光纤压力传感器实验
一、实验目的
1、了解并掌握传导型光纤压力传感器工作原理及其应用
二、实验内容
l、传导型光纤压力传感光学系统组装调试实验；
2、发光二极管驱动及探测器接收实验；
3、传导型光纤压力传感器测压力原理实验。
三、实验仪器
1、光纤压力传感器实验仪1台
2、气压计1个
3、气压源l套
4、光纤1根
5、2#迭插头对若干
6、电源线1根
四、实验原理
通常按光纤在传感器中所起的作用不同，将光纤传感器分成功能型(或
称为传感型)和非功能型(传光型、结构型)两大类。功能型光纤传感器使
用单模光纤，它在传感器中不仅起传导光的作用，而且又是传感器的敏感元件。但这类传感器的制造上技术难度较大，结构比较复杂，且调试困难。
非功能型光纤传感器中，光纤本身只起传光作用，并不是传感器的敏感元件。它是利用在光纤端面或在两根光纤中间放置光学材料、机械式或光学式的敏感元件感受被测物理量的变化，使透射光或反射光强度随之发生变化。所以这种传感器也叫传输回路型光纤传感器。它的工作原理是：光纤把测量对象辐射的光信号或测量对象反射、散射的光信号直接传导到光电元件上，实现对被测物理量的检测。为了得到较大的受光量和传输光的功率，这种传感器所使用的光纤主要是孔径大的阶跃型多模光纤。光纤传感器的特点是结构简单、可靠，技术上容易实现，便于推广应用，但灵敏度较低，测量精度也不高。
本实验仪所用到的光纤压力传感器属于非功能型光纤传感器。
本实验仪重点研究传导型光纤压力传感器的工作原理及其应用电路设计。在传导型光纤压力传感器中，光纤本身作为信号的传输线，利用压力一电一光一光一电的转换来实现压力的测量。主要应用在恶劣环境中，用光纤代替普通电缆传送信号，可以大大提高压力测量系统的抗干扰能力，提高测量精度。
相关参数：
l、光源
高亮度白光LED，直径5mm
2、探测器
高灵敏度光敏三极管
3、光纤：光纤芯直径Φ1
4、气压源气压范围：0—20KPa
5、气压表：GB3053
6、电压表、电流表（集成在实验箱中）
图1是光纤压力传感器装置系统框图
本实验所使用的光纤压力传感器是一种传光型的复合型光纤传感器。在
此光纤本身作为信号的传输线，在实验过程中实现了压力一电一光一光一电
的转换。使用压电式传感器，压电式传感器主要是利用某些非金属晶体的压
电式效应。压电效应的基本特点是在机械应力或压力的作用下，表面极化电
荷增加。将这个变化引入到测量电路，通过光电转换则光信号强弱的变化就
五、注意事项：
1、不得随意摇动和插拔面板上元器件和芯片，以免损坏，造成实验仪不能正常工作。
2、光纤传感器弯曲半径不得小于3cm，以免折断。
3、在使用过程中，出现任何异常情况，必须立即关机断电以确保安全。
六、实验操作
1)传导型光纤压力传感光学系统组装调试实验
1、空气压缩机输出口接气袋输入端，气袋输出端通过三通一端接气压表，另一端接入主机箱引压口。光纤两端分别插入实验仪面板发射接收处孔。
2、将主机箱上的输出“Uo”、“⊥”和电压表的“+”、“-”相连，“mA”
上下两个插孔按颜色对电流表的“+”、“-”输入插孔。
3、打开主机箱电源，再打开气压电源开关。调节气压(气压表监测气压
大小)，观察电压表变化情况，分析原理，系统组装完成。
4、关闭电源。
2)发光二极管驱动及探测器接收实验．
1、安装气压源装置以及连线请参照实验1)的步骤。
2、打开主机箱电源，再打开气压电源开关。取出发射端光纤，观察发光
二极管发光，发光二极管发出的光很耀眼，不要用眼直视。慢慢插入发射端
光纤至底，插入过程中观察电压表变化，并分析变化原因。根据实验仪面板
上探测器接收电路图示分析探测器工作原理。
3、关闭电源。
3)传导型光纤压力传感器测压力原理实验
l、空气压缩机输出口接气袋输入端，气袋输出端通过三通一端接气压表，另一端接入主机箱引压口。
2、将主机箱上的输出“Uo”、“⊥”和电压表的“+”、“一”相连，“mA”
上下两个插孔按颜色对电流表的“+”、“一”输入插孔。
3、打开主机箱电源，再打开气压电源开关。a调节气压为20KPa(气压
表监测气压大小)，待指针稳定后调节WP2使电流表显示值为8mA。b调节转
子流量计旋钮设置气压为4KPa，待指针稳定后调节WPI使电流表显示值为
4mA。重复步骤a、b，气压在4KPa～20KPa之间变化时，电流表能在4mA～SmA 之间变化。注：该过程为定标过程，最大电流8mA和最小电流4mA并不绝对
限制，但要保证最大电流不得超过20mA，最小电流要保证发光器件能够正常
发光。
4、气压从7KPa开始，根据表1，记录主机箱电压表读数(待气压表指
七、实验思考题
根据你的理解，光纤压力传感的核心是什么?
