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。
3）光纤位移传感器离散性较大，输出特性可能是唯一的。
4）电压表分辨率为1/1999，即0.5/1000，并存在“±1”个字的量化误差，在系统精度范围外的数字跳动属正常现象。
5）调零时数显电压表需从20V档逐步减档。
6）实验之前应关闭所有未用单元的电源，避免干扰。
7）测微头的读数和实际位移之间的关系为：实际位移=15mm-测微头读数（测微头初始刻度旋在15mm处），记录实验结果时填实际位移值。
8）测微头要正确读数，避免机械间隙误差，测微头分辨力为0.01mm。
9）插计算机通讯线时注意对正小方形口。
10）记录实验数据时应反复测量几次取平均值作为结果，以得到更为准确的实验数据。
11）传感器安装时探头应安装在连接杆上，连接杆插入直线位移执行器右边靠里的支架内，探头应对准并顶住直线位移执行器圆盘上的小圆片。
12）实验之前光纤传感器测量系统的增益应大小适中，应使位移执行器全范围移动时传感器及测量系统的输出在5V左右。
设计方案：
在本次试验中用到了光的反射、全反射。当光射到金属磁钢的表面时，发生反射，在光纤中传输的时候，发生全反射。
在这个实验中，位移是直线位移执行器光纤传感器之间的距离，位移的变化是通过测微头顶着直线位移执行器的圆盘进行移动而产生的。由于位移的变化是传感器的接受端光强发生变化。
应用的光纤传感器特性测量系统主要分为两部分，前部分提供光源，中间是光纤接入部分,后部分将反射回来的光信号转换成电信号,并经过放大电路从V0端输出。从V0传出的电信号可以通入电压表，进行读数。也可以通过特性软件进行测量。
【实验过程】（实验步骤、记录、数据、分析）
（一）采用电压表记数：
1)在直线位移执行器圆盘右边靠外边的支架安装上测微头。测微头刻度旋在
20mm处，并轻轻顶住直线位移执行器圆盘（使执行器为零位移），拧紧测量架顶部的固定镙钉。
2)在直线位移执行器圆盘上的小圆片上吸附一圆形磁钢，红点向外。
3)安装光纤传感器，光纤传感器探头安装在连接杆上，连接杆插入直线位移
执行器右边靠里的支架内，探头对准并顶住直线位移执行器圆盘上的小圆片。光纤传感器引线插入实践台面上的“光纤”插座中,将光纤传感器的两束光纤插入“光纤插入”口中,探头对准并顶住圆盘上的小圆片，拧紧测量架顶部的固定镙钉。
4)抬起通用放大器(Ⅱ)S7开关，S5开关置光纤位移传感器位，通用放大器
(Ⅱ)的输出接数显电压表，打开通用放大器(Ⅱ)电源。
5)光纤传感器测量系统调零：在保证光纤传感器探头紧贴在直线位移执行器
圆盘上的小圆片的条件下，调节光纤传感器测量系统上的调零旋钮，使电压表示数为零。
6)用测微头向左推直线位移执行器圆盘，电压表示值最大处停下，调节光纤
传感器测量系统上的增益旋钮。使电压表示值在5V左右。
7)向里旋转测微头，每转动0.5mm（测微头旋转一圈）记下数字电压表读数，
电压表示值由小变大，又由大变小，直到数字电压表读数最后接近零时停止记数，并填入表中。
（二）用特性实验软件SET2003操作：
1）实验步骤同前（一）中1）至6）。
2）光纤传感器测量系统的输出用软线接到计算机通迅口CH1或CH2，计算机通信线接到特性插口，打开计算机通讯口电源。
3）启动计算机，在桌面上双击SET2003图标进入特性软件操作界面。进行实验设置（实验模式选择单向单步；每格数值选择0.5；被测量纲选择mm）。
其中对应信号接到计算机通迅口CH1或CH2，选择测量通道为A或B。4）向里旋转测微头，每转动0.5mm按一次操作界面上的测量按钮，界面上曲线框中各个测量点被自动连成一条平滑的曲线，界面上同时显示当前的
测量电压值。把实际位移和界面上显示的电压值记录在表中，并与用电
压表表所测值比较。
【结论】（结果）
一、实验数据
位移（mm）0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0
电压（v）0 0.10 1.39 3.45 4.85 4.86 3.92 2.85 1.97 1.36
