光纤传感器实验

光纤传感器实验
光纤传感器实验

实验5—5 光纤传感器实验

人类进人21世纪,信息传递的方式也在悄然改变。从两根电线传输一路电话到一根光纤传输几十、几百路电话,从海底电缆到欧亚光缆,光纤传递光信息的优点是显而易见的。光在光纤中不断地被全反射传输,免受大气的干扰、散射,衰减大大减少,从而实现上百公里的远距离传输而不需要中间放大器。光纤在信息传输中的应用已为人们所熟知,但将光纤用作传感器却了解不多,该实验将介绍反射式光纤位移传感器,增强对光纤传感器的了解。

光纤传感器是一种新型传感器,随着其技术的日益发展,应用越来越广泛。光纤传感器的机理是外界物理量的变化导致光纤参数的相应改变,例如应力或温度变化时,会引起光纤长度和折射率的变化,从而形成光纤应变或温度传感器。

光纤传感器具有许多优点:重量轻、灵敏度较高;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;耐高温、耐化学腐蚀、耐水性好,还能高速率和大容量传输测得的信息,便于测试自动化和远距离传输;光纤传感器可以用于高压、电气、噪音、高温、腐蚀或其他的恶劣环境,并可实现非破坏和非接触测量,而且具有与光纤遥感技术的内在相容性。目前,正在研制中的光纤传感器有磁、声、压力、温度、加速度、陀螺、位移、液面、转矩、光声、电流和压变等类型的光纤传感器。

【实验目的】

1.了解光纤、光纤传感器的基本概念。

2.了解反射式光纤位移传感器的基本原理。

3.测量并绘出输出电压与位移特性曲线。

4.了解利用反射式光纤位移传感器测量转盘转速和振动频率的工作原理。

【实验原理】Array

1.光纤的基本知识

1)光纤的基本结构

光纤(Optic Fiber)是光导纤维的简称,一般

由纤芯、包层、涂敷层与护套构成,是一种多层介

质结构的对称性柱体光学纤维。

光纤的一般结构如图5-5-1所示。纤芯和包层为光纤结构的主体,对光波的传播起着决定性作用,其中纤芯是光密媒质,包层是光疏媒质。涂敷层与护套则主要用于隔离杂散光,提高光纤强度,保护光纤。在特殊应用场合不加涂敷层与护套,为裸体光纤,简称裸纤。

根据纤芯与包层的光学折射率沿光纤径向分布不同,光纤又可分为阶跃折射率光纤和渐

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变折射率光纤两类。

2) 光在阶跃光纤中的传播

当光从光密媒质射向光疏媒质,入射角大于临界角时,光线会产生全反射。全反射是光纤的工作基础。

若光线以某一角度进入光纤端面时,入射光线与光纤轴心线之间的夹角θ称为光纤端面入射角;光线进入光纤后又折射到纤芯和包层之间的界面上,形成包层界面入射角?,如图5-5-2所示。若光线垂直光纤端面射入,并与光纤轴心线重合,该光线将沿轴心线向前传播。若光线不垂直光纤端面射入,由于>12n n ,所以在包层和纤芯之间的界面处有一个产生光全反射的临界入射角?c ,与其相对应的,在光纤端面有一个端面临界入射角θc 。由光的反射和折射定律可知,?c 、θc 满足下式:

()01sin sin 2c c n n θπ?=-, 122sin sin 2c n n n π?==

如果某一斜射光线,它在端面的入射角θθ≤c ,如图5-5-2中的实光线所示,进入光纤后,折射到纤芯与包层界面的入射角??≥c ,满足全反射条件,则该光线将在纤芯和包层的界面上不断地产生全反射而向前传播,入射光就从光纤的一端传到另一端。对于端面入射角θθ>c 的入射光,因在纤芯与包层界面上的入射角??≤c ,就有部分光折射入包层,如图5-5-2中虚光线。这部分光在光纤中传输,不断折射损耗,基本都折射进包层,被包层所吸收。

