光纤压力传感系统特性实验一、实验目的：了解光纤压力传感器的原理和应用。

二、实验仪器主机箱、光纤温度/压力实验模板、气压表（监视气源压力）、三通引压胶管（连接气源﹑气压表与引压口）、光纤（单根装）。

三、实验原理按照光纤在传感器中所起的作用，光纤传感器一般分为两大类：1、传感型光纤传感器：利用光纤本身的特征把光纤直接作为敏感元件，既感知信息又传输信息，也称为功能型传感器。

2、传光型光纤传感器：利用其他敏感元件（如温度敏感元件、压力敏感元件等）感知待测量的变化，光纤仅作为光的传输介质，传输来自远处或难以接近场地的光信号。

也称混合型传感器。

用压阻式扩散硅压力传感器，所测量的对象为气压。

四、实验步骤1、按图1示意接线①、将实验模板中的引压口用三通胶管连接主机的气压源﹑气压表。

②、将光纤插入实验模板的光纤口③、将实验模板中的+15V、地﹑–15V接机箱中电压源的相应插孔中。

④、将实验模板中的mA处短接（或将主机箱中的电流表显示选择拨到20mA档后接入模板的mA处相应插孔中）⑤、将主机箱的电压表拨到20V档，并与实验模板中的压力传感器输出端相应连接。

2、按下实验模板中的温度/压力转换开关，处于压力测量状态。

3、合上主机箱总电源和气源开关，调节主机箱气源开关边上的转子流量计旋扭，观察气压表气压显示跟随调节变化，不调节时能达到动态平衡显示某一个压力显示值。

4、转动主机箱中的转子流量计旋扭，使气压表显示4kpa时调节实验模板中的电位器w(压力下限)，使主机箱的电压表显示0.40V。

p15、转动主机箱中的转子流量计旋扭，使气压表显示在20Kpa上，再调节模板中的电位器W（压力上限）使主机箱的电压表显示2.00V.p26、重复4和5步骤（至少循环3次），反复调节，使压力下限4kp对应0.40V，压力上限20kpa对应2.00V。

完成了压力量程上、下限的标定。

注意Wp1（压力下限）、Wp2（压力上限），不能再碰。

图1 光纤压力传感实验接线示意图7、将主机箱电压表由压力传感器输出端转接到光纤传感器输出端U的相应插孔上，标定光纤传感器输出转换电路，此时调节W零点（光纤下限）和W量程（光纤上限）调节方法与过程同4、5、6步骤（千万不能误调Wp1和Wp2，要小心，否则前功尽弃，要重新标定前级电路）。

8、调节转子流量计旋扭观察气压表和光纤传感器输出U的电压显示，读取记录以下数据。

（注：若气压源漏气，压力不能升至18 Kpa，则每个1 Kpa测量一个数据。

）五、数据处理根据测量数据，画出图P—V实验曲线，并分析计算最大误差，灵敏度，线性误差等指标。

线性误差：校准曲线与规定直线之间的最大偏差，即从零点到满量程之间连一条直线，特性曲线与此直线之间的最大偏差。

光纤温度传感系统特性实验一、实验目的了解光纤温度传感器的原理与应用二、实验仪器主机箱、光纤温度/压力实验模板、温度源、光纤（单根装）。

三、实验原理按照光纤在传感器中所起的作用，光纤传感器一般分为两大类：1、传感型光纤传感器：利用光纤本身的特征把光纤直接作为敏感元件，既感知信息又传输信息，也称为功能型传感器。

2、传光型光纤传感器：利用其他敏感元件（如温度敏感元件、压力敏感元件等）感知待测量的变化，光纤仅作为光的传输介质，传输来自远处或难以接近场地的光信号。

也称混合型传感器。

本实验模板为传光型光纤传感器，传感器为集成温度传感器（AD590），传感器将温度转变为电信号，进入模板中的集成电路放大处理后，再经过电压/电流转换将电压信号转换为电流信号，电流信号对发光二极管进行调制，被调制的光进入光纤传输后由光敏二极管接收转变为光电流，经集成运放电路处理转换为电压后输出。

