化工仪表实验光线传感器位移测量
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。
实验9光纤位移传感器的静态测量
实验小组：黄文玉（201006020128）昝贵彬（201006080107）林雅萍（201006090130）实验九光电式传感器视觉功能中最基本的是对外界光强的监测功能，检测光强弱的器件称为光电传感器。
对光进行检测可以说是自古以来发展最快的一个领域，已有许多性能优越的光电传感器进入实用阶段。
光和声都是一种波，两者都具有在空间传播的同时进行能量传递的特性。
通过不同介质时在界面会产生部分反射或全反射。
但光是电磁波，所以光可以在真空中传播。
光波具有多方面的性质，所以可以有多方面的应用。
这里仅对光纤传感器的应用进行实验。
光电传感器一般由光源、光学通和光电器件三部分组成，被测量通过对辐射源或者光学通路的影响将待测信息调制到光波上，通过改变光波的强度、相位、分布等，光电器件将光信号转化为电信号。
实验9. 光纤位移传感器的静态测量实验目的：了解光纤位移传感器的工作原理、装置结构和性能。
实验所需单元：差动放大器、F/V表、光纤传感器、振动台。
实验步骤：（1）观察光纤位移传感器结构，由两束光纤混合后，组成Y型光纤。
探头端面为半圆分布；光电三极管及转换电路已在内部安装。
（2）右边实验振动台上贴有反射纸，作为光的反射面。
（3）按图16接线，直接将光/电转换信号送差动放大器放大；F/V显示器接放大器输出端。
图16 光纤位移传感器静态测量（4）旋转测微头，使光纤探头与反光纸接触，调节差动放大器增益最大，调整放大器调零电位器使电压读数为最小。
（5）旋转测微头，使光纤探头慢慢离开反光纸，观察电压读数由小---大---小的变化。
（6）旋转测微头，每个0.2mm读取一个数据，将其填入下表：(7) 用测量数据作图，画出U-X曲线，并说明原理与特性。
如下图：图反射式光纤位移传感器试验检测原理与特性：由图可以看出，在开始的一段曲线上，U和X是近似成正比例关系，当X继续增大时就近似抛物线的对应关系，再增大，就几乎不变。
造成这样现象的原因是，在距离很近的时候（△X很小的时候），发射的光纤基本能全部回到接受器里，就能正确的反应出位移，误差很小；而在距离很远的时候（△X很大的时候），光纤的接收器里发射很远，所以导致光纤的灵敏度降低，不嫩察觉到很小的改变。
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
光纤位移传感器实验一、实验目的1、了解光纤位移传感器工作原理及其特性；2、了解并掌握光纤位移传感器测量位移的方法。
二、实验内容1、光纤位移传感器输出信号处理实验；2、光纤位移传感器输出信号误差补偿实验；3、光纤位移传感器测距原理实验；4、利用光纤位移传感器测量出光强随位移变化的函数关系；5、实验误差测量。
三、实验仪器1、光线位移传感器实验仪1台2、反射式光纤1根3、对射式光纤2根4、连接导线若干5、电源线1根四、实验原理本实验仪通过光纤位移传感器位移测量实验，熟悉光纤结构特点及光纤数值孔径的定义，掌握光纤位移的测量原理，熟悉光路调整方法。
本实验仪可以完成反射式和对射式光纤位移传感器实验，重点研究光纤位移传感器的工作原理及其应用电路设计。
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。
但这类传感器大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。
该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，测量精度也不高光纤位移传感器实位移测量器件，利用光纤传输光信号的功能，根据检测到的反射光的强度来测量被测反射表面的距离。
光纤位移传感器属于非功能型光纤传感器。
相关参数：1、光源：高亮度白光LED，直径5mm2、探测器：高灵敏度光敏三极管3、反射式光纤位移传感器光纤芯直径：Φ1+ΦO．265×16长度：50mm检出距离：50mm最小检出距离：0．01mm4、对射式光纤位移传感器光纤芯直径：Φ1长度：50mm检出距离：50mm最小检出距离：0．0lmm5、二维调节支架13mm移动距离，分辨率0．01mm5、电压表(实验箱集成)200mV、2V、20V三档可调光纤位移传感器位移测量原理1．如图是反射式线性位移测量装置光从光源耦合到输入光纤射向被测物体，再被反射回另一光纤，由探测器接收。
