專(zhuān)題4光電子基礎(chǔ)-資料下載頁(yè)
2025-03-24 05:52本頁(yè)面
【正文】 光場(chǎng)的遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)，為簡(jiǎn)便計(jì)算，可用接收光纖端面中心點(diǎn)處的光強(qiáng)來(lái)作為整個(gè)纖芯面上的平均光強(qiáng)，在這種近似下，得在接收光纖終端所探測(cè)到的光強(qiáng)公式為：對(duì)于本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用多模光纖，=1；光纖芯半徑=，兩光纖間距mm，中和調(diào)制參數(shù)=。其歸一化理論曲線如5所示。圖5 反射式調(diào)制特性曲線四、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和要求：1． 反射式光纖位移傳感器的調(diào)制特性曲線的測(cè)量實(shí)驗(yàn)步驟：（1） 將反射式光纖探頭卡在縱向微動(dòng)調(diào)節(jié)架上。（2） 接通電源，將LED驅(qū)動(dòng)電流調(diào)到指定電流，（3） 調(diào)整縱向微動(dòng)調(diào)節(jié)架，將探測(cè)光纖推進(jìn)到與反射鏡表面即將接觸的位置記錄下螺旋測(cè)微器的讀數(shù)，然后停止。（4） 沿某縱向向原離反射鏡的方向旋轉(zhuǎn)微動(dòng)調(diào)節(jié)架，直至5mm。（5） 在origin作圖軟件作出反射式調(diào)制特性曲線。2． 位移傳感定標(biāo)：由理論曲線可以看出光纖位移傳感器可工作在兩個(gè)區(qū)域，即上升沿（前沿）和下降沿（后沿），前沿工作區(qū)的靈敏度高但動(dòng)態(tài)范圍小，而后沿工作區(qū)的靈敏度低但動(dòng)態(tài)范圍較大，可視需要而定。在作為光纖傳感器使用時(shí)，作出光纖探頭和反射鏡間距與電壓輸出的特性曲線，用origin作圖軟件進(jìn)行多項(xiàng)式擬合出反射鏡與光纖探頭間的距離。思考題：設(shè)計(jì)一實(shí)驗(yàn)，測(cè)量一個(gè)可以轉(zhuǎn)換成位移的其它物理量，如長(zhǎng)度的改變、雙金屬片隨溫度的變化、模片隨壓力的變化實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)二 微彎式光纖壓力/位移傳感器微彎式光纖傳感器是根據(jù)微彎變形引起纖芯或包層中傳輸?shù)墓廨d波強(qiáng)度變化的原理制成的全光纖型傳感器。微彎式傳感技術(shù)可分為亮場(chǎng)型和暗場(chǎng)型兩種。前者是通過(guò)對(duì)纖芯中光強(qiáng)度的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)性能的轉(zhuǎn)換；而后者則檢測(cè)包層中的光信號(hào)。本實(shí)驗(yàn)就是利用光纖微彎變形引起纖芯中傳輸?shù)墓獠◤?qiáng)度的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)位移或壓力的檢測(cè)。一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?． 了解光纖彎曲損耗的機(jī)理極其特性；2． 學(xué)習(xí)利用彎曲損耗測(cè)量位移的方法；3． 學(xué)習(xí)利用彎曲損耗測(cè)量壓力的方法。二、 實(shí)驗(yàn)儀器：光纖實(shí)驗(yàn)儀主機(jī)（圖1），發(fā)射與接收光纖（圖2），準(zhǔn)三維調(diào)節(jié)架（圖3）。三、 實(shí)驗(yàn)原理： 微彎型光纖傳感器的原理結(jié)構(gòu)如圖4所示。當(dāng)光纖發(fā)生彎曲時(shí)，由于其全反射條件被破壞，纖芯中傳播的某些模式光束進(jìn)入包層，造成光纖中的能量損耗。為了擴(kuò)大這種效應(yīng)，我們把光纖夾持在一個(gè)周期波長(zhǎng)為A的梳妝結(jié)構(gòu)中。當(dāng)梳妝結(jié)構(gòu)（變形器）受力時(shí)，光纖的彎曲情況將發(fā)生變化，于是纖芯中跑到包層中的光能（即損耗）也將發(fā)生變化，近似的將把光纖看成是正旋微彎，其彎曲函數(shù)為： （1）式中L是光纖產(chǎn)生微彎的區(qū)域，A為其彎曲波長(zhǎng)。光纖由于彎曲產(chǎn)生的光能損耗系數(shù)是：（2）式中稱為諧振頻率。 （3）Ac為諧振波長(zhǎng)，和為纖芯中兩個(gè)模式的傳播常數(shù)，當(dāng)時(shí)，這兩個(gè)模式的光功率耦合特別緊，因而損耗也增大。如果我們選擇相鄰的兩個(gè)模式，對(duì)光纖折射率為平方律分布的多模光纖可得： （4）r為光纖半徑，D為纖芯與包層之間的相對(duì)折射率差。由（3）（4）可得：（5）對(duì)于通訊光纖,。（2）式表明損耗與彎曲幅度的平方成正比，與微彎區(qū)的長(zhǎng)度成正比。通常，我們讓光纖通過(guò)周期為A的梳妝結(jié)構(gòu)來(lái)產(chǎn)生微彎，按（5）式得到的Ac一般太小，實(shí)用上可取奇數(shù)倍，即3 、7等，同樣可得到較高的靈敏度。四、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及要求：微彎位移測(cè)量及微彎損耗特性的研究：將微彎變形器嵌入三維微位移調(diào)節(jié)器上，被測(cè)光纖（采用的是50微米多模光纖，兩端分別封裝LED光源和PIN光電探測(cè)器件用Q9頭與光纖傳感實(shí)驗(yàn)儀相連）放置在微彎變形器中。利用微動(dòng)調(diào)節(jié)旋鈕（即螺旋測(cè)微器，最小刻度105m），首先使微彎器與光纖接觸，記錄此時(shí)PIN探測(cè)信號(hào)經(jīng)放大后的輸出電壓值。（注意：不要過(guò)力壓迫光纖以免光纖被壓斷）將所得的數(shù)據(jù)作成曲線，該曲線可作為微位移測(cè)量的標(biāo)定曲線 ，用于微位移檢測(cè)。利用這條曲線可方便的對(duì)光纖微彎損耗的特性進(jìn)行研究。思考題：用光纖傳感實(shí)驗(yàn)儀如何測(cè)量楊氏模量？提示：實(shí)驗(yàn)裝置可利用光纖傳感實(shí)驗(yàn)儀附帶的微彎板，根據(jù)需要自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)壓力的檢測(cè)。 要實(shí)現(xiàn)壓力的檢測(cè)，只需要將微彎板安裝在所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置上，然后進(jìn)行標(biāo)定，經(jīng)標(biāo)定后的裝置即可用語(yǔ)測(cè)量壓力。16 / 16
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