Set2003（v）0.02 0.11 1.43 3.46 4.86 4.89 3.95 2.88 1.99 1.37 二、依据实验一的数据画出的特性曲线：
三、误差分析:
1）线性起点X0:
X0=1.0
2)线性范围:
(1,0.1)到(2.5,4.85)
1）求灵敏度:
取位移1--2.5为上坡的线性段,以(1,0.1)与(2.5,4.85)为端点做直线, 灵敏度K=(4.85-0.1)/(2.5-1)=3.17
2）求非线性误差:
非线性误差通常用相对误差γL表示：γL=〒(ΔLmax/yFS)〓100%，
ΔLmax一最大非线性误差； yFS—量程输出。
上坡的非线性误差为：(0.295/4.75)*100%=〒6.2%
【小结】
在这次的传感器实验中，我对集成温度传感器、霍尔传感器、压阻式压力传感器、光纤传感器等传感器的工作原理与具体使用方法有了一定的了解，在实践中，通过对实验电路的分析和连接大大提到了我的动脑和动手能力，虽然在实验过程中遇到了很多问题，但在同学的讨论和老师的解答下都很快解决了，不但使我对实验有了更深的认识，也培养了我思考和分析解决问题的能力，更加加深了我对所学基本理论的认识和对学习传感器的兴趣。虽然现在传感器工程实践已经
结束了，但在课后我还是会去图书馆借一些关于传感器的书籍继续学习关于传感器的知识，同时感谢老师对我们的耐心讲解和指导！
指导教师评语及成绩：
评语：
成绩：指导教师签名：
批阅日期：
光纤传感器基础实验
光纤传感器基础实验 王帅 （哈尔滨工程大学13-3班75号，黑龙江省哈尔滨市 150001） 摘要：光纤传感实验仪开发研制的目的是将光纤传感这一现代技术进行广泛的普及和渗透。了解光纤传感仪试验仪的基本构造和原理，学习和掌握其正确使用方法；了解光纤端光场的径向分布和轴向分布的特点；定量了解一种光纤的纤端光场的径向分布和轴向分布；学习掌握最基本的光纤位移传感器的原理。通过对光纤接受端电压的测量，可以间接测量光纤端轴向和径向的光场强度的分布。 关键词：光纤传感器；轴向；径向；光强分布 Optical Fiber Sensor Based Experiment Wang shuai （Harbin Engineering University, Harbin,150001,Chnia） Abstract：The purpose of the development of fiber optic sensing experimental kits is to make this technology popularization. Understanding the basic structure and principle of fiber optic sensing experimental kits,learning and mastering the correct using method; Understand the radial and axial distribution characteristic of the fiber end; Learning to master the basic principle of optical fiber displacement sensor. By measuring the voltage of the optical fiber acceptting, optical fiber end light field intensity distribution of the axial and radial can be measured indirectly. Key words：fiber optic sensing experimental kits；axial; radial; light intensity distribution 0 引言 光纤传感实验仪是由多种形式的光纤传感器组成，是集教学和实验于一体的传感测量系统。它具有结构简单，灵敏度高，稳定性好，切换方便应用范围广等特点。在实验过程中，我们用光纤传感实验仪构成反射式光纤微位移传感器，可用于测量多种可转换成位移的物理量。 1 实验原理 1.1光在光纤中传输的原理 光在光纤中的传输依据是光学中的全反射定律。普通石英光纤的结构包括纤芯、包层和