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目录一、实验概述 (2)1.1 实验目的 (2)1.2 实验原理 (3)1.3 实验设备与材料 (4)1.4 实验步骤概述 (4)二、实验环境搭建 (6)2.1 环境要求 (7)2.2 设备安装与调试 (8)2.3 安全操作规范 (9)三、光纤传感器标定实验 (10)3.1 标定装置介绍 (11)3.2 标定方法与步骤 (12)3.3 数据采集与处理 (13)3.4 标定结果分析 (14)四、光纤传感器位移测量实验 (16)4.1 位移测量原理 (17)4.2 试验装置搭建 (18)4.3 数据采集与处理 (19)4.4 位移测量结果分析 (20)五、数值误差分析与处理 (21)5.1 数值误差来源分析 (23)5.2 误差测量方法 (24)5.3 误差处理策略 (25)5.4 误差分析结果展示 (26)六、实验结论与展望 (27)6.1 实验结论总结 (27)6.2 实验不足之处分析 (28)6.3 未来研究方向展望 (30)一、实验概述光纤传感器技术在现代测量领域扮演着重要角色，它利用光的全内反射原理和光时域反射技术实现对位移、应变、温度等物理量的非接触式监测。
本次实验将通过构建一套基于光纤传感器的位移测量系统，并对其进行数值误差分析，以验证其测量精度和可靠性。
实验的主要目的是通过实际操作来深入理解光纤传感器的工作原理，掌握其位移测量方法，并学会如何评估和分析实验过程中可能出现的数值误差。
通过对比理论计算与实验结果的差异，我们可以更好地理解光纤传感器在实际应用中的表现，以及可能影响其测量准确性的因素。
在实验中，我们将首先介绍光纤传感器的基本原理和位移测量方法。
然后，通过搭建实验装置，进行系统的位移测量实验。
我们将对实验数据进行分析，讨论可能的误差来源，并提出改进措施。
整个实验过程旨在培养学生的动手能力和科学思维能力，同时为今后的研究和应用提供实践经验和理论基础。
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实验二题目光纤传感器——位移测量第六周星期四第6节
一、实验目的
1．了解光纤位移传感器的结构和工作原理，
2．掌握光纤位移传感器的输入--输出特性。
二、实验内容和要求
光纤传感技术是适随着光纤通信和集成光学技术而发展起来的新型传感技术。
通过光纤位移传感器来测量位移，掌握这种传感器的特性。
本光纤传感器为反射式，光纤采用Y型结构，两束多模光纤合并于一端组成光纤探头，一束作为接收，另一端作为光源发射，近红外二极管发出的近红外光经光源光纤照射至被测物，由被测物反射的光信号经接收光纤传输至光电转换器转换为电信号，反射光的强弱与反射物与光纤探头的距离成一定的比例关系，通过对光强的检测就可得知位置量的变化。
三、实验原理：
反射式光纤传感器工作原理如图2-1所示，光纤采用Y型结构，两束多模光纤合并于一端组成光纤探头，一束作为接收，另一束为光源发射，近红外二级管发出的近红外光经光源光纤照射至被测物，由被测物反射的光信号经接收光纤传输至光电转换器件转换为电信号，反射光的强弱与反射物与光纤探头的距离成一定的比例关系，通过对光强的检测就可得知位置量的变化。
图2-1 反射式光纤位移传感器原理图及输出特性曲线
四、实验所需部件：
光纤（光电转换器）、光纤光电传感器实验模块、电压表、示波器、螺旋测微仪、反射镜片
五、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。
实验二题目光纤传感器——位移测量第六周星期四第6节
（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V0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V0输出≈0，然后旋动测微仪，使反射镜片离开探头，每隔0.2mm记录一数值并记入表2-1。
表2-1 位移与输出电压表
图2-2 实验所得的V-X曲线图
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（图2-2），通常测量用的是线性较好的前坡范围。
结果分析：增益不算大，后坡不明显。
六、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，否则会使光通量衰耗加大造成灵敏度下降。
（2）每台仪器的光电转换器（包括光纤）与转换电路都是单独调配的，请注意与仪器编号配对使用。
实验二题目光纤传感器——位移测量第六周星期四第6节
（3）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。
七、思考题
（1）为什么要分析线性较好的范围？
（2）光纤通信与测量的原理一样吗？
（1）答：这与光纤传感器的特性有关，当位移达到某一值以后，输出信号与位移不再呈线性关系此时达不到测量目的。
（2）答:一样，都是把光信号转换成电信号。