所以,只要在光纤端面的入射角在θθ≤c 范围内的光线,都可以在光纤中被无数次的全反射在纤芯内向前传播,最后从光纤的另一端传出,这就是光纤的传光原理。

光纤的临界入射角θc 的大小是由光纤本身性质决定。

NA sin c θ==由上式可知,θc 的大小由光纤本身的折射率1n 、2n 所决定。式中NA 称为光纤的数值孔径,常用数值孔径这一量来表达光纤能接收光信号的难易程度。 正由于光纤具有这种良好的传光性能,以及光纤本身是不带电的绝缘体,具有抗电磁干图5-5-2 光在阶跃光纤中传输

大学物理实验

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扰、抗辐射的性能,特别适用于可燃、易爆等恶劣环境下使用;另外由于纤细、质轻、柔软、可塑性强,适于小孔、缝隙等场合使用。因此,应用光纤作为传光的媒质,含有“感知”和“传输”外界被测信号两种功能的光纤传感技术,一问世就受到极大的重视。

2. 光纤传感器概述

利用光纤技术和有关光学原理,将感受的被测量转换成可用输出信号的器件或装置称为光纤传感器。光纤传感器基本上由光源、光学敏感元件、光导纤维、光检测器和信号处理系统等部分组成。

光纤传感器的分类方法很多,以光纤在系统中的作用,可分为功能型光纤传感器(传感型)和非功能型光纤传感器(传光型)。功能型光纤传感器是以光纤本身作为敏感元件,光纤本身的某些光学特性(如光的强度、相位、偏振和频率等)被外界物理量所调制来实现测量。非功能型光纤传感器是利用其他敏感元件感受被测量,光纤仅作为传播光线的介质。

光纤传感器的基本工作原理是将光源的光经光纤送入调制区,在调制区内,外界被测参数与进入调制区的光相互作用,使光的光学性质如光的温度、波长(颜色)、频率、相位或偏振态发生变化,成为被调制的信号光,再经光纤送入光探测器,经解调而获得被测参数。

3. 光纤位移传感器的工作原理

位移是既容易测量又易于获得高精度检测的基本物理量之一,压强、振动、加速度等物理量都可转换成位移进行检测,所以位移传感器是基本传感器,下面介绍一种强度型反射式光纤微小位移传感器的原理。

图5-5-3是反射式光纤位移传感

器的光路结构示意图。两光纤臂组成

Y 型传感探头。其中一臂为发射光纤,

将光传至反射目标,另一臂为接收光

纤,接收由目标反射回的反射光,并

传给接收的光敏元件。光敏元件接收

到的光强取决于反射目标与光纤探头

间的间距d ,反射面的反射率,及光

纤探头的结构。在一定的条件下,光

敏元件接收光强仅与距离d 有关,所

以通过检测反射光强来测定位移。其

基本响应曲线如图5-5-4 所示,曲线

有一峰值,峰值的前沿很陡,近似呈

线性,后沿变化比较缓慢与21d 近似

成正比。应用几何光学的理论对曲线

很容易理解。

如图5-5-5 (a)所示,设光纤芯径

实验5—5 光纤传感器实验161 为r,发射光纤的射出光束在光顶角为θ(2arcsin NA

θ=)的某一光锥内,θ大小是由光纤的数值孔径NA决定的。设输入、输出光纤间距为a,则根据镜像法,接收光纤所接收到的反射光,相当于来自镜后d处虚发射光纤所发出的光。因而确定调制响应,等效于计算虚发射光纤与接收光纤之间的耦合。

反射光斑的面积为2

πR,其中:2tanθ

=+

R r d。设光纤间距为a,由此可知当<+

R a r即(2tan)θ

<

d a时,没有反射光耦合进接收光纤。当3

+<<+

a r R a r即(2tan)(2)tan)