光纤传感器最终版
课程设计 题目光纤传感器实验设计 二级学院光电信息学院 专业应用物理 班级110160101 学生姓名王洋学号11016010124 指导教师陶传义 考核项目设计50分平时成绩20分答辩30分得分 总分考核等级教师签名
光纤位移传感器设计实验 摘要：反射式光纤位移传感器是一种传输型光纤传感器。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。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。 关键词：光纤传感器
重庆理工大学课程论文作者：王洋 目录 摘要…………………………………………………………………………………I 前言 (1) 1.设计原理 (1) 1.1光导纤维与光纤传感器的一般原理 (1) 1.2反射式位移传感器的结构原理 (1) 2.实验内容 (3) 2.1实验仪器 (3) 2.2实验步骤 (3) 2.3实验结果 (5) 3.系统误差分析 (6) 3.1误差来源 (6) 3.2提高测量精度的措施 (6) 参考文献 (7)
前言 位移测量是多种物理量（如：振动、压力、应变、加速度、流量等）测量的基础。通常有机械式测量、电磁测量及激光测量等方法。机械式测量的精度低，速度慢，不适于在线测量；电磁式测量易受工厂电磁干扰；但是光学测量，不但速度快，而且精度高，且适用于微小的位移测量。 1设计原理 1.光导纤维与光纤传感器的一般原理 光导纤维主要是由二氧化硅构成，它利用光的完全内反射原理传输光波，是一种非常高效的传播介质。如图1所示，光纤是由折射率高的纤芯和包层组成。包层的折射率小于纤芯的折射率，光纤的直径为0.1mm~0.2mm。由于纤芯的折射率比包层高，当光线由光纤端面进入纤芯时，在到达纤芯与包层的交界面时，光线就会完全内反射回纤芯层。经过不断的完全反射，光线就能沿着纤芯向前传播。 许多外界因素（如压力、温度、电场、磁场、振动等）都可对光纤产生作用，从而引起光波特性参量（如相位、偏振态、振幅等）发生变化。因此我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
光纤传感器的设计1
HARBIN ENGINEERING UNIVERSITY 物理实验报告 实验题目：光纤传感器的设计 姓名： 物理实验教学中心
实 验 报 告 一、实验题目：光纤传感器的设计 二、实验目的： 1.了解光纤传感器设计实验系统的基本构造和原理及应用； 2.了解光纤传感器设计实验系统的补偿机理，验证补偿效果； 3.设计光纤位移传感器，给出定标曲线。 三、实验仪器： 光纤传感设计实验系统主机、三光纤补偿式传感探头、精密机械调节架。 四、实验原理（原理图、公式推导和文字说明）： 图1 在纤端出射光场的远场区，为简便计，可用接收光纤端面中心点处的光强来作为整个纤芯面上的平均光强。在这种近似下，得到在接收光纤终端所探测到的光强公式为 2 022(,)exp[](2)(2) SI d I x d x x πωω=?- （1） 考虑到光纤的本征损耗，光纤所接收到的反射光强可进一步表示为 00(,)(,)I x d I K KRf x d = 式中 I 0——注入光源光纤的光强； K 0，K ——光源光纤和反射接收光纤的本征损耗系数； R ——反射器的反射系数；
