安康学院电子与信息工程系实验报告
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、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，合上主控箱电源开关，调RW、使数显表显示为零。
5、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9－1。
表9－1光纤位移传感器输出电压与位移数据
6、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、 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？
光纤是光导纤维的简写,是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而达成的光传导工具。光导纤维由前香港中文大学校长高锟发明。微细的光纤封装在塑料护套中,使得它能够弯曲而不至于断裂。
第二篇：光纤传感器系列实验讲义
CSY10G型光电传感器系统实验仪是为了适应现代光电传感器实验教学课程所需而研制的实验仪器 。其特点是将各种光电传感器、被测体、信号源、仪表显示、信号采集、处理电路及实验所需的温度、位移、光源、旋转装置集中于一机，可以方便地对十种光电传感器进行光谱特性、光电特性、温度特性等二十余种实验。并可根据实验原理自主开发出更多的实验内容。
实验仪主要由实验工作台、信号控制及仪表显示、图象和数据采集、光电转换/处理电路组成。
位于实验仪顶部的工作台部分，分别布置有热释电红外传感器、温度源、慢速电机、衍射光栅、固体激光器、PSD光电位置传感器、CCD电荷图象传感器、位移平台、光电器件安装板、莫尔条纹光栅位移传感器、光纤传感器、光电断续器、旋转电机等。（详见实验仪工作台布局图）
传感器：（十种）
1、 光敏二极管：由具有光敏特性的PN结制成，不同的二极管光谱范围是不同的。
2、 光敏三极管：具有NPN或PNP结构的半导体光敏管，引出电极二个，较之光敏二极管具有更高的灵敏度。
3、 光敏电阻：CdS材料制成，其电阻值随光照强度而改变。
4、 光电池：根据光生伏特效应原理制成的半导体PN结，光谱响应范围在50~100μm光波长之间。
5、 光断续器：透过型的红外发射-接收器件。
6、 光纤传感器：导光型红外发射-接收传感器，可测位移、转速、振动等。
7、 PSD光电位置传感器：一维半导体光点位置敏感传感器，测试范围≤10mm，灵敏度≥0.01mm。
8、 CCD电荷耦合图象传感器：物体轮廓与图象监测，光敏面尺寸4mm×3.5mm。
9、 热释电红外传感器：工作范围波长5~10μm红外光,探测距离≥5m。
10、 光栅传感器：光栅衍射及光栅距测试、光栅莫尔条纹精密位移测试。
温度源：电加热器，温升≤100℃。
光源：12V安全电压，高亮度卤钨灯；各色高亮度LED发光管。
慢速电机：控速电机及遮温叶片组成。
位移装置：位移范围25mm,精度1μm。
旋转电机：转速0~2400转/分。
直流稳压电源：±12V、±2V~10V、激光电源、CCD电源。
数字电压/频率表：3 1/2位显示，精度1%。
微安表：0~100μA，精度2.5%。
试件插座：位于光电器件模板上，可供实验者插入随机所带附件中提供的光电器件进行实验比较，试件插座与仪器下部面板上的传感器接口处的“光敏电阻Ⅱ”、“光电池Ⅱ”、“发光二极管Ⅱ、Ⅲ”的备用插座相并接，实验时试件可插入试件插座，也可插入相关传感器的备用插座。
实验选配单元：实验者可利用仪器提供的电源、电位器、三极管、部分光电器件、仪表及实验连接线组成光电器件的光谱、照度、伏安特性等测试电路。
实验时，传感器接入光电转换/处理电路相应的传感器接口，按照实验内容正确操作，确认无误后开启电源。
实验者可利用仪器提供的试件插座对相同种类不同型号的光电传感器进行性能测试比较。
实验前应检查仪器的工作电压是否正常，实验连接线是否完好，实验中应避免电源之间相互短路。
请注意当高亮度光源打开时对仪器有一定的干扰，特别是在小信号数据采集时应避免开灯，光源灯头及电源线接头应注意保持接触良好。
光电实验仪器在实验时应注意背景光的影响，必要时有些实验应在暗光下进行。
请注意本仪器为实验性仪器，大多实验主要是对光电传感器进行定性的分析演示，而非应用工程中的定量测试。通过完成本实验仪的实验内容，期望能对实验者在光电传感器方面的认识有所加深，为以后的工程应用打下基础。
光纤位移传感器原理
实验原理:
本实验仪中所用的为传光型光纤传感器,光纤在传感器中起到光的传输作用，因此是属于非功能性的光纤传感器。光纤传感器的两支多模光纤分别为光源发射及接收光强之用，其工作原理如图(22)所示。
光纤传感器工作特性曲线如图(23)所示。一般都选用线性范围较好的前坡为测试区域。
实验所需部件:
光纤、光电变换器、放大稳幅电路、红外发射及检测电路（光纤变换电路内）、反射物（电机叶面）、电压表.
