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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称为传感型）

（或

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。

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

测速测频实验

课程综合实验总结报告（中文题目，黑体三号）（XXXXXXXXXX）院系：XXXXXXX 专业：XXXXX 姓名：XX 学号：XXXXXXXX 1.实验名称：测速测频仪设计实验 2.实验内容与要求 (1)通过NE555电路产生基本的脉冲信号，并在数码管上显示脉冲频率。 15% (2)调节电路中的电位器，改变脉冲信号的频率，当测量的脉冲达到最大频率或最小频率（最大频率、最小频率可通过键盘进行设置）时，蜂鸣器给出报警声音。15% (3)通过键盘模块，输入所需NE555产生脉冲的频率，在LCD屏上显示相应的操作界面，并提示电位器应调节的位置，利用单片机的计数器功能，实时测量频率信号，显示在LCD屏上，并根据测量结果与设定值的差异，给出电位器应调节的趋势。30% (4)使用直流电机，设计一简易的汽车速度测量系统，可实时在LCD上显示汽车的速度曲线及当前速度值，电机转速由NE555的脉冲频率控制（两者正比，比例系数自定义），当车速高于1200rpm时产生超速报警指示（在LCD屏上闪烁）。直流电机的测速装置需个人根据提供的码盘和槽型光耦在实验板上自主搭建。40% 3.总体结构和硬件设计 2.1 实验使用到的硬件模块与组成框图实验用到的硬件模块有：mcu为STC90C516RD+单片机控制模块，NE555 脉冲发生器，矩阵键盘，数码管显示，蜂鸣器，直流电机及其驱动模块，LCD显示模块等。其组成框图如下：

图1 硬件模块组成框图 2.2 相关硬件模块的功能和作用 (1)mcu控制模块：对外部模块其控制作用以及对数据进行处理。 (2)矩阵键盘：mcu通过读取其键值对其他模块进行控制，这是一个外部控制信号输入模块。 (3)数码管：静态或动态显示数字或部分字母。 (4)NE555脉冲发生器：脉冲信号发生模块，通过调节可变电阻器可调节脉冲频率以及小幅调整占空比。 (5)蜂鸣器：在一定频率脉冲控制下可以鸣响，这里作为警报信号。 (6)直流电机驱动：输入PWM波，输出一定功率的频率、占空比不变的脉冲驱动直流电机匀速转动。这里为了获得占空比可调且调节范围大的PWM波，是用mcu内部产生方波信号的，由于驱动能力不足，所以用ULN2003A芯片进行功率放大以驱动直流电机。 (7)LCD显示：实现显示汉字、字母、数字的显示，以及画图功能。4.软件流程和模块设计 4.1程序流程

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

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。

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称为传感（或型）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5mm 2、探测器：高灵敏度光敏三极管

皮托管测速实验

毕托托管测速实验一、实验目的 1、通过对风洞中圆柱尾迹和来流速度剖面的测量，掌握用毕托管测量点流速的技能； 2、了解毕托管的构造和适用性,掌握利用数字式精密微压计，对风速进行静态快速测量； 3、利用动量定理计算圆柱阻力。二、实验原理及装置 ①数字式微压计 ②毕托管图1 电动压力扫描阀毕托管又叫皮托管，是实验室内量测时均点流速常用的仪器。这种仪器是1730年由享利·毕托（Henri Pitot ）所首创。 ()υρK p p u -=02 式中； u ——毕托管测点处的点流速： υK ——毕托管的校正系数； P ——毕托管全压; P 0 ——毕托管静压; 三、实验方法与步骤 1、用两根测压管分别将毕托管的全压输出接口与静压输出接口与微压计的两个压力通道输入端连接；

2、安装毕托管将毕托管的全压测压孔对准待测测点，调整毕托管的方向，使得毕托管的全压测压孔正对风洞来流方向，调整完毕固定好毕托管； 3、点击微压计面板上的“on/off ”，开启微压计，待微压计稳定，如果仍不能回零，可以按下“Zero ”键进行清零； 4、开启风洞，如果此时微压计上的压力读数为负值，则表明微压计与毕托管之间的测压管接反了，适时调整即可。 5、开始测量，读数稳定后，可记录读数。四、数据处理与分析原始数据：频率/Hz 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0 风速/m/s 1.8 3.2 4.5 5.8 7.0 8.3 9.6 10.8 12.8 压力/pa 2.0 6.1 12.1 20.2 29.7 41.0 54.8 70.0 86.9 取标准大气压：通过绘图得到皮托管风速与风机频率的曲线图：由图可见两者呈线性关系 240,0.1219125./01.3P Pa kg k s m ρ==