d ——两光纤的间距； f (x ,d )——反射式特性调制函数。结合式(1)，f (x ,d )由下式给出，即 22 022(,)exp[](2)(2) a d f x d x x πωω=?- 其中 3/2 00 ()[1()] x x a a ωξ =+ 为了避免光源起伏和光纤损耗变化等因素所带来的影响。采用了双路接收的主动补偿方式可有效地补偿光源强度的变化、反射体反射率的变化以及光纤损耗等因素所带来的影响。补偿式光纤传感器的结构由图1给出。由（1）式可知 1002 00(,)(,) (,2)(,2)I x d I K KRf x d I x d I K KRf x d =?? =? 则两路接收光纤接收光强之比为 ]) 2()2(exp[22 221x d d I I ω--= 通过实验建立两路接收光强的比值与位移的关系（标定）后，即可实现补 偿式位移测量。
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。
传感器实验报告
金属箔式应变片——半桥性能实验 一． 实验目的：比较半桥与单臂电桥的不同性能，了解其特点。 二． 基本原理：不同受力方向的两片应变片接入电桥作为邻边，电桥输出 三． 灵敏度提高，非线性得到改善。当两片应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电 压U02=EK/ε2。 四． 需用器件和单元：应变式传感器实验模板、应变式传感器、砝码、数显表、+15V 电源、+-4V 电源、万用表 五． 实验步骤： ① 按要求将应变式传感器装与传感器模板上。 ② 按要求进行电路接线，将两个应变片接入桥路。 ③ 进行测量，将数据记录到表格中。 六．实验数据 所以可知灵敏度δ=0.3639，非线性误差为δf1=Δm/Y F.s =1.112/65=1.71% 七、思考题： 1、半桥侧量时两片不同受力状态的电阻应变片接入电桥时，应放在： (1)对边 (2)邻边。 2、桥路(差动电桥)测量时存在非线性误差，是因为：(1)电桥测量原理上存在非线性 (2)应变片应变效应是非线性的 (3)调零值不是真正为零。 答：都是。但是调零值可以通过记录最初的非零值来消除此误差
金直流全桥的应用——电子秤实验 一． 实验目的：了解应变片直流全桥的应用电路的标定。 二． 基本原理：电子秤实验原理为实验三全桥测量原理，通过对电路调节 三． 使电路输出的电压值为重量对应值，电压量纲(V)改为重量量纲(g)即成为一台原始 电子秤。 四． 需用器件和单元：应变式传感器实验模板、应变式传感器、砝码、±15V 电源、± 4V 电源 五． 实验步骤： 1、按实验一中2的步骤将差动放大器调零：参考图1-2将四个应变片按正确的接法接成全桥形式，合上主控箱电源开关调节电桥平衡电位器Rw1，使数显表显示0.00V 。 2、将10只砝码全部置于传感器的托盘上，调节电位器Rw3(增益即满量程调节)，使数显表显示为0.200V(2V 档测显)或-0.200V 。 3、拿去托盘上的所有法码，调节电器Rw4（零位调节），使数显表显示为0。000V 或—0。000V 。 4、重复2、3步骤的标定过程，一直到精确为止，把电压量纲V 改为重量量纲g ，就可秤重，成为一台原始的电子秤。 6、根据上表计算误差与非线性误差。 所以可知灵敏度δ=1，非线性误差为δ f1=Δm/Y F.s =0
光纤传感器实验报告
实验题目：光纤传感器 实验目的： 掌握干涉原理，自行制作光线干涉仪，使用它对某些物理量进行测量， 加深对光纤传感理论的理解，以受到光纤技术基本操作技能的训练。实验仪器： 激光器及电源，光纤夹具，光纤剥线钳，宝石刀，激光功率计，五位调 整架，显微镜，光纤传感实验仪，CCD及显示器，等等 实验原理：（见预习报告） 实验数据： 1.光纤传感实验（室温：24.1℃） （1）升温过程 （2）降温过程
2．测量光纤的耦合效率 在光波长为633nm条件下，测得光功率计最大读数为712.3nw。数据处理： 一．测量光纤的耦合效率 在λ=633nW，光的输出功率P1=2mW情况下。在调节过程中测得最大 输出功率P2=712.3nW 代入耦合效率η的计算公式： 3.56×10-4 二．光纤传感实验 1.升温时 利用Origin作出拟合图像如下： B 温度/℃由上图可看出k=5.49±0.06
