反射式光纖小位移傳感器的研制.pdf

1、隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，使得對小位移測量的精度和方式提出了更多、更高的要求。小位移傳感器常被應(yīng)用于高精度檢驗(yàn)站、設(shè)備標(biāo)定等方面。由于傳統(tǒng)的小位移傳感器體積大、適應(yīng)性差、價(jià)格昂貴等缺點(diǎn)，所以本論文設(shè)計(jì)了一種基于光強(qiáng)調(diào)制原理的反射式光纖小位移傳感器，借助虛擬儀器軟件平臺LabVIEW來控制光纖傳感器系統(tǒng)，把計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算處理能力和儀器硬件的測量、控制能力結(jié)合在一起，大大縮小了儀器硬件的成本和體積，并通過軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，其具有體積小、價(jià)

2、格低廉、非接觸、設(shè)計(jì)靈活、原理簡單以及可在惡劣環(huán)境正常使用等優(yōu)點(diǎn)。
　　本文對反射式光纖小位移傳感器做了如下研究：
　　研究了傳感器的基本原理，建立了傳感頭接收光功率的受光模型，確定了各參數(shù)對傳感器輸出特性影響的規(guī)律(光纖芯徑、數(shù)值孔徑以、發(fā)射光纖與接收光纖之間的距離)，為文中傳感器的設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。
　　優(yōu)化傳感探頭的光纖束結(jié)構(gòu)，采用Y型光纖并設(shè)計(jì)單根光纖發(fā)射、多根光纖接收的光纖束結(jié)構(gòu)，可以有效校正由于被測面與傳

3、感探頭輕微傾斜時(shí)所造成的接收光功率減小的現(xiàn)象。
　　根據(jù)本傳感器工作原理——光從光源耦合到發(fā)射光纖并射向待測物體，再由待測物體表面反射到接收光纖，隨后由探測器接收，探測器所接收到的光強(qiáng)將隨待測物表面與光纖探頭端面的距離而變化。為得到位移量與電壓量之間的對應(yīng)關(guān)系，依據(jù)數(shù)學(xué)幾何關(guān)系、光電轉(zhuǎn)換原理，設(shè)計(jì)一個(gè)包括光電轉(zhuǎn)換模塊、放大電路模塊與數(shù)據(jù)采集模塊的硬件電路，以此解決位移數(shù)據(jù)采集問題。
　　在完成整個(gè)傳感器制作之后，通過步進(jìn)電機(jī)

4、進(jìn)行位移的標(biāo)定，利用傳感器進(jìn)行實(shí)際測試驗(yàn)證。為驗(yàn)證傳感器的性能對其進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，包括對傳感器的靈敏度、重復(fù)性誤差、穩(wěn)定性誤差、遲滯性誤差等性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測試和量化分析，得出此傳感器的測量范圍在為0.5mm以內(nèi)、精度為10μm、靈敏度為11.635v/mm、重復(fù)性誤差為±2.15％、穩(wěn)定性誤差為±1.7％、遲滯性誤差為±1.77％、靜態(tài)誤差為±7.27％。
　　設(shè)計(jì)傳感器時(shí)所建立的探頭受光數(shù)學(xué)模型、光纖參數(shù)仿真、光纖束結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，可優(yōu)