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。

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

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

光纤温度传感器

光纤温度传感器电子092班张洪亮 2009131041

光纤温度传感器摘要本文从光纤和光纤传感器以及光纤温度传感器的发展历程开始详细分析国内外主要光纤温度测温方法的原理及特点，比较了不同方法的温度测量范围和性能指标以及各自的优缺点。通过研究发现了当前的光纤温度传感器的种类和特点，详细介绍了光纤温度传感器的原理，种类和各自的特点和优缺点。可以根据这些传感器各自特点将各种传感器应用到不同的领域，本文也简要分析了各种光纤温度传感器的运用范围和领域。本文还通过图文并茂的方式比较详细地分析了介绍了空调器的基本结构，工作电气原理和基本的热力学过程。本文对毕业设计主要内容和拟采用的研究方案也做出了详细地介绍分析。关键词：光纤传感器，光纤温度传感器，运用领域，空调器，空调器原理 1 引言：光纤温度传感器是一种新型的温度传感器．它具有抗电磁干扰、耐高压、耐腐蚀、防爆防燃、体积小、重量轻等优点，其中几种主要的光纤温度传感器：分布式光纤温度传感器、光纤光栅温度传感器、干涉型光纤温度传感器、光纤荧光温度传感器和基于弯曲损耗的光纤温度传感器更有着自己独特的优点。与传统的传感器相比具有一下优点:灵敏度高;是无源器件，对被测对象不产生影响;光纤耐高压，耐腐蚀，在易燃、易爆环境下安全可靠;频带宽，动态范围大;几何形状具有多方面的适应性;可以与光纤遥测技术相配合，实现远距离测量和控制;体积小，重量轻等。它将在航空航天、远程控制、化学、生物化学、医疗、安全保险、电力工业等特殊环境下测温有着广阔的应用前景。在本论文中将详细分析当前光纤温度传感器的主要种类和各自的原理，特点和应用范围。70 年代中期，人们开始意识到光纤不仅具有传光特性，且其本身就可以构成一种新的直接交换信息的基础，无需任何中间级就能把待测的量与光纤内的导光联系起来。1977 年，美国海军研究所开始执行光纤传感器系统计划，这被认为是光纤传感器问世的日子。从这以后，光纤传感器在全世界的许多实验室里出现。从70 年代中期到 80 年代中期近十年的时间，光纤传感器己达近百种，它在国防军事部门、科研部门以及制造工业、能源工业、医学、化学和日常消费部门都得到实际应用。从目前的情况看，己有一些形成产品投入市场，但大量的是处在实验室研究阶段。光纤传感器与传统的传感器相比具有一下优点:灵敏度高; 是无源器件，对被测对象不产生影响;光纤耐高压，耐腐蚀，在易燃、易爆环境下安全可靠;频带宽，动态范围大;几何形状具有多方面的适应性;可以与光纤遥测技术相配合，实现远距离测量和控制;体积小，重量轻等。目前，世界各国都对光纤传感器展开了广泛，深入的研究，几个研究工作开展早的国家情况如下:美国对光纤传感器研究共有六个方面:这些项目分别是: 光纤传感系统;现代数字光纤控制系统;光纤陀螺;核辐射监控;飞机发动机监控; 民用研究计划。以上计划仅在 1983 年就投资 12-14 亿美元。美国从事光纤传感器研究的有美国海军研究所、美国宇航局、西屋电器公司、斯坦福大学等 28 个主要单位。美国光纤

