反射式光纤位移传感实验

SYG多功能光纤实验仪和SYG-BC光纤反射传感器结构简单，具有很高的灵敏度，稳定性好，使用方便，应用范围广。在实验过程中，将SYG多功能光纤实验仪和SYG-BC光纤反射传感器连接起来，构成传感器，可用以测量多各可转换成位移的物理量。

一、实验目的

1．了解“SYG多功能光纤实验仪”的基本构造和原理，熟悉其各个部件，学习和掌握其正确使用方法；

2．学习掌握SYG-BC光纤反射传感器的原理和使用方法。

二、实验仪器

多功能光纤实验仪、SYG-BC光纤反射传感器（图1）

LED——光源输出插座；

PIN——光探测器输入插座；

图1  SYG-BC光纤反射传感器

三、实验原理

这是一种非功能型光纤传感器，光纤本身只起传光作用。这里光纤分为两部分，即输入光纤和输出光纤，亦可称为发送光纤和接收光纤。这种传感器的调制机理是输入光纤将光源的光射缶被测物体表面，再从被测面反射到另一根输出光纤中，其光强的大小随被测表面与光纤间的距离而变化。如图2所示。图2（a）中，在距光纤端面d的位置放有反光物体——平面反射镜，它垂直于输入和输出光纤轴移动，故在平面反射镜之后相距d处形成一个输入光纤的虚像，因此，确定调制器的响应等效于计算虚光纤与输出光纤之间的耦合。设输出光纤与输入光纤其间的间距为a，且都具有阶跃型折射率分布，芯径为2r，数值孔径为NA。当d≤a/2T，即a≤2dT（dT图2为发射光锥的底面积半径，且T=）时，耦合进输出光纤的光功率为零；当d≤（a+2r）/2T时，输出光纤与输入光纤的像发出的光锥底端相交，其相交的截面积恒为，此光锥的底面积为，故在此范围内间隙的传光系数为。在时，耦合到输出光纤的光通量由输入光纤的像发出的光锥底面与输出光纤相重叠部分的面积所决定，重叠部分如图2（b）所示。利用伽玛函数可准确地计算出重叠部分的面积，或利用线性近似法来进行计算，即光锥底面与出射光纤端面相交的边缘用直线来进行近似。如果δ是光锥边缘与输出光纤重叠的距离，如图2（c）所示，在这种管似的前提下，简单的几何分析即可给出输出光纤输出光纤端面受光锥照射的表面所占的百分比为

上式是一个很有用的函数，其曲线示于图3。由图3的几何关系可计算处出δ/r的值

因此，被输出光纤接收的入射光功率百分数为

        图2                                       图3

式中，F被称为耦合效率。

四、实验内容

1．连接光路，即将反射式光纤移传感器的光纤适配器分别与多功能光纤实验仪的PIN接口及LED接口相连。

2．接通电源，将LED驱动电流调到指定电流；

3．旋转螺旋测微器，每次调节0.1mm并记录螺旋测微器的读数，以及多功能光纤实验仪中光功率的读数；

4．在坐标纸上作出一条位移一光强曲线。