实验步骤:
1. 观察光纤结构：一支发射、另一支为接收的多模光纤为半圆形结构，光纤质量的优劣可通过对光照射观察光通量得出结论。
2. 光电传感器内发射光源是近红外光,接收近红外信号后经稳幅及放大。判断光电变换器中两个安装孔位置具体为发射还是接收可采用如以下办法:
将光纤变换器电压输出端接电压表输入端，光电变换块四芯航空插头接入光纤变换器四芯插座，将双支光纤的其中一根插入光电变换块中的一孔，观察电压表输出情况。将接通电源的红外发光管靠近光纤探头，如VO端有电压输出则此孔为接收放大端，如单独插入另一孔,光纤探头靠近接通电源的红外光敏三极管,探测电路动作则说明此孔为红外光源发射。
3. 将两根光纤均装入光电变换块,装入时注意不要过分用力,以免影响到变换块中光电管的位置。分别将光纤探头置于全暗无反射和对准较强光源的照射，光纤变换器输出电压应分别为零和最大值。
注意事项:
光纤三端面均经过精密光学抛光,其端面的光洁度直接会影响光源损耗的大小,需仔细保护。禁止使用硬物、尖锐物体碰触，遇脏可用镜头纸擦拭。如非必要，最好不要自行拆卸，观察光纤结构一定要在实验老师的指导下进行。
光纤传感器应用--------测温传感器
实验原理:
光纤变换电路中的红外接收----放大部分如接收热源中的红外光，输出电压就会随温度变化。
实验所需部件:
光纤、光电变换块、光纤变换电路、电压表、热源、移动平台。
实验步骤:
1. 将一根光纤插入实验十中已确定的光电变换块中的接收孔,并将端面朝向光亮处，使输出电压Vo变化,确定无误，并用紧定螺丝固定位置。
2. 将光纤探头端面垂直对准一黑色平面物体（最好是黑色橡胶、皮革等）压紧，此时光电变换器VO端输出电压为零。
3. 将光纤探头放入一个完全暗光的环境中，电路VO端输出为零。用手指压住光纤端面，即使在暗光环境中，电路也有输出，这是因为人体散射的红外信号通过光纤被红外接收管接收后经放大后转换成电信号输出。
4. 将光纤探头靠近热源（或是探头垂直与散热片紧贴），打开热源开关，观察随热源温度上升，光电变换器VO端输出变化情况。
注意事项:
光纤探头应避免太靠近热源电加热丝,以免损坏探头及护套。实验者也请勿用手触摸加热片，以免烫伤。
光纤传感器--------位移测试
实验所需部件:
光纤、光电变换块、光纤变换电路、电压表、反射片(电机叶片)、位移平台
实验步骤:
1. 将光纤、光电变换块与光纤变换电路相连接,注意同一实验室如有多台光电传感器实验仪,由于光电变换块中的光电元件特性存在不一致,则光纤变换电路中的发射\接收放大电路的参数也不一致，故请做实验之前将光纤\光电变换块和实验仪对应编号,不要混用,以免影响正常实验。
2. 光纤探头安装于位移平台的支架上用紧定螺丝固定,电机叶片对准光纤探头,注意保持两端面的平行。
3. 尽量降低室内光照,移动位移平台使光纤探头紧贴反射面，此时变换电路输出电压Vo应约等于零。
4. 旋动螺旋测微仪带动位移平台使光纤端面离开反射叶片，每旋转一圈(0.5毫米)记录Vo值,并将记录结果填入表格,作出距离X与电压值mv的关系曲线。
5. 从测试结果可以看出,光纤位移传感器工作特性曲线如图(23)所示分为前坡Ⅰ和后坡Ⅱ。 前坡Ⅰ范围较小，线性较好。后坡工作范围大但线性较差。因此平时用光纤位移传感器测试位移时一般采用前坡特性范围。根据实验结果试找出本实验仪的最佳工作点。（光纤端面距被测目标的距离）
光纤传感器---转速与振动测试
实验所需部件:
光纤、光电变换块、光纤变换电路、测速电机、电压/频率表、示波器
实验步骤:
1. 光纤变换电路中Fo端输出为整形电路输出，它可以将光纤探头所测到脉动信号整形为标准的5VTTL电平输出，以供仪器中的数据采集卡计数之用。根据实验十二的结果,将光纤探头安装与距电机反射叶片最佳工作点处。
2. 开启转速电机,调节转速，用示波器观察Vo端输出电压波形和经过整形的Fo端输出方波的波形，如Fo端无输出则可能是Vo端输出电压过高,可适当降低放大增益，直至FO端有方波输出为止。
3. 用示波器或频率计读出电机的转速。
4. 示波器探头接于光电变换器VO端，放大器增益置最大，根据实验十二结果，探头安装在距反射叶片的最佳工作点处。开启电源与旋转电机，调节示波器，以能稳定地观察输出波形为好。读出相邻输出波形峰值之差，根据位移测试标定结果，判断旋转电机叶片的抖动情况，得出电机转动是否平稳的结论。
注意事项：测试电机叶片时输出电压峰值之差是比较小的，所以要特别注意背景光的影响。