反射式光纖位移傳感實(shí)驗(yàn)

SYG多功能光纖實(shí)驗(yàn)儀和SYG-BC光纖反射傳感器結(jié)構(gòu)簡單，具有很高的靈敏度，穩(wěn)定性好，使用方便，應(yīng)用范圍廣。在實(shí)驗(yàn)過程中，將SYG多功能光纖實(shí)驗(yàn)儀和SYG-BC光纖反射傳感器連接起來，構(gòu)成傳感器，可用以測量多各可轉(zhuǎn)換成位移的物理量。

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>

1．了解“SYG多功能光纖實(shí)驗(yàn)儀”的基本構(gòu)造和原理，熟悉其各個(gè)部件，學(xué)習(xí)和掌握其正確使用方法；

2．學(xué)習(xí)掌握SYG-BC光纖反射傳感器的原理和使用方法。

二、實(shí)驗(yàn)儀器

多功能光纖實(shí)驗(yàn)儀、SYG-BC光纖反射傳感器（圖1）

LED——光源輸出插座；

PIN——光探測器輸入插座；

圖1  SYG-BC光纖反射傳感器

三、實(shí)驗(yàn)原理

這是一種非功能型光纖傳感器，光纖本身只起傳光作用。這里光纖分為兩部分，即輸入光纖和輸出光纖，亦可稱為發(fā)送光纖和接收光纖。這種傳感器的調(diào)制機(jī)理是輸入光纖將光源的光射缶被測物體表面，再從被測面反射到另一根輸出光纖中，其光強(qiáng)的大小隨被測表面與光纖間的距離而變化。如圖2所示。圖2（a）中，在距光纖端面d的位置放有反光物體——平面反射鏡，它垂直于輸入和輸出光纖軸移動，故在平面反射鏡之后相距d處形成一個(gè)輸入光纖的虛像，因此，確定調(diào)制器的響應(yīng)等效于計(jì)算虛光纖與輸出光纖之間的耦合。設(shè)輸出光纖與輸入光纖其間的間距為a，且都具有階躍型折射率分布，芯徑為2r，數(shù)值孔徑為NA。當(dāng)d≤a/2T，即a≤2dT（dT圖2為發(fā)射光錐的底面積半徑，且T=）時(shí)，耦合進(jìn)輸出光纖的光功率為零；當(dāng)d≤（a+2r）/2T時(shí)，輸出光纖與輸入光纖的像發(fā)出的光錐底端相交，其相交的截面積恒為，此光錐的底面積為，故在此范圍內(nèi)間隙的傳光系數(shù)為。在時(shí)，耦合到輸出光纖的光通量由輸入光纖的像發(fā)出的光錐底面與輸出光纖相重疊部分的面積所決定，重疊部分如圖2（b）所示。利用伽瑪函數(shù)可準(zhǔn)確地計(jì)算出重疊部分的面積，或利用線性近似法來進(jìn)行計(jì)算，即光錐底面與出射光纖端面相交的邊緣用直線來進(jìn)行近似。如果δ是光錐邊緣與輸出光纖重疊的距離，如圖2（c）所示，在這種管似的前提下，簡單的幾何分析即可給出輸出光纖輸出光纖端面受光錐照射的表面所占的百分比為

上式是一個(gè)很有用的函數(shù)，其曲線示于圖3。由圖3的幾何關(guān)系可計(jì)算處出δ/r的值

因此，被輸出光纖接收的入射光功率百分?jǐn)?shù)為

        圖2                                       圖3

式中，F被稱為耦合效率。

四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1．連接光路，即將反射式光纖移傳感器的光纖適配器分別與多功能光纖實(shí)驗(yàn)儀的PIN接口及LED接口相連。

2．接通電源，將LED驅(qū)動電流調(diào)到指定電流；

3．旋轉(zhuǎn)螺旋測微器，每次調(diào)節(jié)0.1mm并記錄螺旋測微器的讀數(shù)，以及多功能光纖實(shí)驗(yàn)儀中光功率的讀數(shù)；

4．在坐標(biāo)紙上作出一條位移一光強(qiáng)曲線。