根据光纤温度灵敏度的计算公式,由于每移动一个条纹相位改变 2π，则 Δφ=2π×m （m 为移动的条纹数） 故灵敏度即为 因l=29.0cm 故其灵敏度为±1.30）rad/℃ 2.降温时 利用Origin 作出拟合图像如下： -40 -20 A B 由上图可看出k=7.45±0.11 同上： 条纹数 温度/℃
灵敏度为 因l=29.0cm 故其灵敏度为±2.38）rad/℃ 由上述数据可看出，升温时与降温时灵敏度数据相差较大，这是因为在升温时温度变化较快，且仪表读数有滞后，所以测出数据较不准确，在降温时测出的数据是比较准确的。 思考题： 1.能否不用分束器做实验？替代方案是什么？ 答：可以，只要用两个相同的相干波波源分别照射光纤即可，这样也可造成光的干涉。 2.温度改变1℃时，条纹的移动量与哪些因素有关？ 答： （1）与光纤的温度灵敏度有关 （2）与光纤置于温度场的长度有关 3.实验中不可用ccd是否能有办法看到干涉条纹？替代方案是什么？ 答：可以。可以用透镜将干涉条纹成像在光电探测器上进行测量。 实验小结： 1.光纤的功能层非常脆弱，光纤剥离过程中要使力均匀，不可用力过猛， 否则易造成光纤的断裂，必要时可分段进行剥离。 2.使用宝石刀进行切割时，要轻轻划一下，再将光纤弹断，直接切断会 造成光纤断面不平滑，导致测出的光纤耦合系数较低。 3.光纤传感实验时记录移动的条纹数时可自行在显示器上寻找参照点， 保证记录的准确即可。
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
机电系统控制实验报告
穿销单元工件穿销实验报告 一、前言 模块化柔性制造综合实训系统最大特点是以机器人技术为核心的技术综合性和系统性，又兼顾模块化特征。综合性体现在机器人技术、机械技术、微电子技术、电工电子技术、传感测试技术、接口技术、PLC工控技术、信息变换技术、网络通信技术等多种技术的有机结合，并综合应用到生产设备中；而系统性指的是，生产线的传感检测、传输与处理、控制、执行与驱动等机构在微处理单元的控制下协调有序地工作，有机地融合在一起。 系统模块化结构，各工作单元是相对独立的模块，并具有较强的互换性。可根据实训需要或工作任务的不同进行不同的组合、安装和调试，达到模拟生产性功能和整合学习功能的目标，十分适合教学实训考核或技能竞赛的需要。 通过该系统，学生经过实验了解生产实训系统的基本组成和基本原理，为学生提供一个开放性的，创新性的和可参与性的实验平台，让学生全面掌握机电一体化技术的应用开发和集成技术，帮助学生从系统整体角度去认识系统各组成部分，从而掌握机电控制系统的组成、功能及控制原理。可以促进学生在掌握PLC技术及PLC网络技术、机械设计、电气自动化、自动控制、机器人技术、计算机技术、传感器技术等方面的学习,并对电机驱动及控制技术、PLC控制系统的设计与应用、计算机网络通信技术和高级语言编程等技能得到实际的训练，激发学生的学习兴趣，使学生在机电一体化系统的设计、装配、调试能力等方面能得到综合提高。体现整体柔性系统教学的先进性。 二、实验目的 1、了解PLC的工作原理； 2、掌握PLC编程与操作方法； 3、了解气缸传感器的使用方法； 4、掌握PLC进行简单装配控制的方法。 三、实验设备 1、模块化柔性制造综合实训系统一套； 2、安装西门子编程软件STEP7-MicroWIN SP6的计算机一台； 3、西门子S7-200 PLC编程电缆一条。 四、实验原理 学生可通过实验验证工业现场中如何使用PLC对控制对象进行控制，我公司提供PLC源程序，学生可在源程序的基础上进行进一步编程，将编写好的程序通过编
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
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。
光纤压力传感器实验