θθ

<<+

a d a r范围内,接收光纤与从虚光纤发出的光锥底端相交,耦合进接收光纤的光通量由虚光纤发出的光锥底面的大小及该光锥底面与接收光纤截面相重叠部分的面积(图5-5-5(b)中的阴影部分)所决定。随着d的增加,光锥底面增大变化率小于重叠面积增大变化率,说明接收光通量增加,所接收到的反射光强随d的增大而增强,经信号处理系统处理后的输出电压也在增大。当两者变化率相等时,接收到的反射光强达到一个峰值,输出电压达到最大值。当d再增加时,光锥底面增大变化率大于重叠面积增大变化率,此时所接收光通量减小,即接收到的反射光强随d的增大而减小,输出电压也在减小。当3

>+

R a r时,随着R的扩大,反射光斑的面积也在扩大,接收到的反射光强占反射光斑的比例随2

1R减小。因此,反射光强P随光纤与反射目标间距d的曲线如图5-5-4所示;这就是反射式强度调制传感原理的特性曲线。根据其特性,应用曲线的前沿范围,可以设计灵敏度高、线性好的传感器;应用曲线的后沿范围,可以设计动态范围较大的传感器。

4.光纤振动传感器工作原理

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大学物理实验

光纤振动传感器是利用光纤传感器的探头,将反射膜片粘在振动片上,当光源发出的光由发射光纤传输并投射到振动片上反射镜片的表面,然后反射,由接收光纤接收并传回光敏元件;当反射膜片随振动而位置发生变化时,则输出信号也发生变化,若振动是周期性变化,则输出信号也是周期性变化。根据位移—输出电压特性曲线,适当选取光纤探头的发射片的起始位置,就可正确测量出振动频率。

5.光纤转速传感器工作原理

光纤转速传感器也是利用光纤传感器的探头,将反射膜片粘在转动盘片上,当光源发出的光由发射光纤传输并投射到转盘反射镜片的表面,然后反射,由接收光纤接收并传回光敏元件;当反射膜片随转动台旋转时,位置发生变化时,则输出信号也发生变化,其变化周期就是转动周期,由此也可测量角速度。

【实验仪器】

光纤传感器实验仪。

【实验内容与步骤】

1.位移—输出电压特性曲线的测量

1)安装位移传感器。将光纤探头插入至推不动为止并固定,同时将显示测量转换开关置于电压测量档,连接信号线,检查其显示是否正常。

2)粗测。测量出输出电压的初始值、最大值和尾值,并读出其对应的千分尺的刻度值。

(注:输出电压的初始值不一定为零;千分尺的刻度值也不一定为零。)

3)准确测量。根据粗测值确定合适的步长,前后坡各测10个点左右,记录下输出电压值及其对应的千分尺的刻度值,并填入自行设计表格中。

4)根据测量数据,选择合适的坐标,在坐标纸中画出位移—输出电压特性曲线。

2.振动频率测量

1)安装位移传感器,将光纤探头插入振动测量架,并对准振动架反射面中心,调节探头到反射面的距离。

2)将显示测量转换开关置于频率测量档,连接信号线,检查其显示是否正常。

3)调节振动源的输出频率并测量,比较测量值和设定值。

3.转速测量

1)安装位移传感器,将光纤探头插入转速测量架,调节探头到和转盘表面的距离。

2)将显示测量转换开关置于频率测量档,连接信号线,检查其显示是否正常。

实验5—5 光纤传感器实验163 3)调节转动源的输出,使角频率在20~60Hz之间变化,观察测量值及转盘的转动频率。

【实验注意事项及常见故障的排除】

1.测量时各旋钮不能拧得太紧。

2.注意螺旋测微器的使用方法。

3.在位移传感器实验中,粗测时应先调节输出增益,使输出电压的最大值应调至10V 左右。

4.频率测量时,振动幅度不宜过大,频率在20Hz左右。

【思考题】

1.在位移测量实验中,有哪些因素会影响输出特性曲线的形状、线性范围等?

2.在位移测量实验中,影响测量稳定性有哪些因素?如何克服环境光的影响?

