光纤传感器实验
光纤传感测量实验报告
光纤传感测量实验报告光纤传感测量实验报告引言：光纤传感测量是一种基于光纤技术的测量方法，通过光的传输和传感原理，可以实现对各种物理量的精确测量。
本实验旨在探究光纤传感测量的原理和应用，并通过实际操作验证其可行性。
一、光纤传感测量原理光纤传感测量的基本原理是利用光的特性在光纤中传输，并通过光的改变来测量物理量。
光纤传感器由光源、光纤、光电探测器和信号处理器组成。
当物理量作用于光纤时，会引起光纤中的光信号发生变化，进而被光电探测器接收并转化为电信号，最后通过信号处理器进行处理和分析。
二、光纤传感测量的应用领域光纤传感测量在许多领域都有广泛的应用。
其中，温度传感是光纤传感测量的主要应用之一。
通过光纤的热致效应，可以实现对温度的高精度测量。
此外，光纤传感测量还可以应用于压力、应变、湿度等物理量的测量，并且具有灵敏度高、抗干扰能力强等优点。
三、实验步骤及结果1. 实验仪器准备：光源、光纤、光电探测器、信号处理器等。
2. 实验一：温度传感测量。
将光纤传感器固定在温度变化的环境中，通过信号处理器获取温度变化的数据。
实验结果显示，随着温度的升高，光纤中的光信号发生了明显的变化，且与温度呈线性关系。
3. 实验二：压力传感测量。
将光纤传感器连接到压力变化的装置上，通过信号处理器获取压力变化的数据。
实验结果显示，压力的增加会导致光信号的衰减，且与压力呈正相关关系。
4. 实验三：应变传感测量。
将光纤传感器固定在受力物体上，通过信号处理器获取应变变化的数据。
实验结果显示，应变的增加会引起光信号的相位变化，且与应变呈线性关系。
5. 实验四：湿度传感测量。
将光纤传感器放置在湿度变化的环境中，通过信号处理器获取湿度变化的数据。
实验结果显示，湿度的增加会导致光信号的衰减，且与湿度呈负相关关系。
四、实验结果分析通过以上实验可以得出结论：光纤传感测量可以实现对温度、压力、应变和湿度等物理量的精确测量。
实验结果显示，不同物理量的变化会导致光信号的不同变化，这为光纤传感测量的应用提供了可靠的基础。
温度光纤传感实验报告
一、实验目的1. 理解光纤传感技术的基本原理，掌握光纤传感器在温度测量中的应用。
2. 学习光纤光栅温度传感器的制作方法，掌握其性能测试和数据分析。
3. 了解温度光纤传感器的实际应用场景，提高对光纤传感器技术的认识。
二、实验原理光纤传感器是一种基于光纤材料的光学传感器，具有抗电磁干扰、体积小、重量轻、防腐性好等优点。
光纤光栅温度传感器是光纤传感器的一种，其原理是利用光纤光栅的布拉格波长位移特性，即当光纤光栅的温度发生变化时，其反射或透射光的波长会发生偏移，从而实现对温度的测量。
三、实验仪器与材料1. 光纤光栅温度传感器2. 光纤光栅光谱分析仪3. 温度控制器4. 实验台5. 数据采集系统四、实验步骤1. 将光纤光栅温度传感器固定在实验台上，连接好光纤光谱分析仪和数据采集系统。
2. 调节温度控制器，使环境温度逐渐升高，记录光纤光栅光谱分析仪输出的光谱数据。
3. 重复步骤2，使环境温度逐渐降低，记录光谱数据。
4. 分析光谱数据，计算光纤光栅的布拉格波长位移与温度之间的关系。
五、实验数据与分析1. 实验数据：| 温度（℃） |布拉格波长（nm）||----------|--------------|| 20 | 1552.0 || 30 | 1553.5 || 40 | 1555.0 || 50 | 1556.5 || 60 | 1558.0 |2. 分析：通过实验数据可以看出，光纤光栅的布拉格波长随温度升高而增加，说明光纤光栅具有正的温度系数。
根据实验数据，可以拟合出光纤光栅的布拉格波长与温度之间的关系式：$$\lambda_B = 1552.0 + 0.0135T$$其中，$\lambda_B$为布拉格波长，$T$为温度。
六、实验结论1. 光纤光栅温度传感器具有良好的温度响应特性，可以实现对温度的精确测量。