光纤压力传感器实验 一、实验目的 1、了解并掌握传导型光纤压力传感器工作原理及其应用 二、实验内容 l、传导型光纤压力传感光学系统组装调试实验； 2、发光二极管驱动及探测器接收实验； 3、传导型光纤压力传感器测压力原理实验。 三、实验仪器 1、光纤压力传感器实验仪1台 2、气压计1个 3、气压源l套 4、光纤1根 5、2#迭插头对若干 6、电源线1根 四、实验原理 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。但这类传感器的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。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。 本实验仪所用到的光纤压力传感器属于非功能型光纤传感器。 本实验仪重点研究传导型光纤压力传感器的工作原理及其应用电路设计。在传导型光纤压力传感器中，光纤本身作为信号的传输线，利用压力一电一光一光一电的转换来实现压力的测量。主要应用在恶劣环境中，用光纤代替普通电缆传送信号，可以大大提高压力测量系统的抗干扰能力，提高测量精度。 相关参数： l、光源 高亮度白光LED，直径5mm
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-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 实验数据范例
实验数据范例 一、光纤测量重力 表一 砝码（g） 5 10 15 20 25 30 35 40 45 显示值(mv) 77 134 180 226 280 346 397 454 500 砝码（g）50 55 显示值(mv) 552 594 表一中的数据曲线图 表二 砝码（g） 5 10 15 20 25 30 35 40 45 显示值(mv) 73 126 163 223 273 338 397 458 520 砝码（g）50 55 显示值(mv) 575 630 表二中的数据曲线图
表三 砝码（g） 5 10 15 20 25 30 35 40 45 显示值(mv) 76 129 173 230 280 342 396 460 520 砝码（g）50 显示值(mv) 560 表三中的数据曲线图 二、温度测量 表四（升温） 温度（℃）20 25 30 35.6 40 45.7 50 56 60 显示值(mv) 2290 2150 1970 1665 1520 1263 1190 1000 940 温度（℃）64.7 70 75 80 85 90 95 100 105 显示值(mv) 850 760 720 600 583 475 406 294 150 表四中的数据曲线图
表五（升温） 温度（℃）20．9 25 30 35 40 45 50 55 60 显示值(mv) 2220 2155 1954 1720 1490 1300 1190 1040 960 温度（℃）65 70.5 75 78 85 90 95 100.3 105 显示值(mv) 826 740 713 640 580 475 390 304 217 表五中的数据曲线图
光纤位移传感器测位移特性实验重点
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。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。 光纤传感器主要分为两类：功能型光纤传感器及非功能型光纤传感器(也称为物性型和结构型)。功能型光纤传感器利用对外界信息具有敏感能力和检测功能的光纤，构成“传”和“感”合为一体的传感器。这里光纤不仅起传光的作用，而且还起敏感作用。工作时利用检测量去改变描述光束的一些基本参数，如光的强度、相位、偏振、频率等，它们的改变反映了被测量的变化。由于对光信号的检测通常使用光电二极管等光电元件，所以光的那些参数的变化，最终都要被光接收器接收并被转换成光强度及相位的变化。这些变化经信号处理后，就可得到被测的物理量。应用光纤传感器的这种特性可以实现力，压力、温度等物理参数的测量。非功能型光纤传感器主要是利用光纤对光的传输作用，由其他敏感元件与光纤信息传输回路组成测试系统，光纤在此仅起传输作用。 