八、实验测试点说明
发射、收接口为光纤插入口；
“引压口”为气压接入口。
光纤传感器基础实验 王帅 （哈尔滨工程大学13-3班75号，黑龙江省哈尔滨市 150001） 摘要：光纤传感实验仪开发研制的目的是将光纤传感这一现代技术进行广泛的普及和渗透。了解光纤传感仪试验仪的基本构造和原理，学习和掌握其正确使用方法；了解光纤端光场的径向分布和轴向分布的特点；定量了解一种光纤的纤端光场的径向分布和轴向分布；学习掌握最基本的光纤位移传感器的原理。通过对光纤接受端电压的测量，可以间接测量光纤端轴向和径向的光场强度的分布。 关键词：光纤传感器；轴向；径向；光强分布 Optical Fiber Sensor Based Experiment Wang shuai （Harbin Engineering University, Harbin,150001,Chnia） Abstract：The purpose of the development of fiber optic sensing experimental kits is to make this technology popularization. Understanding the basic structure and principle of fiber optic sensing experimental kits,learning and mastering the correct using method; Understand the radial and axial distribution characteristic of the fiber end; Learning to master the basic principle of optical fiber displacement sensor. By measuring the voltage of the optical fiber acceptting, optical fiber end light field intensity distribution of the axial and radial can be measured indirectly. Key words：fiber optic sensing experimental kits；axial; radial; light intensity distribution 0 引言 光纤传感实验仪是由多种形式的光纤传感器组成，是集教学和实验于一体的传感测量系统。它具有结构简单，灵敏度高，稳定性好，切换方便应用范围广等特点。在实验过程中，我们用光纤传感实验仪构成反射式光纤微位移传感器，可用于测量多种可转换成位移的物理量。 1 实验原理 1.1光在光纤中传输的原理 光在光纤中的传输依据是光学中的全反射定律。普通石英光纤的结构包括纤芯、包层和
2005年第24卷第12期 传感器技术(Journal of Transducer Technol ogy) 设计与制造 光纤压力传感器 赵中华,高应俊,骆宇锋 (暨南大学光电工程研究所,广东广州510632) 摘 要:提出一种记数法布里珀罗(F2P)腔的干涉条纹的光纤压力传感器,可以用于易燃、易爆的环境。 阐述了它的设计原理、参数的设置和误差的讨论及改进。试验结果表明:光纤F2P腔脉冲计数压力传感器结构简单、成本低、抗干扰能力强,具有很大的测量范围和分辨力,分别达到10m和0.02%。 关键词:光纤压力传感器;法布里珀罗腔;干涉条纹 中图分类号:TP212.14 文献标识码:A 文章编号:1000-9787(2005)12-0049-03 Fi ber2opti c pressure sensor Z HAO Zhong2hua,G AO Ying2jun,LUO Yu2feng (I n st of Photoelectr i c ity Eng i n,J i n an Un i versity,Guangzhou510632,Ch i n a) Abstract:A fiber2op tic p ressure sens or by counting interference stri pe of Fabry2Per ot(F2P)cavity is intr oduced, which can be used in s ome inflammable and exp l osive circum stance.The p rinci p le and the configurati on parameters design of the sens or are described.Fact ors of err or and future i m p r ovements are discussed. Experi m ent result shows the fiber2op tic sensor with F2P cavity is si m p le in design,l ow in cost,excellent in anti2 interference ability and p recise in p ressure detecting.It can reach10m in measurement range and0.02%in accurancy. Key words:fiber2op tic p ressure sens or;Fabry2Per ot(F2P)cavity;interference stri pe 0 引 言 光纤F2P传感器作为微位移传感器具有尺寸小、结构简单、测量精度高和灵敏度极高的特点,已得到了广泛的应用。多种应力、应变的相关传感器得以研究和实现。例如:新型光纤压力传感器[1]和光纤F2P腔液位传感器等。但是,利用测量干涉光的光强变化来感应外在参量的方法也有自身的局限性,因为影响光强变化的因素非常多,传感器在结构上要求相当精密,对光源和环境的要求高,成本代价昂贵。 