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用于高精度檢驗站、設(shè)備標定等方面。由于傳統(tǒng)的小位移傳感器體積大、適應性差、價格昂貴等缺點，所以本論文設(shè)計了一種基于光強調(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)，把計算機強大的計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)進行采集，其具有體積小、價

2、格低廉、非接觸、設(shè)計靈活、原理簡單以及可在惡劣環(huán)境正常使用等優(yōu)點。
　　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關(guān)系，依據(jù)數(shù)學幾何關(guān)系、光電轉(zhuǎn)換原理，設(shè)計一個包括光電轉(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。
　　在完成整個傳感器制作之后，通過步進電機

4、進行位移的標定，利用傳感器進行實際測試驗證。為驗證傳感器的性能對其進行實驗，包括對傳感器的靈敏度、重復性誤差、穩(wěn)定性誤差、遲滯性誤差等性能進行了實驗測試和量化分析，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)計傳感器時所建立的探頭受光數(shù)學模型、光纖參數(shù)仿真、光纖束結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，可優(yōu)