本实验采用的是传光型光纤位移传感器，它由两束光纤混合后，组成Y 形光纤，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d ，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，如图26—1所示。 发射光 接收光 (a)光纤测位移工作原理 (b)Y 形光纤 图26—1 Y 形光纤测位移工作原理图 传光型光纤传感器位移量测是根据传送光纤之光场与受讯光纤交叉地方视景做决定。当
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)/2 else K=(N)/2 end A1=0; delta=0;%delta=A1-A2 for i=1:K;%计算前半部分残差和 A1=A1+v0(i); end A2=0; for j=K+1:N;%计算后半部分残差和 A2=A2+v0(j); end A1; 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=0 for i=1:N-1; u=u+v0(i)*v0(i+1); end u=abs(u) if((u-sqrt(N-1)*M30)>0)
传感器的位移测量实验
位移测量实验报告 专业班级姓名实验仪器编号实验日期 一、实验目的 掌握常用的位移传感器的测量原理、特点及使用，并进行静态标定。 二、实验仪器 CSY10B型传感器系统实验仪。 三、实验内容 （一）电涡流传感器测位移实验· 1、测量原理 扁平线圈中通以交变电流，与其平行的金属片中产生电涡流。电涡流的大小影响线圈的阻抗Z。Z = f（ρ，μ，ω，x）。 不同的金属材料有不同的ρ、μ，线圈接入相应的电路中，用铁、铝两种不同的金属材料片分别标定出测量电路的输出电压U与距离x的关系曲线。 2、测试系统组建 电涡流线圈、电涡流变换器（包括振荡器、测量电路及低通滤波输出电路）、测微头、电压表、金属片。 3、试验步骤
4、数据分析与讨论 画出输入输出关系曲线，确定量程，非线性误差，在测量范围内计算灵敏度，进行误差分析。 （二）光纤传感器测位移实验 1、测量原理 反射式光纤传感器属于结构型, 工作原理如图。
反射式位移传感器原理 当发光二极管发射红外光线经光纤照射至反射体，被反射的光经接收光纤至光电元件。经光电元件转换为电信号。经相应的测量电路测出照射至光电元件的光强的变化。 2、组建测试系统 光纤、光电元件、发光二级管、光电变换测量电路、数字电压表、反射体(片)、测微头。 3、实验步骤 ①观察光纤结构；②安装光纤探头、反射片；③连接电路；④旋动测微仪测位移。 X(mm) 0.00 0.25 0.50 U(V) `` X(mm) U(V) `` X(mm) U(V) `` X(mm) U(V) `` 4、数据分析与讨论 画出输入输出关系曲线，确定量程，非线性误差，在测量范围内计算灵敏度，进行误差分析。
光纤传感器位移特性实验
0.4 0.50.60.70.80.911.1光纤传感器位移特性曲线 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 ） Uo(V) 2、用matlab 绘制的X-Uo 曲线图
光纤传感实验报告
光纤传感实验 光纤特性的研究和应用是20世纪70年代末发展起来的一个新的领域。光纤传感器件具有体积小、重量轻、抗电磁干扰强、防腐性好、灵敏度高等优点；用于测量压力、应变、微小折射率变化、微振动、微位移等诸多领域。特别是光纤通信已经成为现代通信网的主要支柱。光纤通信的发展极为迅速，新的理论和技术不断产生和发展。因此，在大学物理实验课程中开设“光纤特性研究实验”已经成为培养现代高科技人才的必然趋势。传感器是信息技术的三大技术之一。随着信息技术进入新时期，传感技术也进入了新阶段。“没有传感器技术就没有现代科学技术”的观点已被全世界所公认，因此，传感技术受到各国的重视，特别是倍受发达国家的重视，我国也将传感技术纳入国家重点发展项目。 