3.设计一实验,测量物体表面光洁度的工作原理及其步骤。

【附录】

I.传感器

传感器是将感受的物理量、化学量等信息,按一定规律转换成便于测量和传输的信号的装置。由于电信号易于传输和处理,所以大多数的传感器是将物理量等信息转换成电信号输出的。例如传声器(话筒)就是一种传感器,它感受声音的强弱,并转换成相应的电信号。又如电感式位移传感器能感受位移量的变化,并把它转换成相应的电信号。

传感器感受一种量并把它转换成另一种量,这种转换也可以看成是能量的转换,因此在某些领域如生物医学工程等中,也称为换能器。传感器主要用于测量和控制系统,它的性能好坏直接影响系统的性能。在自动测量过程或控制系统中,首先由传感器感受被测量,而后把它转换成电信号,供显示仪表指示或用以控制执行机构。如果传感器不能灵敏地感受被测量,或者不能把感受到的被测量精确地转换成电信号,其他仪表和装置的精确度再高也无意义。电子计算机应用于测量系统和控制系统时,也必须由传感器提供准确可靠的信息,如果传感器的水平与电子计算机的水平不相适应,电子计算机便不能充分发挥应有的作用和效益。因此,传感器是测量、控制系统中的一种关键装置。

传感器的种类很多,分类的方法也不同,常用的分类法有两种。一种是按照传感器的用途区分,如位移传感器、力传感器、速度传感器、振动传感器、压力传感器、温度传感器、湿度传感器和密度传感器等。另一种分类法是按传感器的工作原理区分如电阻式传感器、电感式传感器、电容式传感器、电涡流式传感器、磁电式传感器、压电式传感器、光电式传感器、磁弹性式传感器、振频式传感器和电化学式传感器等。有时也常把原理和用途结合起来命名,如电感式位移传感器和电容式压力传感器等。

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大学物理实验

在传统的传感器中,以把被测量转换为电路参数变化,和利用磁电效应的传感器为多,如电阻式传感器、电感式传感器、电容式传感器和磁电式传感器等。后来直接利用各种物理效应、化学反应的传感器逐渐增加,如压电式传感器、霍尔传感器、磁弹性传感器和电化学传感器等。

随着半导体技术的发展,又出现了新型的半导体传感器,如采用扩散硅半导体的压阻式传感器,和利用电荷耦合器件的光电式传感器。随着科学技术的发展,一方面需要在不同环境下测量不同的物理量、化学量和生物量的各类传感器;另一方面新材料、新元件和新工艺的不断出现,也为研制新型传感器提供了新的基础,因此新型的传感器不断地出现。

未来传感器发展将主要表现在利用半导体材料和大规模集成电路工艺,将测量电路和敏感元件结合成一体,以提高传感器的灵敏度、精确度和可靠性,实现小型化、智能化。

II.光纤通信

1966年,英籍华裔学者高锟(C. K. Kao)提出了利用光纤进行信息传输的可能性和技术途径,从而揭开了现代光通信——光纤通信的序幕。光纤通信是指以光纤为传输介质,以光为载波来传递信息,实现通信的一种通信方式。自上世纪70年代后期研究起步以来,光纤通信仅经历十余年时间即实现了由实验室研究向市场的转换,并取得迅速发展,已逐步取代有线电通信,成为公认的最具发展前途的通信手段。

与电通信相比,光纤通信具有以下优点:带宽宽,传输的信息量大;传输损耗小,无中继距离长且误码率小;光纤质量轻、体积小;抗干扰性能好,光泄漏小,保密性能好;节约金属材料,有利于资源合理使用。

光纤可以传输数字信号,也可以传输模拟信号。光纤在通信网、广播电视网与计算机网,以及在其它数据传输系统中,都得到了广泛应用。光纤宽带干线传送网和接入网发展迅速,是当前研究开发应用的主要目标。

光纤通信的各种应用可概括如下:

1)通信网

2)构成因特网的计算机局域网和广域网

3)有线电视网的干线和分配网

4)综合业务光纤接入网

光纤通信系统基本由发射、接收和作为广义信道的基本光纤传输系统所组成。如图5-5-8所示。

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目前,光纤通信技术不断地创新和发展:光纤从多模发展到单模;工作波长从850nm 发展到1310nm 和1550nm ;传输码率从几十Mb/s 发展到几十Gb/s ;超大容量的密集波分复用(DWDM ,Dense Wavelength Division Multiplexing )光纤通信系统和超长距离的光孤子(Soliton )通信系统正走入市场。

基本光纤传输系

接 收发 射

图5-5-8单向传输的光纤通信系统的基本组成

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。

传感器测速实验报告(第一组)

传感器测速实验报告 院系: 班级: 、 小组: 组员: 日期:2013年4月20日

实验二十霍尔转速传感器测速实验 一、实验目的 了解霍尔转速传感器的应用。 二、基本原理 利用霍尔效应表达式:U H=K H IB,当被测圆盘上装有N只磁性体时,圆盘每转一周磁场就变化N次。每转一周霍尔电势就同频率相应变化,输出电势通过放大、整形和计数电路就可以测量被测旋转物的转速。 本实验采用3144E开关型霍尔传感器,当转盘上的磁钢转到传感器正下方时,传感器输出低电平,反之输出高电平 三、需用器件与单元 霍尔转速传感器、直流电源+5V,转动源2~24V、转动源电源、转速测量部分。 四、实验步骤 1、根据下图所示,将霍尔转速传感器装于转动源的传感器调节支架上,调节探头对准转盘内的磁钢。 图9-1 霍尔转速传感器安装示意图 2、将+15V直流电源加于霍尔转速器的电源输入端,红(+)、黑( ),不能接错。 3、将霍尔传感器的输出端插入数显单元F,用来测它的转速。 4、将转速调解中的转速电源引到转动源的电源插孔。 5、将数显表上的转速/频率表波段开关拨到转速档,此时数显表指示电机的转速。 6、调节电压使转速变化,观察数显表转速显示的变化,并记录此刻的转速值。

五、实验结果分析与处理 1、记录频率计输出频率数值如下表所示: 电压(V) 4 5 8 10 15 20 转速(转/分)0 544 930 1245 1810 2264 由以上数据可得:电压的值越大,电机的转速就越快。 六、思考题 1、利用霍尔元件测转速,在测量上是否有所限制? 答:有,测量速度不能过慢,因为磁感应强度发生变化的周期过长,大于读取脉冲信号的电路的工作周期,就会导致计数错误。 2、本实验装置上用了十二只磁钢,能否只用一只磁钢? 答:如果霍尔是单极的,可以只用一只磁钢,但可靠性和精度会差一些;如果霍尔 是双极的,那么必须要有一组分别为n/s极的磁钢去开启关断它,那么至少要两只磁钢。

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。

光纤位移传感器静态动态实验

光纤位移传感器静态和动态实验 【教学目的】 1.了解光纤传输的基本原理。 2.了解反射式光纤传感器的原理、结构、性能。 3.学习用光纤传感器进行相关物理量的测量。 【教学重点】 1.反射式光纤位移传感器的结构与工作原理。 2.反射式光纤传感器的输出特性曲线。 【教学内容】 光纤传感器是以光学技术为基础,将被敏感的状态以光信号形式取出。光信号不仅人能直接感知,而且,利用半导体二极管诸如光电二极管、雪崩光电二极管、发光二极管之类的小型而简单的元件很容易进行光电、电光转换,所以易与高度发展的电子装置匹配,这是光纤传感器的突出优点。此外,由于光纤不仅是敏感元件而且也是一种优良的低损耗传输线,因此不必考虑测量仪器和被测物体的相对位置,从而特别适用于电子传感器等不太适用的地方。 与其它机械量相比,位移是既容易检测又容易获得高精度的检测量,所以测量中常采用将被测对象的机械量转换成位移来检测的方法。例如将压力转换成膜的位移,将加速度转换成重物位移等;而且这种方法结构简单,所以位移传感器是机械量传感器中的基本传感器。光纤位移传感器有强度型和干涉型两大类,本实验所用传感器为反射式强度型光纤传感器。反射式强度型光纤传感器具有原理简单、设计灵活、价格低廉等特点,并已在许多物理量(如位移、压力、振动、表面粗糙度等)的测量中获得成功应用。这种位移传感器在小的测量范围内能进行高速位移测量,它具有非接触、探头小、频响高、线性度好等特点。 一、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