本文在此基础上,提出利用对干涉条纹的计数来实现测量压力的光纤F2P液位传感器,在保持光纤压力传感器的本质安全等独特优点的同时,使系统的稳定性得到很大的提高,成本大幅度降低,对环境的要求大大降低,向实用化方向迈进了一大步。试验表明:它也具有很高的灵敏度和测量精度,适用于易燃、易爆的环境,如,大型油罐、燃气、油库环境中的压力和液位的监测,也可以采用网络化连接,对多个目标进行系统化管理,是今后自动化管理的发展方向,很有发展和应用潜力。 1 光纤F2P压力传感器测量基本原理 F2P腔传感头结构如图1所示。弹性合金薄片作为F2P 收稿日期:2005-06-21腔的一个端面,并将其抛光的一面作为反射面,光纤对准弹性合金片的中心,光纤端面直接作为另一个反射面,并且,选择2个面的合适的反射比[2]。这样,在合金片与光纤端面之间就形成了F2P腔。当压力作用于F2P腔的合金薄片时,会产生弹性形变,不同的压强在传感器上具有不同的压力,弹性合金薄片受此压力产生的形变大小与压力有关。合金薄片的变形使得F2P腔的腔长发生改变,当入射光射到F2P腔后,反射回的光由于光程差改变使干涉条纹发生一系列的移动变化,测量干涉条纹的变化数就可得到相应压力的大小。 图1 F2P液位传感器结构示意图 F i g1 Structure schema ti c d i a gram of F2P cav ity li qu i d level sen sor 光纤F2P传感器是基于波动光学中的多光束干涉原理,多光束反射光叠加后的光强公式为[3,4] 94
课程设计 题目光纤传感器实验设计 二级学院光电信息学院 专业应用物理 班级110160101 学生姓名王洋学号11016010124 指导教师陶传义 考核项目设计50分平时成绩20分答辩30分得分 总分考核等级教师签名
光纤位移传感器设计实验 摘要：反射式光纤位移传感器是一种传输型光纤传感器。光纤采用Ｙ型结构两束多模光纤，一端合并组成光纤探头，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。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。 关键词：光纤传感器
重庆理工大学课程论文作者：王洋 目录 摘要…………………………………………………………………………………I 前言 (1) 1.设计原理 (1) 1.1光导纤维与光纤传感器的一般原理 (1) 1.2反射式位移传感器的结构原理 (1) 2.实验内容 (3) 2.1实验仪器 (3) 2.2实验步骤 (3) 2.3实验结果 (5) 3.系统误差分析 (6) 3.1误差来源 (6) 3.2提高测量精度的措施 (6) 参考文献 (7)
前言 位移测量是多种物理量（如：振动、压力、应变、加速度、流量等）测量的基础。通常有机械式测量、电磁测量及激光测量等方法。机械式测量的精度低，速度慢，不适于在线测量；电磁式测量易受工厂电磁干扰；但是光学测量，不但速度快，而且精度高，且适用于微小的位移测量。 1设计原理 1.光导纤维与光纤传感器的一般原理 光导纤维主要是由二氧化硅构成，它利用光的完全内反射原理传输光波，是一种非常高效的传播介质。如图1所示，光纤是由折射率高的纤芯和包层组成。包层的折射率小于纤芯的折射率，光纤的直径为0.1mm~0.2mm。由于纤芯的折射率比包层高，当光线由光纤端面进入纤芯时，在到达纤芯与包层的交界面时，光线就会完全内反射回纤芯层。经过不断的完全反射，光线就能沿着纤芯向前传播。 许多外界因素（如压力、温度、电场、磁场、振动等）都可对光纤产生作用，从而引起光波特性参量（如相位、偏振态、振幅等）发生变化。因此我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
光纤位移传感器的动态实验一 （一） 实验目的 了解光纤位移传感器的动态应用。 （二） 实验仪器 DH-CG2000传感器系统实验仪（本实验所用部件包括：主、副电源、差动放大器、光纤位移传感器、低通滤波器、振动台、低频振荡器、激振线圈、示波器） （三） 实验内容 1. 了解激振线圈在实验仪上所在位置及激振线圈的符号。 2. 在静态实验的电路中接入低通滤波器和示波器，如图1接线。 图1 3. 将测微头与振动台的台面脱离，测微头远离振动台。将光纤探头与振动台反射面的距离调整在光纤传感器工作点即线形段中点上（利用静态特性实验中得到的特性曲线，选择线形中点的位置为工作点，目测振动台的反射面与光纤探头端面之间的相对距离即线性区△X 的中点）。 4. 将低频振荡信号接入振动台的激振线圈上，开启主、副电源，调节低频振荡器的频率与幅度旋钮，使振动台振动且振动幅度适中。 5. 保持低频振荡器输出的p p V -幅度值不变，改变低频振荡器的频率（用示波器观察低频振荡器输出的p p V -值为一定值，在改变频率的同时如幅值发生变化则调整幅度旋钮值p p V -相同），将频率和示波器上所测的峰峰值（此时的峰峰值p p V -是指经低通后的p p V -）填入表格中，并作出幅频特性图。 6. 关闭主、副电源，把所有旋钮复原到原始最小位置。
（四）数据表格 光纤位移传感器的动态实验二 （一）实验目的 了解光纤位移传感器的测速应用。 （二）实验仪器 DH-CG2000传感器系统实验仪（本实验所用部件包括：电机控制、差动放大器、小电机、电压表、光纤位移传感器、直流稳压电源、主、副电源、示波器） （三）实验内容 1.了解电机在实验仪上所在的位置及控制单元。 2.按图2接线，将差动放大器的增益置最大，电压表的切换开关置2V，开启主、副电源。 图2 3.将光纤探头移至电机上方对准电机上的反光纸，调节光纤传感器的高度，使电压表显示 最大。再用手稍微转动电机，让反光面避开光纤探头。调节差动放大器的调零，使电压表显示接近零。 4.旋动电机控制电位器，使电机运转。
