z=0.5mm
0.4
z=1mm
0.3
0.2
0.1
0
0
0.1
0.2
0.3
0.4
横向坐标（mm)
纤端光场径向分布理论曲线
光纤端光场径向分布（二）
光强（归一化值）
200微米芯径光纤端场分布实验值（归一化）
0.8
0.7
z=0.5mm
0.6
z=1.0mm
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
横向坐标（mm)
纤端光场径向分布实验曲线
反射式光场分布测量
I A0
接收光纤 r 等效镜面光纤
A
X
I A (x)
光源光纤
R
xx
（a）光纤探头示意图
（b）等价光纤坐标系统
f
(d , x)
R
a
R
2
(2
x)
R( x) a0[1 ( x / a0 ) 3/2 ]
反射式光场分布曲线
➢ 学习做研究的、最常用的一种手段，即通过实验采集数 据，把数据画成曲线，分析曲线找规律，再来看怎样利 用其规律性。
光纤结构简介
光纤芯
涂敷层
包层
光在光纤中的传播 （全反射原理）
n0 n2 n1
φ
n1>n2>n0
光纤端光场分布的测量
光纤
光场
光纤
径
向
光
场
轴向光场测量
测 量
I
2a02[1
I0
(z / a0 )3/2tgc ]2
exp{
2a02[1 (z
r2
/ a0 )3/2tgc ]2
}
光纤端光场轴向分布
光强(电压转换值v)
纤端光场（纵向）
5.5
5
4.5
4
3.5
系列1
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
纵向坐标（mm)
纤端光场轴向分布实验曲线
光纤端光场径向分布（一）
光强(I/I0)
0.6
0.5
1、反射式光纤位移传感器的调制特性 曲线的测量（I1～x和I2 ～x曲线） 。
在坐标纸上画出（或用Excel打印）曲线
2、验证补偿效果（I1/I2～x曲线）。
在坐标纸上画出（或用Excel打印）曲线
180
160
输
140 120
出 100
(mV) 80
60
40
20
0 0
理论曲线 实验测试数据
1
2
3
4
5
位移(mm)
补偿式光纤探头反射式光场
3d 2
I1
/
I2
exp
2
(2x)
(x) a0[1 (x / a0 )3/ 2 ]
反射式光场分布曲线
输出电压/V
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0
2
4
6
8
10
12
位移/mm
反射式光场分布曲线
3.5 3
2.5 2
1.5 1
0.5 0 0
20
40
60
实 验 内 容(30)
1、光纤端光场轴向分布的测量；
在坐标纸上画出（或用Excel打印） 曲线
2、光纤端光场径向分布的测量；
在坐标纸上画出（或用Excel打印） 曲线
（实验结果为两条实验曲线）
实 验 内 容(31)
式传感原理于一体。
五个基础性实验：可实现五个基础性实验。 四个设计性实验：实现温度测量、压力测量、固
体线膨胀系数测量、金属杨氏模量的测量等。
LED发光的I-P特性研究：光源输出特性的研究
光纤传感器的设计
典型的单发射、双接收反射式光 纤补偿型维位移传感探头；
利用补偿原理实现温度测量、压 力测量、固体线膨胀系数测量、 金属杨氏模量的精密测量等；
所有能够转变成维位移的物理量 都可以用该探头实现测量。
实验目的
➢ 了解“光纤传感实验仪”的基本构造和带尾纤的光电器 件；
➢ 定性了解光纤端光场的径向分布和轴向分布特点及测量 方法并进行定量测量；
➢ 了解反射接收（一个发光、一个或两个接收光）的光纤 端光场分布的特性曲线， 学习掌握最简单、最基本的光 纤位移传感器及补偿式光纤位移传感器的原理和应用方 法。
实验注意事项
1、光纤探头已固定在调节架上，未 经允许不得拆卸，擅自拆卸造成损 失后果自负；
2、实验操作过程中切不可使光纤探 头与反射镜相撞或光纤探头与光纤 探头相撞，以免损坏光纤探头；
3、严格按讲义上实验步骤进行操作， 不得擅自改变各实验参数。
光纤传感实验仪的应用
简介
多种光纤传感原理：集反射式、透射式及微弯