2. 通过实验验证了光纤光栅的布拉格波长与温度之间的关系，为光纤光栅温度传感器的应用提供了理论依据。
光纤传感实验
光纤压力传感系统特性实验一、实验目的：了解光纤压力传感器的原理和应用。
二、实验仪器主机箱、光纤温度/压力实验模板、气压表（监视气源压力）、三通引压胶管（连接气源﹑气压表与引压口）、光纤（单根装）。
三、实验原理按照光纤在传感器中所起的作用，光纤传感器一般分为两大类：1、传感型光纤传感器：利用光纤本身的特征把光纤直接作为敏感元件，既感知信息又传输信息，也称为功能型传感器。
2、传光型光纤传感器：利用其他敏感元件（如温度敏感元件、压力敏感元件等）感知待测量的变化，光纤仅作为光的传输介质，传输来自远处或难以接近场地的光信号。
也称混合型传感器。
用压阻式扩散硅压力传感器，所测量的对象为气压。
四、实验步骤1、按图1示意接线①、将实验模板中的引压口用三通胶管连接主机的气压源﹑气压表。
②、将光纤插入实验模板的光纤口③、将实验模板中的+15V、地﹑–15V接机箱中电压源的相应插孔中。
④、将实验模板中的mA处短接（或将主机箱中的电流表显示选择拨到20mA档后接入模板的mA处相应插孔中）⑤、将主机箱的电压表拨到20V档，并与实验模板中的压力传感器输出端相应连接。
2、按下实验模板中的温度/压力转换开关，处于压力测量状态。
3、合上主机箱总电源和气源开关，调节主机箱气源开关边上的转子流量计旋扭，观察气压表气压显示跟随调节变化，不调节时能达到动态平衡显示某一个压力显示值。
4、转动主机箱中的转子流量计旋扭，使气压表显示4kpa时调节实验模板中的电位器w(压力下限)，使主机箱的电压表显示0.40V。
p15、转动主机箱中的转子流量计旋扭，使气压表显示在20Kpa上，再调节模板中的电位器W（压力上限）使主机箱的电压表显示2.00V.p26、重复4和5步骤（至少循环3次），反复调节，使压力下限4kp对应0.40V，压力上限20kpa对应2.00V。
完成了压力量程上、下限的标定。
注意Wp1（压力下限）、Wp2（压力上限），不能再碰。
图1 光纤压力传感实验接线示意图7、将主机箱电压表由压力传感器输出端转接到光纤传感器输出端U的相应插孔上，标定光纤传感器输出转换电路，此时调节W零点（光纤下限）和W量程（光纤上限）调节方法与过程同4、5、6步骤（千万不能误调Wp1和Wp2，要小心，否则前功尽弃，要重新标定前级电路）。
光纤传感器实验
实验题目：光纤传感器实验满分100姓名：娄春雅学号： 201922150275 。
班级：材料卓越二班实验日期： 06.12 校区：兴隆山校区。
一、实验目的光纤传感器实验目的：1.了解光纤与光源耦合方法的原理，光纤与光源耦合有直接耦合和经聚光器耦合两种2.掌握单模光纤切割的基本方法3.了解传感器的原理4.学习测量光纤与激光耦合功率5.理解光纤耦合的直接耦合和间接耦合的基本原理光纤温度传感实验目的：1.理解光纤装置的原理和用途，了解传感器原理2.理解 M-Z 光纤温度传感器的基本工作原理3.学习测量光纤温度传感器实验数据，计算光纤传感器灵敏度二、实验仪器光纤传感实验中的实验仪器包括：激光器及电源（实验中提供激光光源，发射出波长为 633nm 的光波。
），光纤夹具（实验中用光纤夹具来固定光纤），透镜（光纤传输的间接耦合工具，可用来会聚发出的激光。
），光纤剥钳（实验中用来剥除光纤外表面的保护层，得到裸露的纤芯。
），光纤切割锯（实验中用来切割光纤的器具，切割光纤，获得光纤完美的端面。
），激光功率计（实验中用来测量激光器及光纤输出端的功率。
），五位调整架（实验中五维调整架用来放置透镜及光纤夹具），显微镜，光纤传感实验仪，CCD 及显示器，光纤（光的传输载体），分光装置(实验中用来将激光器发出的激光分成两束光线)，聚光装置（实验中聚光装置用来将两路光纤中的光线通过分束镜会聚在一起，并使会聚后的光线射入 CCD 中），数显调节仪（实验中的加热与控温仪器，可以设定环境温度和温度变化速率，用于测量光纤传感器的随温度的变化特性），显示器（实验中用来观察干涉条纹的仪器）。
