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()S7开关，S5开关置光纤位移传感器位，通用放大器()的输出接数显电压表，打开通用放大器()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）0.51.01.52.02.53.03.54.04.55.0电压 （v）00.101.393.454.854.863.922.851.971.36Set2003（v）0.020.111.433.464.864.893.952.881.991.37二、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=1.02) 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)=3.172）求非线性误差: 非线性误差通常用相对误差L表示：L=(Lmax/yFS)100%， Lmax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