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 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

速度测量实验

霍尔测速实验 一、实验目的:了解霍尔转速传感器的应用。 二、基本原理:利用霍尔效应表达式U H = K H IB ,当被测圆盘上装上N 只磁性 体时,圆盘每转一周,磁场就变化N 次,霍尔电势相应变化N 次,输出电势通过放大、整形和计数电路就可以测量被测旋转物的转速(转速=60*频率/12) 三、需用器件与单元:霍尔转速传感器、转速调节2-24V 、转动源单元、数显单元的转速显示部分。 四、实验步骤: 1、根据图5-4,将霍尔转速传感器装于传感器支架上,探头对准反射面的磁 钢。 2、将直流源加于霍尔元件电源输入端。红(+)接+5V ,黑(┴)接地。 3、将霍尔转速传感器输出端(蓝)插入数显单元F in 端。 4、将转速调节中的2-24V 转速电源引到转动源的2-24V 插孔。 5、将数显单元上的转速/频率表波段开关拨到转速档,此时数显表指示转速。 6、调节电压使转动速度变化。观察数显表转速显示的变化。 五、思考题: 1、利用霍尔元件测转速,在测量上是否有限制? 2、本实验装置上用了十二只磁钢,能否用一只磁钢,二者有什么区别呢? 图1霍尔、光电、磁电转速传感器安装示意图

实验三十一光纤传感器测速实验 一、实验目的:了解光纤位移传感器用于测量转速的方法。 二、基本原理:利用光纤位移传感器探头对旋转体被测物反射光的明显变化产生的电脉冲,经电路处理即可测量转速。 三、需用器件与单元:光纤传感器、光纤传感器实验模块、转速/频率数显表、直流源±15V、转速调节2~24V,转动源模块。 四、实验步骤: 1、光纤传感器按图1装于传感器支架上,使光纤探头与电机转盘平台中磁钢反射点对准。 2、按“光纤位移特性实验”的连线图,如图2所示,将光纤传感器实验模 块输出V o1与数显电压表V i 端相接,接上实验模块上±15V电源,数显表的切换 开关选择开关拨到20V档。①用手转动圆盘,使探头避开反射面(暗电流),合 上主控箱电源开关,调节Rw 2使数显表显示接近零(≥0),此时Rw 1 处于中间位 置。②再用手转动圆盘,使光纤探头对准反射点,调节升降支架高低,使数显表 指示最大,重复①、②步骤,直至两者的电压差值最大,再将V o1 与转速/频率数显表fi输入端相接,数显表的波段开关拨到转速档。 图2光纤传感器位移实验模块 3、将转速调节2-24V,接入转动电源24V插孔上,使电机转动,逐渐加大转速源电压。使电机转速盘加快转动,固定某一转速,观察并记下数显表上的读 数n 1 。 4、固定转速电压不变,将选择开关拨到频率测量档,测量频率,记下频率 读数,根据转盘上的测速点数折算成转速值n 2 (转速和频率的折算关系为:转速=频率*60/12)。 5、将实验步骤4与实验步骤3比较,以转速n 1 作为真值计算两种方法的测