三、实验原理（主要公式，原理图，实验方法等）图二圆柱形光纤传光原理1. 光纤的基础知识光纤的基本结构如图 1，它主要包括三层(工程上有时有四层或五层，图中是四层结构)：1.纤芯；2.包层；3.起保护作用的涂敷层；4.较厚的保护层。
纤芯和包层的折射率分别是n1和n2，如图 2，为了使光线在光纤中传播，纤芯的折射率n1必须比包层n2的折射率大，这样才会产生全反射。
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。
光纤传感综合实验报告
一、实验目的1. 了解光纤传感的基本原理和特点。
2. 掌握光纤传感器的实验操作方法和数据采集技巧。
3. 分析光纤传感器在实际应用中的性能和适用范围。
二、实验原理光纤传感器是一种基于光波导原理的传感器，利用光纤传输光信号，实现对被测量的物理量的检测。
光纤传感器具有体积小、重量轻、抗电磁干扰、防腐性好、灵敏度高等优点，广泛应用于压力、应变、温度、位移等物理量的测量。
本实验主要涉及以下几种光纤传感器：1. 光纤光栅传感器：利用光纤光栅对光波波长进行调制，实现对温度、应变等物理量的测量。
2. 光纤干涉传感器：利用光纤干涉原理，实现对位移、振动等物理量的测量。
3. 光纤激光传感器：利用光纤激光器发出的激光，实现对物体表面缺陷、气体浓度等物理量的测量。
三、实验仪器与材料1. 光纤传感实验仪2. 激光器及电源3. 光纤夹具4. 光纤剥线钳5. 宝石刀6. 激光功率计7. 五位调整架8. 显微镜9. 显示器四、实验步骤1. 光纤光栅传感器实验（1）搭建实验装置，连接光纤传感实验仪和激光器。
（2）调整实验参数，包括光栅长度、温度等。
（3）采集光纤光栅传感器的输出信号，分析光栅对光波波长的影响。
2. 光纤干涉传感器实验（1）搭建实验装置，连接光纤传感实验仪和光纤干涉仪。
（2）调整实验参数，包括干涉仪的间距、光程差等。
（3）采集光纤干涉传感器的输出信号，分析干涉条纹的变化规律。
3. 光纤激光传感器实验（1）搭建实验装置，连接光纤传感实验仪和光纤激光器。
（2）调整实验参数，包括激光功率、检测距离等。
（3）采集光纤激光传感器的输出信号，分析激光光束的传播特性。
五、实验结果与分析1. 光纤光栅传感器实验结果实验结果显示，随着温度的升高，光纤光栅传感器的反射光谱发生红移，反射光谱峰值波长随温度的变化率与光栅的折射率调制周期成正比。
这说明光纤光栅传感器可以实现对温度的精确测量。
2. 光纤干涉传感器实验结果实验结果显示，随着干涉仪间距的增加，干涉条纹的间距增大，条纹数减少。
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。
光纤传感实验报告（最终5篇）
光纤传感实验报告（最终5篇）第一篇：光纤传感实验报告光纤传感实验报告１、基础理论 1 1、1 1 光纤光栅温度传感器原理1、１、1 光纤光栅温度传感原理光纤光栅得反射或者透射峰得波长与光栅得折射率调制周期以及纤芯折射率有关,而外界温度得变化会影响光纤光栅得折射率调制周期与纤芯折射率，从而引起光纤光栅得反射或透射峰波长得变化,这就是光纤光栅温度传感器得基本工作原理.光纤 Bragg 光栅传感就是通过对在光纤内部写入得光栅反射或透射 Br ａｇg 波长光谱得检测，实现被测结构得应变与温度得绝对测量。
由耦合模理论可知，光纤光栅得 Bragｇ中心波长为式中Λ为光栅得周期;nｅff 为纤芯得有效折射率。
外界温度对 Bｒａgg 波长得影响就是由热膨胀效应与热光效应引起得。
由公式(1）可知,Bｒagg 波长就是随与而改变得。
当光栅所处得外界环境发生变化时,可能导致光纤光栅本身得温度发生变化。
由于光纤材料得热光效应，光栅得折射率会发生变化;由于热胀冷缩效应，光栅得周期也会发生变化，从而引起与得变化，最终导致 Brａｇg 光栅波长得漂移。
只考虑温度对 Bragｇ波长得影响，在忽略波导效应得条件下,光纤光栅得温度灵敏度为式中Ｆ为折射率温度系数;α 为光纤得线性热膨胀系数；p１1 与p12 为光弹常数。
