光纤位移测量设计任务书

光纤位移测量设计任务书

一、设计目的

1．学习反射式光纤位移传感器的基本工作原理。

2．学习光电变换及相关器件的应用。

3．掌握高放大倍数的放大电路的设计。

4．掌握有关仪器仪表的使用方法。

二、设计内容

1．设计光源电路、光电变换电路和放大电路。

2．测定位移与电压之间关系曲线和关系式。

三、测量原理

1．基本原理

反射式光纤位移传感器由发射光纤和接收光纤组成，光源发出的光经发射光纤至反射面，再经反射面反射形成反射锥体，当接收光纤处于反射锥体内时，便能接收到反射光强，最后经由光电转换元件将接收到的光信号转换为电信号，进行电信号放大处理，随着被测反射面与光纤端面之间的位移的改变，接收光强随之变化，通过检测这个变化，便可测量出相应的位移量。发射与接收光路如图1所示。

图1 发射与接收光路

2．理想状态下，输出光功率随光纤相对放设距离变化的规律

在发射、接收光纤数值孔径、芯径不变的条件下，改变两光纤之间的相对距离，得到的输出光功率特性曲线如下图所示。可以看出，随着两光纤相对距离的增大，输出光功率曲线峰值点右移，峰值功率减小，斜率减小，但上升沿跨距不变。

四、设计步骤

该实验为设计型实验。光源及光接收部分，提示选择LED作为光源，光电变换器件选择光电池，光电器件与光纤耦合部件及光纤位移测定实验装置由实验室提供，参考图2。放大电路由同学自行设计，电路安装调试好后，变化测微头，从而改变输入、输出光纤相对挡板的位移，记录位移及输出电压的值，整理数据，做出位移--电压曲线，并与图3进行比较。选定实际测量位移所用的线性段，分析误差，拟合曲线，画出电路原理图，叙述电路设计方案、遇到的问题、解决的过程，完成实验报告。

图2 光纤位移测定实验装置

图3 输出光功率曲线随输入、输出光纤相对距离变化规律

五、思考题

1 室内光线对测试数据有什么影响？如何解决？

2 放大器的稳定放大倍数和低噪声对信号的影响？如何设计?