原理框图如下：图1. 光纤温度传感器的原理图AD590所处的温度源的温度由主机上的智能调节器和温度传感器Pt100控制。

四、实验步骤1、按图12—1光纤温度、压力实验模板接线：①实验模板中温度传感器处接入集成温度传感器AD590（温度实验传感器），上正下负。

②在实验模板中温度传感器输出处接主机箱中的电压表（显示选择打到2V档）。

③实验模板的mA处接主机箱中的电流表示，并且显示选择打到20mA档。

④实验模板的+15V、地、-15V接主机箱中的电压源的+15V、地、-15V的插孔中。

图2 光纤温度传感实验接线示意图2、将实验模板上的按钮开关（温度/压力转换开关）处于温度测量状态。

在实验模板的光纤口上插上光纤。

3、集成温度传感器AD590探头置于室内(暂时不要插入温度源中)，仔细调节实验模板中（温度下限）使温度传感器输出的电压表显示室温（估计值），如估计室温25o C,则电的WT1）。

压表显示0.25V（调WT14、打开主机箱总电源开关和温控仪电源开关（温度源的电源开关也合上）,设置温控仪的控制温度为100o C，让温度源达到动态平衡被控制在100o C左右。

温度源温度的设置如下：(1)、按▲键并保持约3秒钟，PV窗显示“SP”，它对应温度控制仪的控制温度，用▼、▲键可改变参数值，使SV窗显示实验温度，如100o C数点的位置，快速设置参数）(2)、按SET键并保持约3秒钟，仪表进入参数设置状态；PV窗显示“AL-1”(上限)，它对应传感器工作的上限温度，修改参数值，使SV窗显示步骤(1) 所设置的温度值，此时智能控制仪控制传感器的上限温度。

(3)、再按SET 键，PV 窗显示“AL-2”(下限) ，它对应传感器工作的下限温度，修改参数值，使SV 窗显示值＝AL-1 (上限)＝AL-2(下限)＝所需的温度。

(AL-1、 AL-2表示的是传感器的测量范围，AL-1表示传感器可以工作的上限温度，AL-2表示传感器可以工作的下限温度。

通常AL-1设置与控制温度即sb 的温度相同，而仪表通常没有参数“AL-2”的显示，可不予设置。

)此时，温控仪进入正常显示、自动调节控制状态，最终温度源会在设定的所需温度值上达到动态平衡。

4、标定温度传感器（AD590）输出。

（前级电路的标定）为给传感器工作在线性范围内，通常要对它的工作范围进行标定，具体的做法如下： ①、将AD590探头插入温度源（小箱子顶部小孔插入），待传感器输出的电压表显示不再上升时仔细调节W T2（温度上限），由于此时温度源的温度为100℃，因此可使电压表显示为1.00V 。

②、改变“Sb ”及“AL-1”，使两者相等为某一温度值，如50oC 。

当温度源控制在所设置的温度值并且电压表显示不再下降时，仔细调节W T1（温度下限），使电压表显示0.50V 。

③、重复①、②步骤，至少调节3次使温度下限、上限与电压表显示值对应后，保持W T1、W T2不变（不能碰动W T1和W T2否则要重新标定）。

） 5、标定光纤传感器输出 （后级电路的标定）①、将光纤传感器输出U 0端与主机箱电压显示表相接（温度传感器输出端的电压表移到光纤传感器输出）。

②、同上述步骤中相同的方法，调节W 零点（光纤温度下限）W 量程（光纤温度上限），重复调节3次，使光纤传感器输出端的电压显示与测量范围的温度上、下限值对应，但千万注意，是调节W 零点与W 量程，而不能碰动W T1与W T2，否则前功尽弃，前级电路也要重新标定。