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。

实验五反射式光纤位移传感器实验

实验五反射式光纤位移传感器一、实验目的了解反射式光纤位移传感器的结构，学习和掌握最简单、最基本的光纤位移传感器的原理和应用。二、基本原理反射强度调制式光纤传感器具有准确、结构简单、价格低廉等优点，广泛应用于各种位移、压力和温度传感器中。反射式光纤位移传感器的基本结构如图5-1所示，其中发射光纤通常由一根光纤构成，接收光纤有时候由单根光纤构成，而有些时候为了提高光的接收效率也经常由多根光纤构成。本实验采用的传光型光纤，它是由两根光纤的一端熔合后组成的Y 型光纤，一根作为发射光纤，端部与光源相接发射光束；另一根作为接收光纤，端部与光电转换器相接接收反射光。两根光纤熔合后的端部是工作端也称传感探头，截面为半圆分布即D 型结构。由光源发出的光传到端部出射后再经被测体反射回来，由另一束光纤接收光信号经光电转换器转换成电压信号。图5-1 反射式光纤位移传感器示意图传光型光纤反射式位移传感器的发射调制方法，可用等效分析法来分析。首先，画出接收光纤关于反射体的镜像，然后计算出该镜像接收光纤在发射光纤纤端光场中所接收到的光强值，最后将该光强值乘以反射体的反射率R ，作为传感器的最后输出光强。如图5-2中的a 图所示。接收光纤的镜像坐标即它的等效坐标位置为F （2z ，d ），这里z 为发射接收光纤的端面与反射体之间的距离，d 为发射光纤轴心到接收光纤轴心之间的距离，由此可以获得接收光纤接收到的光强为： ]] )/(1[exp[])/(1[)(2 2/30202222/3020c c tg a z a d tg a z RI z I θζσθζσ+-?+= 其中，0I 为光源的光强，σ为表征光纤折射率分布的相关参数，对于阶跃折射率光纤，它的值为1，0a 为光纤的纤芯半径，ζ为光源种类及光源与光纤耦合情况有关的调制参数， c θ为发射光纤的最大出射角。此函数的曲线形状如图5-2中的b 图所示。 reflector

反射式光纤位移传感器特性实验

仪器与电子学院实验报告（操作性实验）班级：学号：学生姓名：实验题目：反射式光纤位移传感器特性实验一、实验目的 1）掌握反射光纤位移传感器工作原理； 2）掌握反射光纤位移传感器静态特性标定方法。二、实验仪器及器件光纤、光电转换器、光电变换器、电压表、支架、反射片、测微仪。三、实验内容及原理反射式光纤位移传感器的工作原理如图3所示，光纤采用Y 型结构，两束多模光纤一端合并组成光纤探头，另一端分为两束，分别作为接收光纤和光源光纤，光纤只起传输信号的作用。当光发射器发生的红外光，经光源光纤照射至反射体，被反射的光经接收光纤至光电转换元件将接收到的光信号转换为电信号。其输出的光强决定于反射体距光纤探头的距离，通过对光强的检测而得到位移量。图1 反射式光纤位移传感器原理及输出特性曲线四、实验步骤 1、观察光纤结构：本仪器中光纤探头为半圆型结构，由数百根光导纤维组成，一半为光源光纤，一半为接收光纤。 2、将原装电涡流线圈支架上的电涡流线圈取下，装上光纤探头，探头对准镀铬反射片( 即

电涡流片)。 3、振动台上装上测微仪，开启电源，光电变换器Vo端接电压表。旋动测微仪，带动振动平台，使光纤探头端面紧贴反射镜面，此时Vo输出为最小。然后旋动测微仪，使反射镜面离开探头，每隔0.5mm取一Vo电压值填入下表，作出V—X曲线。 4、根据所测数据求出平均值后，在坐标纸上画出输出电压-位移特性曲线（分前坡和后坡），计算灵敏度S=，并在坐标纸上画出V—X关系线性、灵敏度、重复性、迟滞曲线。五、实验测试数据表格记录表1 六、实验数据分析及处理 1、线性度：图2 线性曲线

