光纤传感角度测量设计实验的原理

一、实验目的

1、了解并掌握光纤的基本原理

2、了解并掌握光纤传感角度测量工作原理

3、了解和掌握1602液晶屏使用方法；

4、了解和掌握51系列单片机工作原理，掌握基于51单片机的C语言程序编写及烧录方法；

二、实验器材

1、MXY5001 光纤传感原理及应用综合实训平台1台；

2、反射式传感光纤1根；

3、传感光纤支架1个

4、光纤固定装置2套；

5、支杆3个；

6、滑块3个；

7、平面镜装置1个；

8、二维底座1个；

9、连接线若干；

三、实验原理

近年来，传感器在朝着灵敏、精确、适应性强、小巧和智能化的方向发展。在这一过程中，在这一过程中，光纤传感器在这个传感器家族的新成员倍受青睐。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。

根据光纤在传感器中的作用，光纤传感器一般分为功能型和非功能型两类。

利用光纤本身的某种敏感特性或功能制成的传感器，称为功能型( functional fiber，FF)传感器，又称为传感型传感器。这类传感器使用单模光纤，制造技术难度比较大，结构比较复杂，且调试困难。

光纤仅仅起传输光的作用，它在光纤端面或中间加装其他敏感元件感受被测量的变化，这类传感器称为非功能型( non - functional fiber，NFF)传感器，又称为传光型传感器。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。为了获得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。在用途上，非功能型传感器要多于功能型传惑器，而且非功能型传感器的制作和应用比较容易，所以目前非功能型传感器品种较多。

本实验选用反射式光纤位移传感器，图9-1是反射式光纤位移传感器测量工作原理示意图；图中光纤采用Y型结构的两束光纤，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线，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。若光纤探头发出的光垂直打到反射体上，转换器接收到的光与反射体表面性质、反射体到光纤探头的距离有关。当反射表面性质确定后，接收到的反射光强随光纤探头到反射体的距离的变化而变化。当反射体到光纤探头的距离确定后，接收到的反射光强还会随光纤探头与反射体的角度的变化而变化。