光纤传感器的位移特性实验报告 一、实验目的 了解光纤位移传感器的工作原理和性能。 二、基本原理 本实验采用的是传光型光纤，它由两束光纤混合后，组成Y型光纤，半园分布即双D型一束光纤端部与光源相接发射光束，另一束端部与光电转换器相接接收光束。两光束混合后的端部是工作端亦称探头，它与被测体相距X，由光源发出的光纤传到端部出射后再经被测体反射回来，另一束光纤接收光信号由光电转换器转换成电量，而光电转换器转换的电量大小与间距X有关，因此可用于测量位移。 三、需用器件与单元 光纤传感器、光纤传感器实验模板、数显单元、测微头、直流源、反射面。 四、实验步骤 1、根据图1-6安装光纤位移传感器，二束光纤插入实验板上的座孔上。其内部已和发光管D及光电转换管T 相接。 图1-6光纤传感器安装示意图
2、将光纤实验模板输出端V O1与数显单元相连，见图1-7。 图1-7光纤传感器位移实验接线图 2、调节测微头，使探头与反射面圆平板接触。 3、实验模板接入±15V电源，合上主控箱电源开关，调R W、使数显表显示为零。 4、旋转测微头，被测体离开探头，每隔0.1mm读出数显表值，将其填入表1-4。 表1-4光纤位移传感器输出电压与位移数据 5、根据表9－1数据，作光纤位移传感器的位移特性，计算在量程1mm时灵敏度和非线性误差。 五、实验数据处理 1、实验数据：
2、光纤传感器位移与输出电压特性曲线： 3、1mm时的灵敏度与非线性误差：
用最小二乘法拟合的直线为： 灵敏度为0.1458V/mm 在0.45mm处取最大相对误差为：0.07V 非线性误差为： 六、思考题 光纤位移传感器测位移时对被测体的表面有些什么要求？ 答：表面要干净没有污点，而且光洁度要好；再因为一定要可以反射光，因此一定不能出现黑色表面的情况。
光纤压力传感器实验 一、实验目的 1、了解并掌握传导型光纤压力传感器工作原理及其应用 二、实验内容 l、传导型光纤压力传感光学系统组装调试实验； 2、发光二极管驱动及探测器接收实验； 3、传导型光纤压力传感器测压力原理实验。 三、实验仪器 1、光纤压力传感器实验仪1台 2、气压计1个 3、气压源l套 4、光纤1根 5、2#迭插头对若干 6、电源线1根 四、实验原理 通常按光纤在传感器中所起的作用不同，将光纤传感器分成功能型(或 称为传感型)和非功能型(传光型、结构型)两大类。功能型光纤传感器使 用单模光纤，它在传感器中不仅起传导光的作用，而且又是传感器的敏感元件。但这类传感器的制造上技术难度较大，结构比较复杂，且调试困难。 非功能型光纤传感器中，光纤本身只起传光作用，并不是传感器的敏感元件。它是利用在光纤端面或在两根光纤中间放置光学材料、机械式或光学式的敏感元件感受被测物理量的变化，使透射光或反射光强度随之发生变化。所以这种传感器也叫传输回路型光纤传感器。它的工作原理是：光纤把测量对象辐射的光信号或测量对象反射、散射的光信号直接传导到光电元件上，实现对被测物理量的检测。为了得到较大的受光量和传输光的功率，这种传感器所使用的光纤主要是孔径大的阶跃型多模光纤。光纤传感器的特点是结构简单、可靠，技术上容易实现，便于推广应用，但灵敏度较低，测量精度也不高。 本实验仪所用到的光纤压力传感器属于非功能型光纤传感器。 本实验仪重点研究传导型光纤压力传感器的工作原理及其应用电路设计。在传导型光纤压力传感器中，光纤本身作为信号的传输线，利用压力一电一光一光一电的转换来实现压力的测量。主要应用在恶劣环境中，用光纤代替普通电缆传送信号，可以大大提高压力测量系统的抗干扰能力，提高测量精度。 相关参数： l、光源 高亮度白光LED，直径5mm
实验题目：光纤传感器 实验目的： 掌握干涉原理，自行制作光线干涉仪，使用它对某些物理量进行测量， 加深对光纤传感理论的理解，以受到光纤技术基本操作技能的训练。实验仪器： 激光器及电源，光纤夹具，光纤剥线钳，宝石刀，激光功率计，五位调 整架，显微镜，光纤传感实验仪，CCD及显示器，等等 实验原理：（见预习报告） 实验数据： 1.光纤传感实验（室温：24.1℃） （1）升温过程 （2）降温过程
2．测量光纤的耦合效率 在光波长为633nm条件下，测得光功率计最大读数为712.3nw。数据处理： 一．测量光纤的耦合效率 在λ=633nW，光的输出功率P1=2mW情况下。在调节过程中测得最大 输出功率P2=712.3nW 代入耦合效率η的计算公式： 3.56×10-4 二．光纤传感实验 1.升温时 利用Origin作出拟合图像如下： B 温度/℃由上图可看出k=5.49±0.06
根据光纤温度灵敏度的计算公式,由于每移动一个条纹相位改变 2π，则 Δφ=2π×m （m 为移动的条纹数） 故灵敏度即为 因l=29.0cm 故其灵敏度为±1.30）rad/℃ 2.降温时 利用Origin 作出拟合图像如下： -40 -20 A B 由上图可看出k=7.45±0.11 同上： 条纹数 温度/℃
灵敏度为 因l=29.0cm 故其灵敏度为±2.38）rad/℃ 由上述数据可看出，升温时与降温时灵敏度数据相差较大，这是因为在升温时温度变化较快，且仪表读数有滞后，所以测出数据较不准确，在降温时测出的数据是比较准确的。 思考题： 1.能否不用分束器做实验？替代方案是什么？ 答：可以，只要用两个相同的相干波波源分别照射光纤即可，这样也可造成光的干涉。 2.温度改变1℃时，条纹的移动量与哪些因素有关？ 答： （1）与光纤的温度灵敏度有关 （2）与光纤置于温度场的长度有关 3.实验中不可用ccd是否能有办法看到干涉条纹？替代方案是什么？ 答：可以。可以用透镜将干涉条纹成像在光电探测器上进行测量。 实验小结： 1.光纤的功能层非常脆弱，光纤剥离过程中要使力均匀，不可用力过猛， 否则易造成光纤的断裂，必要时可分段进行剥离。 2.使用宝石刀进行切割时，要轻轻划一下，再将光纤弹断，直接切断会 造成光纤断面不平滑，导致测出的光纤耦合系数较低。 3.光纤传感实验时记录移动的条纹数时可自行在显示器上寻找参照点， 保证记录的准确即可。
