光纤位移传感器的应用

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上传日期: 2009-03-08

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  近年来由于低损耗光导纤维的问世以及检测用特殊光纤的开发,在光纤应用领域继光纤通信技术之后又出现了一门崭新的光纤传感器工程技术。光纤传感器有功能型和传输型两大类。反射式光纤位移传感器是一种传输型光纤传感器。
【预习重点】
  (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。
【仪器】
  CS1/10型传感器系统实验仪(本实验所用部件包括:光纤、光电变换器、低频振荡器、电压表、支架、反射板、测微头、测速电机、电压/频率表等)、双踪示波器。
【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56—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56—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56—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。

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