a0 [1 ( x / a0 ) 3/ 2 ]
反射式光场分布曲线
180 160 140 120
0.6
0.5
¿ (I/I0) â Ç ¹
0.4
z=0.5mm z=1mm
0.3
0.2
0.1
0 0 0.1 0.2 0.3 0.4
á Ï º ò × ø ± ê £ ¨mm)
纤端光场径向分布理论曲线
光纤端光场径向分布（二）
200Î ¢ à ×Ð ¾ ¾ ¶ ¹ â Ï Ë ¶ Ë ³ ¡ · Ö ² ¼ Ê µ Ñ é Ö µ £ ¨¹ é Ò » » ¯ £ ©
实 验 目 的


了解“光纤传感实验仪”的基本构造和带尾纤的光电器 件； 定性了解光纤端光场的径向分布和轴向分布特点及测量 方法并进行定量测量； 了解反射接收（一个发光、一个或两个接收光）的光纤 端光场分布的特性曲线， 学习掌握最简单、最基本的光 纤位移传感器及补偿式光纤位移传感器的原理和应用方 法。 学习做研究的、最常用的一种手段，即通过实验采集数 据，把数据画成曲线，分析曲线找规律，再来看怎样利 用其规律性。
实验注意事项
1、光纤探头已固定在调节架上，未 经允许不得拆卸，擅自拆卸造成损 失后果自负； 2、实验操作过程中切不可使光纤探 头与反射镜相撞或光纤探头与光纤 探头相撞，以免损坏光纤探头； 3、严格按讲义上实验步骤进行操作， 不得擅自改变各实验参数。
光纤传感实验仪的应用
简 介

多种光纤传感原பைடு நூலகம்：集反射式、透射式及微弯
0.8 0.7
© µ £ ¯ Ö » » é Ò ¨¹ ¿ £ â Ç ¹
0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0 0.1 0.2 0.3
z=0.5mm z=1.0mm
0.4
0.5
á Ï º ò × ø ± ê £ ¨mm)
纤端光场径向分布实验曲线
反射式光场分布测量
I A0
接收光纤 A X 光源光纤 R x x
光纤端光场轴向分布
Ë ¶ Ï Ë
5.5 5 4.5
µ v) ×» Ö ¹ ª ç Ñ ¿ (µ â Ç ¹
4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 0 0.5 1 1.5 2 Ý Ï × ò × ø ± ê £ ¨mm) 2.5 3
µ Á Ï Ð 1
3.5
4
纤端光场轴向分布实验曲线
光纤端光场径向分布（一）
式传感原理于一体。
五个基础性实验：可实现五个基础性实验。 四个设计性实验：实现温度测量、压力测量、固
体线膨胀系数测量、金属杨氏模量的测量等。

LED发光的I-P特性研究：光源输出特性的研究
光纤传感器的设计
典型的单发射、双接收反射式光
纤补偿型维位移传感探头； 利用补偿原理实现温度测量、压 力测量、固体线膨胀系数测量、 金属杨氏模量的精密测量等； 所有能够转变成维位移的物理量 都可以用该探头实现测量。
10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 2 4
位移/mm
输出电压/V
6
8
10
12
反射式光场分布曲线
3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 0 20 40 60
实 验 内 容(30)
1、光纤端光场轴向分布的测量；
在坐标纸上画出（或用Excel打印） 曲线
2、光纤端光场径向分布的测量；
输 出 100 (mV) 80
60 40 20 0 0 1 2 3
理论曲线 实验测试数据
4
5
位移(mm)
补偿式光纤探头反射式光场
3d 2 I1 / I 2 exp 2 ( 2 x )
( x) a0 [1 ( x / a0 ) 3 / 2 ]
反射式光场分布曲线