光纤特性研究和应用是一门综合性的学科，理论性较强，知识面较广，可以激发学生对理论知识的学习兴趣，培养学生的实践动手和创新能力，光纤干涉系列实验教学的开设就显得非常重要了。基于这个目的，我们对光纤干涉实验教学进行了初步探索，在此基础上，该实验还可以进行一些设计性及研究性实验。 一、实验目的 1.学习光纤数值孔径的物理含义、光纤与光源耦合方法的原理； 2.理解M—Z干涉的原理和用途；了解传感器原理； 3.实测光纤压力传感器和温度传感器实验数据。 二、实验仪器 激光器及电源，光纤夹具，光纤剥线钳，宝石刀，激光功率计，五位调整架，显微镜，光纤传感实验仪，CCD及显示器，等等 三、实验原理 1．光纤数值孔径、光纤的耦合方法 （1）光纤数值孔径 光纤数值孔径是描述光纤与光源、探测 器和其他光学器件耦合时的特性，它的大小 反映光纤收集光的能力。数值孔径是光纤传 光性质的结构参数之一，是表示光学纤维集 光能力的一个参量。光在光纤中的传播可以 用全反射原理来说明。图1 光纤剖面图
生物医学传感器实验报告
西安交通大学实验报告 成绩 第页共页课程生物医学传感器实验 系别生物医学工程实验日期年月日专业班级组别交报告日期年月日姓名学号报告退发 (订正、重做) 同组者教师审批签字 实验一金属箔式应变片：单臂、半桥、全桥比较 ( )型 实验目的：验证单臂、半桥、全桥的性能及相互之间关系。 所需单元和部件： 直流稳压电源、差动放大器、电桥、F／V表、测微头、双平行梁、应变片、主、副电源。 有关旋钮的初始位置： 直流稳压电源打到±2V档，F／V表打到2V档，差动放大器增益打到最大。 实验步骤： (1) 了解所需单元、部件在实验仪上的所在位置，观察梁上的应变片，应变片为棕色衬底箔式结构小方薄片。上下二片梁的外表面各贴二片受力应变片。 (2) 将差动放大器调零：用连线将差动放大器的正（＋）、负（－）、地短接。将差动放大器的输出端与F／V表的输入插口Vi 相连；开启主、副电源；调节差动放大器的增益到最大位置，然后调整差动放大器的调零旋钮使F／V表显示为零，关闭主、副电源。 图1 (3) 根据图１接线R1、R2、R3为电桥单元的固定电阻。R4为应变片；将稳压电源的切换开关置±4V档，F／V表置20V档。开启主、副电源，调节电桥平衡网络中的W1，使F／V表显示为零，等待数分钟后将F／V表置2V档，再调电桥W1（慢慢地调），使F／V表显示为零。
(4) 调整测微头使双平行梁处于水平位置(目测)，将直流稳压电源打到±4V档。选择适当的放大增益，然后调整电桥平衡电位器W1，使表头显示零(需预热几分钟表头才能稳定下来)。 (5) 旋转测微头，使梁移动，每隔0 .5mm读一个数，将测得数值填入下表，然后关闭主、副电源： 位移（mm）0.5 1.0 1.5 2.0 电压（mv） 5 8 11 15 (6) 保持放大器增益不变，将R3固定电阻换为与R4工作状态相反的另一应变片即取二片受力方向不同应变片，形成半桥，调节测微头使梁到水平位置（目测），调节电桥W1使F／V表显示表显示为零，重复（5）过程同样测得读数，填入下表： 位移（mm）0.5 1.0 1.5 2.0 电压（mv） 4 11 18 25 (7) 保持差动放大器增益不变，将R1，R2两个固定电阻换成另两片受力应变片（即R1换成，R2换成，）组桥时只要掌握对臂应变片的受力方向相同，邻臂应变片的受力方向相反即可，否则相互抵消没有输出。接成一个直流全桥，调节测微头使梁到水平位置，调节电桥W1同样使F／V表显示零。重复（5）过程将读出数据填入下表： 位移（mm）0.5 1.0 1.5 2.0 电压（mv）13 28 44 62 (8) 在同一坐标纸上描出X-V曲线，比较三种接法的灵敏度。 由图可知：第三种接法灵敏度最高，第一种接法灵敏度最低。 注意事项： (1) 在更换应变片时应将电源关闭。 (2) 在实验过程中如有发现电压表发生过载，应将电压量程扩大。 (3) 在本实验中只能将放大器接成差动形式，否则系统不能正常工作。