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

自动检测课程——转速检测试验报告

实验一霍尔测速和光电测速实验 一、实验目的: 了解霍尔组件的应用——测量转速。 二、实验仪器: 光电传感器、霍尔传感器、+5V、+4、±6、±8、±10V直流电源、转动源、频率/转速表。 三、实验原理; 如图1,霍尔传感器和光电传感器已安装于传感器支架上,且霍尔组件正对着转盘上的磁钢。光电传感器正对着测速圆盘的通孔。 a霍尔测速 b 光电测速 图1 霍尔测速原理:利用霍尔效应表达式:U H=K H IB,当被测圆盘上装上N只磁性体时,转盘每转一周磁场变化N次,每转一周霍尔电势就同频率相应变化,输出电势通过放大、整形和计数电路就可以测出被测旋转物的转速。 光电测速原理: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,传感器端部有发光管和光电池,发光管发出的光源通过转盘上的孔透射到光电管上,并转换成电信号,由于转盘上有等间距的6个透射孔,转动时将获得与转速及透射孔数有关的脉冲,将电脉计数处理即可得到转速值。转盘每转一周输出N个脉冲信号,计数器可以测出脉冲信号的频率(Hz),可按n=f*60/N计算转速。 四、实验内容与步骤 霍尔测速步骤 1.将+5V电源接到三源板上“霍尔”输出的电源端,“霍尔”输出接到直流电压表。用手转动测速圆盘,观测输出电压与霍尔传感器相对测速圆盘位置的关系。 2.将“霍尔”输出接到频率/转速表(切换到测转速位置)。 3.打开实验台电源,选择不同电源+4V、+6V、+8V、+10V、12V(±6)、16V(±8)、20V(±10)、24V驱动转动源,可以观察到转动源转速的变化,待转速稳定后记录相应驱动电压下得到的转速值和频率值 4用示波器观测霍尔元件输出的脉冲波形,记录其频率,根据测速圆盘的结构,换算转速;将示波器测得的转速作为实际转速与转速表测得的转速对比,计算误差。

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)

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

多种传感器测速对比的实验报告

测速传感器实验报告 系别:电子通信工程系 班级:应电113班 组号:第三组 组员工作分配情况: 连接电路:苏芳(110415248) 记录数据:魏莹莹(110415216) 分析数据:康书娟(110415237) 拍照人员:刘素芳(110415238) 实习报告:李颂(110415218) 实习报告:李源(110415210) 检查电路:王德福(110415215) 2013年4月20日

磁电式传感器、光纤式传感器、光电传感器、霍尔传感器在测速方面的对比实验 一. 实验目的 1.了解磁电式传感器、光纤式传感器、光电传感器、霍尔传感器的结构及其特点; 2.掌握磁电式传感器、光纤式传感器、光电传感器、霍尔传感器测量转速的方法; 3.掌握磁电式传感器、光纤式传感器、光电传感器、霍尔传感器的实际应用. 二. 实验仪器设备 1.实训台、磁电式传感器、光纤式传感器、光电传感器、霍尔传感器、及其对应的测量模块、导线、万用表、电压表、示波器、电流表. 霍尔转速传感器、直流电源+5V,转动源2~24V、转动源电源、转速测量部分 三. 实验基本原理 利用不同的传感器的特性,把圆盘的转速转换成为电信号,通过对电信号的频率和电压的测量就能根据相应的公式计算出圆盘的转速.丛而达到测量转速的目的. 四. 实验内容及步骤 1.磁电式传感器测速电路基于电磁式感应原理,N匝线圈在磁场中的磁通变化时,线圈中感 应电势的变化,因此当转盘上嵌入N个磁铁时,每转一周线圈感应电势产生N次变化,通过放大,整形和计数等电路即可测量转速. 2.光纤式测速传感器测速时,光源发出的光由发射光纤传输并投射到反射镜片的表面,反射后由接收光纤接收至光敏元件,当反射片随转盘转动位置发生变化.其变化周期即为转动周期, 由此可测量转动速度. 3.光电传感器测速时,光源发出的光由发射光纤传输并投投射到反射镜片的表面,反射后由接收光纤接收至光敏元件,当反射片随转盘转动位置发生变化.其变化周期即为转动周期,由此 可测量转动速度. 4.霍尔式传感器测速电路实验利用霍尔效应的表达式,当被测圆盘上装上N只磁性体时,圆盘每转一周磁场就变化N次.每转一周霍尔电势就同频率相应变化,输出电势通过放大\整形和计数电路就可以测量被测旋转物的转速. 五.电路连接图如下图所示:

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