由式（2)可知光纤光栅受到应变作用或当周围温度改变时，会使 n eｆf 与发生变化,从而引起Ｂｒａgg 波长得移动。
通过测量Ｂrａｇg 波长得移动量,即可实现对外部温度或应变量得测量。
1、1、2 光纤光栅温度传感器得封装为满足实际应用得要求,在设计光纤光栅温度传感器得封装方法时，要考虑以下因素:(1)封装后得传感器要具备良好得重复性与线性度;(2）必须给光纤光栅提供足够得保护,确保封装结构要有足够得强度;(3）封装结构必须具备良好得稳定性,以满足长期使用得要求。
为了能够有效起到增敏作用一般采用合金、钢、铜、铝等热膨胀系数大得材料对光纤光栅进行封装。
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z=0.5mm
0.4
z=1mm
0.3
0.2
0.1
0
0
0.1
0.2
0.3
0.4
横向坐标（mm)
纤端光场径向分布理论曲线
光纤端光场径向分布（二）
光强（归一化值）
200微米芯径光纤端场分布实验值（归一化）
0.8
0.7
z=0.5mm
0.6
z=1.0mm
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
横向坐标（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 r 等效镜面光纤
A
X
I A (x)
光源光纤
R
xx
（a）光纤探头示意图
（b）等价光纤坐标系统
f
(d , x)
R
a
R
2
(2
x)
R( x) a0[1 ( x / a0 ) 3/2 ]
反射式光场分布曲线
➢ 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。
光纤结构简介
光纤芯
涂敷层
包层
光在光纤中的传播 （全反射原理）
n0 n2 n1
φ
n1>n2>n0
光纤端光场分布的测量
光纤
光场
光纤
径
向
光
场
轴向光场测量
测 量
I
2a02[1
I0
(z / a0 )3/2tgc ]2
exp{
2a02[1 (z
r2
/ a0 )3/2tgc ]2
}
光纤端光场轴向分布
光强(电压转换值v)
纤端光场（纵向）
5.5
5
4.5
4
3.5
系列1
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
纵向坐标（mm)
纤端光场轴向分布实验曲线
光纤端光场径向分布（一）
光强(I/I0)
0.6
0.5
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
180
160
输
140 120
出 100
(mV) 80
60
40
20
0 0
理论曲线 实验测试数据
1
2
3
4
5
位移(mm)
补偿式光纤探头反射式光场
3d 2
I1
/
I2
exp
2
(2x)
(x) a0[1 (x / a0 )3/ 2 ]
反射式光场分布曲线
输出电压/V
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0
2
4
6
8
10
12
位移/mm
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；
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)
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。
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。
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
多种光纤传感原理：集反射式、透射式及微弯