光纤传感器位移特性实验报告 一、实验目的： 了解反射式光纤位移传感器的原理与应用。 二、实验仪器： 光纤位移传感器模块、Y型光纤传感器、测微头、反射面、直流电源、数显电压表。三、实验原理： 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36-1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，射向反射面，再被反射到接收光纤，最后由光电转换器接收，转换器接收到的光源与反射体表面的性质及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面时，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。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36-1 反射式光纤位移传感器原理图36-2 光纤位移传感器安装示意图四、实验内容与步骤 1．光纤传感器的安装如图36-2所示，将Y型光纤安装在光纤位移传感器实验模块上。探头对准镀铬反射板，调节光纤探头端面与反射面平行，距离适中；固定测微头。接通电源预热数分钟。 2．将测微头起始位置调到14cm处，手动使反射面与光纤探头端面紧密接触，固定测微头。 3．实验模块从主控台接入±15V电源，打开实验台电源。 4．将模块输出“Uo”接到直流电压表（20V档），仔细调节电位器Rw使电压表显示为零。 5．旋动测微器，使反射面与光纤探头端面距离增大，每隔０.1ｍｍ读出一次输出电压Ｕ值，并记录。 五、数据记录与分析 1、数据记录表格 X（mm）0.10.20.30.40.50.60.70.80.9 1.0 Uo(V)0.080.180.280.400.520.640.750.870.97 1.06
光纤温度传感器 电子092班 张洪亮 2009131041
光纤温度传感器 摘要 本文从光纤和光纤传感器以及光纤温度传感器的发展历程开始详细分析国内外 主要光纤温度测温方法的原理及特点，比较了不同方法的温度测量范围和性能指标以及各自的优缺点。通过研究发现了当前的光纤温度传感器的种类和特点，详细介绍了光纤温度传感器的原理，种类和各自的特点和优缺点。可以根据这些传感器各自特点将各种传感器应用到不同的领域，本文也简要分析了各种光纤温度传感器的运用范围和领域。本文还通过图文并茂的方式比较详细地分析了介绍了空调器的基本结构，工作电气原理和基本的热力学过程。本文对毕业设计主要内容和拟采用的研究方案也做出了详细地介绍分析。 关键词：光纤传感器，光纤温度传感器，运用领域，空调器，空调器原理 1 引言： 光纤温度传感器是一种新型的温度传感器．它具有抗电磁干扰、耐高压、耐腐蚀、防爆防燃、体积小、重量轻等优点，其中几种主要的光纤温度传感器：分布式光纤温度传感器、光纤光栅温度传感器、干涉型光纤温度传感器、光纤荧光温度传感器和基于弯曲损耗的光纤温度传感器更有着自己独特的优点。与传统的传感器相比具有一下优点:灵敏度高;是无源器件，对被测对象不产生影响;光纤耐高压，耐腐蚀，在易燃、易爆环境下安全可靠;频带宽，动态范围大;几何形状具有多方面的适应性;可以与光纤遥测技术相配合，实现远距离测量和控制;体积小，重量轻等。它将在航空航天、远程控制、化学、生物化学、医疗、安全保险、电力工业等特殊环境下测温有着广阔的应用前景。在本论文中将详细分析当前光纤温度传感器的主要种类和各自的原理，特点和应用范围。70 年代中期，人们开始意识到光纤不仅具有传光特性，且其本身就可以构成一种新的直接交换信息的基础，无需任何中间级就能把待测的量与光纤内的导光联系起来。1977 年，美国海军研究所开始执行光纤传感器系统计划，这被认为是光纤传感器问世的日子。从这以后，光纤传感器在全世界的许多实验室里出现。从70 年代中期到 80 年代中期近十年的时间，光纤传感器己达近百种，它在国防军事部门、科研部门以及制造工业、能源工业、医学、化学和日常消费部门都得到实际应用。从目前的情况看，己有一些形成产品投入市场，但大量的是处在实验室研究阶段。光纤传感器与传统的传感器相比具有一下优点:灵敏度高; 是无源器件，对被测对象不产生影响;光纤耐高压，耐腐蚀，在易燃、易爆环境下安全可靠;频带宽，动态范围大;几何形状具有多方面的适应性;可以与光纤遥测技术相配合，实现远距离测量和控制;体积小，重量轻等。目前，世界各国都对光纤传感器展开了广泛，深入的研究，几个研究工作开展早的国家情况如下:美国对光纤传感器研究共有六个方面:这些项目分别是: 光纤传感系统;现代数字光 纤控制系统;光纤陀螺;核辐射监控;飞机发动机监控; 民用研究计划。以上计划仅在 1983 年就投资 12-14 亿美元。美国从事光纤传感器研究的有美国海军研究所、美国宇航局、西屋电器公司、斯坦福大学等 28 个主要单位。美国光纤
实验二十五光纤传感器的位移特性实验 一、实验目的 了解光纤位移传感器的工作原理和性能。 二、实验内容 用传光型光纤测位移。 三、实验仪器 光纤传感器、光纤传感器实验模板、数显单元、测微头、直流源、反射面（用电涡流传感器的铁测片做反射面）。 四、实验原理 本实验采用的是传光型光纤，它由两束光纤混合后，组成Y型光纤，半园分布即双D 型一束光纤端部与光源相接发射光束，另一束端部与光电转换器相接接收光束。两光束混合后的端部是工作端亦称探头，它与被测体相距X，由光源发出的光纤传到端部出射后再经被测体反射回来，另一束光纤接收光信号由光电转换器转换成电量，而光电转换器转换的电量大小与间距X有关，因此可用于测量位移。 五、实验注意事项 1、实验时注意光纤探头与反射面保持平行，调整光纤探头使其位于反射面的圆心上。 2、实验前应用纸巾擦拭反射面，以保证反射效果。 六、实验步骤 1、根据图9－1安装光纤位移传感器，二束光纤插入实验板上的座孔上。其内部已和发光管D及光电转换管T 相接。 图9－1 光纤传感器安装示意图 2、将光纤实验模板输出端VO1与数显单元相连，见图9－2。
