光纤位移传感器

光纤位移传感器 【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一般原理 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。 【教学难点】 反射式光纤位移传感器的结构与工作原理 【课程讲授】 1. 光导纤维是利用什么原理传输光波的？ 2. 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哪种类型光纤传感器？ 【课堂提问】 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 二、实验仪器 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...