光纤传感器的位移特性研究

【摘要】研究光纤位移传感器的工作原理和性能；测量光纤传感器位移时，电压值的大小并进行数据分析；研究光纤传感器的位移特性和电压值变化关系。

【关键词】光纤位移传感器 光纤位移

The research of displacement of Fibre Optical Sensors

Wang xuyu， Xu tianwen， Zhang tao

【Abstract】

Understand and master the fiber optic displacement sensor works and performance； and at different fiber optic sensor displacement， measure the voltage value of the voltage and then analysis it； understanding of the changes in the relationship between the displacement characteristic of the fiber optic sensor and the voltage values.

【Keywords】

Fibre Optical Sensors；Fibre Optical’s displacement

引言：测量光纤传感器在不同的位移时，其输出电压的定性关系。进一步认识光纤传感器，了解影响光纤传感器正常工作的因素。

1. 基本原理

本试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X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X有关，因此可用于测量位移。

2. 实验电路

3. 数据分析

通过上述的表格可以找出在X=2.6或者2.7mm时输出电压才达到最大值为1.618或者1.619V，但当继续寻找最小值的时候并没有找到，输出电压随着位移的增大逐渐减小，但减小的幅度会渐渐的趋于平衡，在达到测微头最大量程时还在继续的减小，因此并没有找到最小的记录。并认为X=0mm时为最小的0。

图3-1 电压-位移特性曲线图

通过光纤位移传感器的位移特性图可知：其图形被分为前坡和后坡两部分，在前坡输出电压随着位移的增大而增大并且达到最大值，并且前坡的增大的幅度比较大，在后坡输出电压随着位移的增大不再增大而是相应的减小，减小的幅度较小，并逐渐的趋于稳定。通过图形可以看出前坡的范围窄，灵敏度高，线性好，适用于测小位移和表面粗糙度。后坡的减弱与探头和被测表面之间的距离平方成反比。

前坡灵敏度以及非线性误差求解：将在最大值之前的值作为前坡的数据单独拿出来做处理同时去掉最前和最后的值，同样用excel的画图进行斜线的拟合得到如下的拟合直线，并计算出拟合的直线表达式。

前坡部分的位移特性图如下所示：

图3-2 前坡部分的位移曲线图

通过拟合出来的直线为

V=0.6321X+0.1651 （ X≤2.5 mm）（3-1）

4. 误差分析

本试验的误差主要来自于试验台数显表电压读数的相对不准确性，实验中对平衡点的获取也会对结果造成一定的影响。

结论

（1） 通过图形可以看出前坡的范围窄，灵敏度高，线性好，适用于测小位移和表面粗糙度。

（2）本试验中光纤传感器的位移特性和电压值变化关系为V = 0.6321X+ 0.1651 （ X≤2.5 mm）。

参考文献

[1] 刘迎春，叶湘滨.现代新型传感器原理与应用.北京：1998年1月版；15-23.

[2] 陈世涛.大学物理实验教程.四川：2011年2月第一版；4-19.

[3] 袁长坤.物理量测量.北京：2004年1月第一版；59-65和213-215.