图9－2光纤传感器位移实验接线图 3、调节测微头，使探头与反射面圆平板接触。 4、实验模板接入±15V电源，合上主控台电源开关，调RW使数显表显示值最小，然后微调测微头使数显表显示为0.000（电压选择置2V档）。 5、旋转测微头，被测体离开探头，每隔0.05mm读出数显表值，将其填入下表：（实验结论：1、本实验每隔0.05mm是相对位置，起始值看做0.05mm即可，无需从测微头上读绝对位置值。每旋转0.05mm，输出的电压的增量应该大致相等。2、由于学生做实验可能不能正确的找到起始点，导致采集的数据不在线性范围内，从而影响数据采集的线性度，可以让学生从选取的起始点开始计数，多计几组数据，然后选取线性度较好的十组数据，填入下表。3、如果只看本实验的线性情况，可选取十组较好的数据填入下表，若要看到光纤传 感器的整个变化趋势，则至少应该记录25组数据，其V—X曲线见思考题答案） 6、根据上表数据，作光纤位移传感器的位移——输出曲线图。计算在量程1mm时灵敏度和非线性误差。 七、实验报告 在实验报告中填写《实验报告二十五》，详细记录实验过程中的原始记录（数据、图表、 波形等）并结合原始记录进一步理解实验原理。 八、实验思考题 根据实验步骤（6）中的光纤位移传感器的位移——输出曲线图，分析其原理。 答：由光源发出的光经发射光纤传输后入射到被测物表面，经反射体反射后再经接收光 纤接收并传输至光敏元件。由于光纤有一定的数值孔径，当光纤探头紧贴反射体时，发射光 纤中的光不能发射到接收光纤中，因此接收光纤中无光信号；当光纤探头逐渐远离被测体时， 接收光纤中的光强越来越大，当整个接收光纤被全部照亮时，接收光强达到峰值；当反射体 继续远离时，将有部分反射光没有反射进Y型光纤束，接收到的光强逐渐减小。位移特性 如下图所示。
实验数据范例 一、光纤测量重力 表一 砝码（g） 5 10 15 20 25 30 35 40 45 显示值(mv) 77 134 180 226 280 346 397 454 500 砝码（g）50 55 显示值(mv) 552 594 表一中的数据曲线图 表二 砝码（g） 5 10 15 20 25 30 35 40 45 显示值(mv) 73 126 163 223 273 338 397 458 520 砝码（g）50 55 显示值(mv) 575 630 表二中的数据曲线图
表三 砝码（g） 5 10 15 20 25 30 35 40 45 显示值(mv) 76 129 173 230 280 342 396 460 520 砝码（g）50 显示值(mv) 560 表三中的数据曲线图 二、温度测量 表四（升温） 温度（℃）20 25 30 35.6 40 45.7 50 56 60 显示值(mv) 2290 2150 1970 1665 1520 1263 1190 1000 940 温度（℃）64.7 70 75 80 85 90 95 100 105 显示值(mv) 850 760 720 600 583 475 406 294 150 表四中的数据曲线图
表五（升温） 温度（℃）20．9 25 30 35 40 45 50 55 60 显示值(mv) 2220 2155 1954 1720 1490 1300 1190 1040 960 温度（℃）65 70.5 75 78 85 90 95 100.3 105 显示值(mv) 826 740 713 640 580 475 390 304 217 表五中的数据曲线图
详细剖析光纤温度传感器的工作原理和应用场景 温度是度量物体冷热程度的物理量，许多物理现象和化学过程都是在一定温度下进行，人们的日常生活也和温度密切相关。随着科学技术的迅猛发展，对温度的测量也提出了更多更高的要求。以电信号为工作基础的传统的光纤温度传感器特点光纤测温传感器测量温度的方法光纤传感器的基本原理几种光纤温度传感器的原理基于布里渊散射的分布式光纤传感技术基于布里渊光频域分析（BOFDA）技术的分布式光纤传感器光纤温度传感器的应用 光纤温度传感自问世以来, 主要应用于电力系统、建筑、化工、航空航天、医疗以至海洋开发等领域,并已取得了大量可靠的应用实绩。 1、光纤温度传感器在电力系统有着重要的应用，电力电缆的表面温度及电缆密集区域的温度监测监控; 高压配电装置内易发热部位的监测; 发电厂、变电站的环境温度检测及火灾报警系统; 各种大、中型发电机、变压器、电动机的温度分布测量、热动保护以及故障诊断; 火力发电厂的加热系统、蒸汽管道、输油管道的温度和故障点检测; 地热电站和户内封闭式变电站的设备温度监测等等。 2、光纤温度传感特别是光纤光栅温度传感器很容易埋入材料中对其内部的温度进行高分辨率和大范围地测量, 因而被广泛的应用于建筑、桥梁上。美国、英国、日本、加拿大和德国等一些发达国家早就开展了桥梁安全监测的研究, 并在主要大桥上都安装了桥梁安全监测预警系统, 用来监测桥梁的应变、温度加速度、位移等关键安全指标。1999 年夏, 美国新墨西哥Las Cruces 10 号州际高速公路的一座钢结构桥梁上安装了120 个光纤光栅温度传感器,创造了单座桥梁上使用该类传感器最多的记录。 3、航空航天业是一个使用传感器密集的地方,一架飞行器为了监测压力、温度、振动、燃料液位、起落架状态、机翼和方向舵的位置等, 所需要使用的传感器超过100 个, 因此传感器的尺寸和重量变得非常重要。光纤传感器从尺寸小和重量轻的优点来讲, 几乎没有其他传感器可以与之相比。 4、传感器的小尺寸在医学应用中是非常有意义的, 光纤光栅传感器是现今能够做到最小的
光纤位移传感器实验 一、实验目的 1、了解光纤位移传感器工作原理及其特性； 2、了解并掌握光纤位移传感器测量位移的方法。 二、实验内容 1、光纤位移传感器输出信号处理实验； 2、光纤位移传感器输出信号误差补偿实验； 3、光纤位移传感器测距原理实验； 4、利用光纤位移传感器测量出光强随位移变化的函数关系； 5、实验误差测量。 三、实验仪器 1、光线位移传感器实验仪1台 2、反射式光纤1根 3、对射式光纤2根 4、连接导线若干 5、电源线1根 四、实验原理 本实验仪通过光纤位移传感器位移测量实验，熟悉光纤结构特点及光纤数值孔径的定义，掌握光纤位移的测量原理，熟悉光路调整方法。 本实验仪可以完成反射式和对射式光纤位移传感器实验，重点研究光纤位移传感器的工作原理及其应用电路设计。 通常按光纤在传感器中所起的作用不同，将光纤传感器分成功能型称为传感 （或 型）和非功能型（传光型、结构型）两大类。