详细剖析光纤温度传感器的工作原理和应用场景

详细剖析光纤温度传感器的工作原理和应用场景温度是度量物体冷热程度的物理量，许多物理现象和化学过程都是在一定温度下进行，人们的日常生活也和温度密切相关。随着科学技术的迅猛发展，对温度的测量也提出了更多更高的要求。以电信号为工作基础的传统的光纤温度传感器特点光纤测温传感器测量温度的方法光纤传感器的基本原理几种光纤温度传感器的原理基于布里渊散射的分布式光纤传感技术基于布里渊光频域分析（BOFDA）技术的分布式光纤传感器光纤温度传感器的应用光纤温度传感自问世以来, 主要应用于电力系统、建筑、化工、航空航天、医疗以至海洋开发等领域,并已取得了大量可靠的应用实绩。 1、光纤温度传感器在电力系统有着重要的应用，电力电缆的表面温度及电缆密集区域的温度监测监控; 高压配电装置内易发热部位的监测; 发电厂、变电站的环境温度检测及火灾报警系统; 各种大、中型发电机、变压器、电动机的温度分布测量、热动保护以及故障诊断; 火力发电厂的加热系统、蒸汽管道、输油管道的温度和故障点检测; 地热电站和户内封闭式变电站的设备温度监测等等。 2、光纤温度传感特别是光纤光栅温度传感器很容易埋入材料中对其内部的温度进行高分辨率和大范围地测量, 因而被广泛的应用于建筑、桥梁上。美国、英国、日本、加拿大和德国等一些发达国家早就开展了桥梁安全监测的研究, 并在主要大桥上都安装了桥梁安全监测预警系统, 用来监测桥梁的应变、温度加速度、位移等关键安全指标。1999 年夏, 美国新墨西哥Las Cruces 10 号州际高速公路的一座钢结构桥梁上安装了120 个光纤光栅温度传感器,创造了单座桥梁上使用该类传感器最多的记录。 3、航空航天业是一个使用传感器密集的地方,一架飞行器为了监测压力、温度、振动、燃料液位、起落架状态、机翼和方向舵的位置等, 所需要使用的传感器超过100 个, 因此传感器的尺寸和重量变得非常重要。光纤传感器从尺寸小和重量轻的优点来讲, 几乎没有其他传感器可以与之相比。 4、传感器的小尺寸在医学应用中是非常有意义的, 光纤光栅传感器是现今能够做到最小的

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。

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

雷达测速试验报告

雷达测距实验报告 1. 实验目的和任务 1.1 实验目的本次实验目的是掌握雷达带宽同目标距离分辨率的关系，通过演示实验了解雷达测距基本原理，通过实际操作掌握相关仪器仪表使用方法，了解雷达系统信号测量目标距离的软硬件条件及具体实现方法。 1.2 实验任务本次实验任务如下：（1）搭建实验环境；（2）获得发射信号作为匹配滤波的参考信号；（3）获得多个地面角反射器的回波数据，测量其各自位置，评估正确性；（4）获得无地面角发射器的回波数据，与（3）形成对比，并进行分析。 2. 实验场地和设备 2.1 实验场地和环境条件本次实验计划在雁栖湖西校区操场进行，环境温度25℃，湿度40%。实验场地如上图所示，除角反射器以外，地面上还有足球门、石块以及操场上运动的人等比较明显的目标。

2.2 实验设备实验所需的主要仪器设备如下：（1）矢量信号源SMBV100A ；（2）信号分析仪FSV4；（3） S 波段标准喇叭天线；（4）角反射器（5）笔记本电脑 2.3 设备安装与连接设备连接关系图如下：雷达波形文件雷达回波数据时钟同步计算机终端 SMBV100A 矢量信号源 FSV4信号分析仪角反射器交换机图1 实验设备连接示意图其中：蓝色连接线表示射频电缆，灰色连接线表示网线。 3. 实验步骤 3.1 实验条件验证检查仪器工作是否正常，实验环境是否合适。 3.2 获取参考信号 1. 调节信号源参数，生成线性调频信号，作为匹配滤波的参考信号，然后通过射频电缆将信号源与频谱仪相连，利用频谱仪的A/D 对线性调频信号采样，并通过网线将数据传输给计算机，并保存为“b1.dat ”。参考信号的主要参数如下所示：

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

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。

光纤位移传感器实验

光纤传感器最终版

测速测频实验

光纤传感器基础实验

传感器测速实验报告(第一组)

光纤位移传感器实验

皮托管测速实验

光纤传感器的位移特性

光纤位移传感器静态动态实验

光纤传感器位移特性实验

光纤温度传感器

光纤传感器实验报告

实验五反射式光纤位移传感器实验

反射式光纤位移传感器特性实验

详细剖析光纤温度传感器的工作原理和应用场景

光纤传感器的位移特性实验

速度测量实验

雷达测速试验报告

光纤传感器 实验数据范例

自动检测课程——转速检测试验报告

光纤传感器实验数据范例