6、当温度源温度为50℃时，设置控制仪的参数，使SP 的数值等于AL-1的数值为100℃，在温度源升温的过程中，在50℃～100℃之间，每隔5℃读取一个数据，填入下表。

（若温度源温度显示为100℃，则设置温度源温度为50℃，进行降温测量。

） 表1五、数据处理根据测量数据，画出T—V实验曲线，并分析计算最大误差，灵敏度，线性误差等指标。

光纤位移传感器实验一、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：本实验采用的传光型光纤，它由两束光纤混合后组成Y型光纤，半圆分布即双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，由光源发出的光传到端部出射后再经被测体反射回来，由另一束光纤接收光信号经光电转换器转换成电量，而光电转换器的电量大小与间距X有关，因此可用于测量位移。

三、实验仪器：主机箱、Y型光纤传感器、光纤传感器实验模板、测微头、反射面四、实验步骤：1、根据图1示意安装光纤位移传感器和测微头，二束光纤分别插入实验模板上的光电座(其内部有发光管D和光电三极管T )中。

2、检查接线无误后，合上主机箱电源开关。

调节测微头，使光反射面与Ｙ型光纤头轻、使主机箱中的电压表(显示选择开关打到20Ｖ档)显示为０Ｖ。

触；再调实验模板上的RW3、旋转测微头，被测体离开探头，每隔0.1mm读取电压表显示值，将数据填入表格1中。

往反方向旋转测微头，重复测量一次，将数据填入表格1、2中。

表 1表 2五、数据处理根据表1数据画出实验曲线，计算测量范围1mm时的灵敏度。

六、思考题1．光纤位移传感器测位移时对被测物体的表面有些什么要求？2．本实验所使用的光纤是属于什么类型（单模光纤还是多模光纤，塑料光纤还是石英光纤）？3．分析影响光纤位移传感器的测量灵敏度的因素有哪些？光栅位移传感器实验一、实验目的：了解光栅传感器基本原理及其应用二、基本原理：光栅传感器的基本元件是主光栅和指示光栅，他们是在一块长条形的光学玻璃板上，均匀地刻上许多明暗相同、宽度相等的刻线。

光栅传感器中一般在10-100线/毫米。

当指示光栅置于主光栅上面，并且使指示光栅和主光栅的刻线之间有一很小的偏角θ。

在光线照过光栅时，由于遮光效应，在指示光栅上就会产生若干条明暗的条纹。

这些条纹称之为莫尔条纹。

当主光栅和指示光栅在左右方向做相对移动时，莫尔条纹也相应地等量作上下移动，通过光敏元件测量莫尔条纹的移动数量，就能测量指示光栅的微小移动量。

为了提高光栅传感器的分辨率，通常对光栅传感器输出方波进行四倍频细分，使光栅计数分辨率提高四倍。

本实验用传感器的显示分辨率为0.005mm（5um）。

本实验附上光栅和指示光栅各一块可以进行莫尔条纹演示。

图1 直线光栅的莫尔条纹三、器件与单元光栅传感器位移演示装置、光栅传感器实验模板、主光栅和指示光栅各一块（玻璃片）四、实验步骤图1光栅实验接线图1、将光栅传感器位移演示装置和光栅传感器实验模板按图1接线。

2、合上主机箱电源开关；摇动手轮，模板上的数显也应跟着做相应的变化，说明光栅传感器系统是好的。

3、摇动手轮，使读数头处于光栅尺的中间位置，同时，使手轮的刻度盘上的零刻度与基准线对准，按下模板上的“清零”按钮，使模板上的数显归零。

4、手轮每转一圈丝杆位移1mm，顺时针转动手轮，旋转10圈，停止时手轮的刻度盘上的零刻度与基准线应对准，读出丝杆每移动10mm时的光栅数显表的读数，填入表1。

表15、摇动手轮，使读数头处于光栅尺的中间位置，同时，使手轮的刻度盘上的零刻度与基准线对准，按下模板上的“清零”按钮，使模板上的数显归零。