功能型光纤传感器使用单模光纤，它 在传感器中不仅起传导光的作用，而且又是传感器的敏感元件。但这类传感器大制造上技术难度较大，结构比较复杂，且调试困难。 非功能型光纤传感器中，光纤本身只起传光作用，并不是传感器的敏感元件。它是利用在光纤端面或在两根光纤中间放置光学材料、机械式或光学式的敏感元件感受被测物理量的变化，使透射光或反射光强度随之发生变化。所以这种传感器也叫传输回路型光纤传感器。它的工作原理是：光纤把测量对象辐射的光信号或测量对象反射、散射的光信号直接传导到光电元件上，实现对被测物理量的检测。为了得到较大的受光量和传输光的功率，这种传感器所使用的光纤主要是孔径大的阶跃型多模光纤。该光纤传感器的特点是结构简单、可靠，技术上容易实现，便于推广应用，但灵敏度较低，测量精度也不高光纤位移传感器实位移测量器件，利用光纤传输光信号的功能，根据检测到的反射光的强度来测量被测反射表面的距离。 光纤位移传感器属于非功能型光纤传感器。 相关参数： 1、光源：高亮度白光LED,直径5mm 2、探测器：高灵敏度光敏三极管
实验二十六 光纤位移传感器测位移特性实验 一、实验目的：了解光纤位移传感器的工作原理和性能。 二、基本原理：光纤传感器是利用光纤的特性研制而成的传感器。光纤具有很多优异的性能，例如：抗电磁干扰和原子辐射的性能，径细、质软、重量轻的机械性能，绝缘、无感应的电气性能，耐水、耐高温、耐腐蚀的化学性能等，它能够在人达不到的地方(如高温区)，或者对人有害的地区(如核辐射区)，起到人的耳目的作用，而且还能超越人的生理界限，接收人的感官所感受不到的外界信息。 光纤传感器主要分为两类：功能型光纤传感器及非功能型光纤传感器(也称为物性型和结构型)。功能型光纤传感器利用对外界信息具有敏感能力和检测功能的光纤，构成“传”和“感”合为一体的传感器。这里光纤不仅起传光的作用，而且还起敏感作用。工作时利用检测量去改变描述光束的一些基本参数，如光的强度、相位、偏振、频率等，它们的改变反映了被测量的变化。由于对光信号的检测通常使用光电二极管等光电元件，所以光的那些参数的变化，最终都要被光接收器接收并被转换成光强度及相位的变化。这些变化经信号处理后，就可得到被测的物理量。应用光纤传感器的这种特性可以实现力，压力、温度等物理参数的测量。非功能型光纤传感器主要是利用光纤对光的传输作用，由其他敏感元件与光纤信息传输回路组成测试系统，光纤在此仅起传输作用。 本实验采用的是传光型光纤位移传感器，它由两束光纤混合后，组成Y 形光纤，半园分布即双D 分布，一束光纤端部与光源相接发射光束，另一束端部与光电转换器相接接收光束。两光束混合后的端部是工作端亦称探头，它与被测体相距d ，由光源发出的光纤传到端部出射后再经被测体反射回来，另一束光纤接收光信号由光电转换器转换成电量，如图26—1所示。 发射光 接收光 (a)光纤测位移工作原理 (b)Y 形光纤 图26—1 Y 形光纤测位移工作原理图 传光型光纤传感器位移量测是根据传送光纤之光场与受讯光纤交叉地方视景做决定。当
实验报告：实验07 （光纤传感器的位移测量及数值误差分析实验） 实验一：光纤传感器位移特性实验 一、实验目的：了解光纤位移传感器的工作原理和性能，测量其静态特性实验数据。学会 对实验测量数据进行误差分析。 二、基本原理：本实验采用的是传光型光纤，它由两束光纤混合后，组成Y 型光纤，半园 分布即双D 分布，一束光纤端部与光源相接发射光束，另一束端部与光电转换器相接接收光束。两光束混合后的端部是工作端亦称探头，它与被测体相距X，由光源发出的光纤传到端部出射后再经被测体反射回来，另一束光纤接收光信号由光电转换器转换成电量，而光电转换器转换的电量大小与间距X 有关，因此可用于测量位移。 三、器件与单元：主机箱、光纤传感器、光纤传感器实验模板、测微头、反射面。 四、实验数据： 实验数据记录如下所示： 表1光纤位移传感器输出电压与位移数据 实验二：随机误差的概率分布与数据处理 1.利用Matlab语句（或C语言），计算算术平均值和标准差（用贝塞尔公式） clc; clear; l=[20.42 20.43 20.40 20.43 20.42 20.43 20.39 20.30 20.40 20.43 20.42 20.41 20.39 20.39 20.40];%例2-22数据 v0=l-mean(l)%残差列 M1=mean(l)%算术平均值 M2=std(l)%标准差 计算结果
数据分布 2.利用Matlab语句（或C语言），用残余误差校核法判断测量列是否存在线性和周期性 系统误差 %残余误差校核法校核线性系统误差 N=length(l)%原数组长度 if(mod(N,2))%求数组半长 K=(N+1)/2 else K=(N)/2 end A1=0; delta=0;%delta=A1-A2 for i=1:K;%计算前半部分残差和 A1=A1+v0(i); end A2=0; for j=K+1:N;%计算后半部分残差和 A2=A2+v0(j); end A1; A2; fprintf('Delta校核结果\n'); delta=A1-A2%校核结果 %阿贝-赫梅特准则校核周期性系统误差 u=0 for i=1:N-1; u=u+v0(i)*v0(i+1); end u=abs(u) if((u-sqrt(N-1)*M30)>0)
光纤温度传感器 摘要：本文分析了光纤温度传感器在温度探测中的优势，分别介绍了分布式光纤温度传感器、光纤光栅温度传感器、干涉型光纤温度传感器、光纤荧光温度传感器的工作原理，最后综述了光纤温度感器在现代工业及生活的应用。 关键字：光纤传感温度应用 1引言 在科研和生产中，有很多温度测量问题，传统的温度传感器有热电偶，热电阻温度传感器，热敏电阻温度传感器，半导体温度传感器等等。光纤温度传感器是20世纪70年代发展起来的一种新型传感器。与传统的温度传感器相比，它具有灵敏度高，体积小，质量轻，易弯曲，不产生电磁干扰，不受电磁干扰，抗腐蚀性好等等优点，特别适用于易燃，易爆，空间狭窄和具有腐蚀性强的气体，液体以及射线污染等苛刻环境下的温度检测。 2光纤温度传感器分类 光纤温度传感器按照调制机理可分为相位调制，振幅调制，偏振态调制；按工作原理分，光纤温度传感器可分为功能性和传输型两种。功能型温度传感器中光纤作为传感器的同时也是光信号的载体，而传输型温度传感器中光纤则只传输光信号。传光型与传感型相比，虽然灵敏度稍差，但可靠性高，实用的传感器大多是这种类型。 目前主要的光纤温度传感器包括分布式光纤温度传感器、光纤光栅温度传感器、光纤荧光温度传感器、干涉型光纤温度传感器等。 2.1光纤光栅温度传感器 光纤光栅温度传感器是利用光纤材料的光敏性在光纤纤芯形成的空间相位光栅来进行测温的。光纤光栅以波长为编码，具有传统传感器不可比拟的优势，近年来光纤光栅成为发展最为迅速，最具代表性的光纤无源器件之一，已广泛用于建筑、航天、石油化工、电力行业等。 光纤光栅温度传感器主要有Bragg光纤光栅温度传感器和长周期光纤光栅传感器。Bragg光纤光栅是指单模掺锗光纤经紫外光照射成栅技术而形成的全新光纤型Bragg光栅，成栅后的光纤纤芯折射率呈现周期性分布条纹并产生Bragg 光栅效应，其基本光学特性就是以共振波长为中心的窄带光学滤波器，满足如下光学方程： =2nA 式中：为Bragg波长，A为光栅周期，n为光纤模式的有效折射率。 长周期光纤光栅是一种特殊的光纤光栅，其传光原理是将前向传输的基模耦合到前向传输的包层模中。由于其宽带滤波、极低的背景发射等特点引起人们的重视，是一种新型的宽带带阻滤波器。 光纤温度监测系统主要由光纤光栅传感器、传输信号用的光纤和光纤光栅解调器组成。光纤光栅解调器用于对光纤光栅传感器的信号检测和数据处理，以获得测量结果，传输光纤用于传输光信号，光纤光栅传感器则主要用于反射随温度变化中心波长的窄带光，如图1所示：
The research of FBG pressure sensing on the application of engineering ABSTRACT Fiber grating is one of the most rapid passive optical fiber components in recent years. Since 1978, the year when K.O.Hill and others first used the standing wave writing way in the germanium-doped fiber and make the world's first fiber grating, because of its’ many unique advantages, the use of the fiber grating in optical fiber communications Fields and fiber optic sensor Fields are broad prospected. With fiber grating manufacturing technology continues to improve, and the outcome of the application increasing, the fiber grating has been one of the most promising and representative optical passive components. The emergence of fiber grating makes many of the complex all-fiber communications and sensor networks possible, which greatly widened the scope of application of optical fiber technology. As sensor component, fiber grating also possesses other special functions. For example, high ability of resisting electromagnetism disturb, small size and weight, high temperature-proof, high ability of multiplex, being liable to connect with fiber, low loss, good spectrum characteristic, erosion-proof, high sensitivity, being liable to deform and so on. At present, the sensor that adopts FBG (fiber Bragg grating) as sensor components has become the main stream of development and cultivation. Pressure is the direct cause of the drifting of the Bragg wavelength of the grating, so research on the FBG pressure sensing character in-depth is important to the FBG sensing technology. The design is on the basis of understanding of FBG sensing elements; explore the using of FBG pressure character, so research on the FBG pressure sensing character in-depth is important to the FBG sensing technology. Bring forward a package project that can be used and the text.