下载文档原格式
光纤传感测量实验报告光纤传感测量实验报告引言：光纤传感测量是一种基于光纤技术的测量方法，通过光的传输和传感原理，可以实现对各种物理量的精确测量。
本实验旨在探究光纤传感测量的原理和应用，并通过实际操作验证其可行性。
一、光纤传感测量原理光纤传感测量的基本原理是利用光的特性在光纤中传输，并通过光的改变来测量物理量。
光纤传感器由光源、光纤、光电探测器和信号处理器组成。
当物理量作用于光纤时，会引起光纤中的光信号发生变化，进而被光电探测器接收并转化为电信号，最后通过信号处理器进行处理和分析。
二、光纤传感测量的应用领域光纤传感测量在许多领域都有广泛的应用。
其中，温度传感是光纤传感测量的主要应用之一。
通过光纤的热致效应，可以实现对温度的高精度测量。
此外，光纤传感测量还可以应用于压力、应变、湿度等物理量的测量，并且具有灵敏度高、抗干扰能力强等优点。
三、实验步骤及结果1. 实验仪器准备：光源、光纤、光电探测器、信号处理器等。
2. 实验一：温度传感测量。
将光纤传感器固定在温度变化的环境中，通过信号处理器获取温度变化的数据。
实验结果显示，随着温度的升高，光纤中的光信号发生了明显的变化，且与温度呈线性关系。
3. 实验二：压力传感测量。
将光纤传感器连接到压力变化的装置上，通过信号处理器获取压力变化的数据。
实验结果显示，压力的增加会导致光信号的衰减，且与压力呈正相关关系。
4. 实验三：应变传感测量。
将光纤传感器固定在受力物体上，通过信号处理器获取应变变化的数据。
实验结果显示，应变的增加会引起光信号的相位变化，且与应变呈线性关系。
5. 实验四：湿度传感测量。
将光纤传感器放置在湿度变化的环境中，通过信号处理器获取湿度变化的数据。
实验结果显示，湿度的增加会导致光信号的衰减，且与湿度呈负相关关系。
四、实验结果分析通过以上实验可以得出结论：光纤传感测量可以实现对温度、压力、应变和湿度等物理量的精确测量。
实验结果显示，不同物理量的变化会导致光信号的不同变化，这为光纤传感测量的应用提供了可靠的基础。
一、实验目的1. 理解光纤传感技术的基本原理，掌握光纤传感器在温度测量中的应用。
2. 学习光纤光栅温度传感器的制作方法，掌握其性能测试和数据分析。
3. 了解温度光纤传感器的实际应用场景，提高对光纤传感器技术的认识。
二、实验原理光纤传感器是一种基于光纤材料的光学传感器，具有抗电磁干扰、体积小、重量轻、防腐性好等优点。
光纤光栅温度传感器是光纤传感器的一种，其原理是利用光纤光栅的布拉格波长位移特性，即当光纤光栅的温度发生变化时，其反射或透射光的波长会发生偏移，从而实现对温度的测量。
三、实验仪器与材料1. 光纤光栅温度传感器2. 光纤光栅光谱分析仪3. 温度控制器4. 实验台5. 数据采集系统四、实验步骤1. 将光纤光栅温度传感器固定在实验台上，连接好光纤光谱分析仪和数据采集系统。
2. 调节温度控制器，使环境温度逐渐升高，记录光纤光栅光谱分析仪输出的光谱数据。
3. 重复步骤2，使环境温度逐渐降低，记录光谱数据。
4. 分析光谱数据，计算光纤光栅的布拉格波长位移与温度之间的关系。
五、实验数据与分析1. 实验数据：| 温度（℃） |布拉格波长（nm）||----------|--------------|| 20 | 1552.0 || 30 | 1553.5 || 40 | 1555.0 || 50 | 1556.5 || 60 | 1558.0 |2. 分析：通过实验数据可以看出，光纤光栅的布拉格波长随温度升高而增加，说明光纤光栅具有正的温度系数。
根据实验数据，可以拟合出光纤光栅的布拉格波长与温度之间的关系式：$$\lambda_B = 1552.0 + 0.0135T$$其中，$\lambda_B$为布拉格波长，$T$为温度。
六、实验结论1. 光纤光栅温度传感器具有良好的温度响应特性，可以实现对温度的精确测量。
2. 通过实验验证了光纤光栅的布拉格波长与温度之间的关系，为光纤光栅温度传感器的应用提供了理论依据。
光纤位移传感实验报告光纤位移传感实验报告一、引言光纤位移传感技术是一种利用光纤作为传感器，通过测量光纤长度的变化来获取被测物体的位移信息的方法。
它具有高精度、高灵敏度、抗干扰能力强等优点，在工业、医疗、航空等领域有着广泛的应用。
本实验旨在通过搭建光纤位移传感系统，验证其在测量位移方面的可行性和准确性。
二、实验装置与原理本实验采用的光纤位移传感系统主要由光源、光纤、光电探测器和信号处理器组成。
光源发出的光经过光纤传输到被测物体上，当被测物体发生位移时，光纤长度发生变化，进而改变了传输光的路径和相位，最后通过光电探测器将光信号转换为电信号，并经过信号处理器进行放大和滤波，得到位移信息。
三、实验步骤1. 搭建实验装置：将光源、光纤和光电探测器依次连接起来，保证光线的传输路径畅通无阻。
2. 调整光源和光电探测器的位置：通过调整光源和光电探测器的位置，使得光线能够正常传输到被测物体上，并能够被光电探测器接收到。
3. 测量基线：将被测物体固定在一定位置上，记录下此时的光信号强度作为基线。
4. 进行位移测量：在被测物体上施加不同的位移，记录下每个位移下的光信号强度，并将其与基线进行比较，得到位移值。
四、实验结果与分析通过实验测量，我们得到了不同位移下的光信号强度数据，并计算出了对应的位移值。
实验结果显示，光信号强度与位移呈线性关系，且具有较高的灵敏度和稳定性。
这说明光纤位移传感技术在测量位移方面具有较高的准确性和可靠性。
进一步分析实验结果，我们发现光纤位移传感系统对于小位移的测量具有较高的分辨率。
在实验中，当位移小于1mm时，系统能够稳定地测量出位移的变化，并且误差较小。
然而，当位移超过1mm时，系统的测量误差会逐渐增大，这可能是由于光纤的非线性特性和传输损耗等因素导致的。
因此，在实际应用中，需要根据具体需求选择适当的测量范围和精度。
五、实验总结本实验通过搭建光纤位移传感系统，并进行了位移测量实验。
实验结果表明，光纤位移传感技术具有高精度、高灵敏度和抗干扰能力强等优点，适用于测量小范围内的位移变化。
一、实验目的1. 了解光纤传感的基本原理和特点。
2. 掌握光纤传感器的实验操作方法和数据采集技巧。
3. 分析光纤传感器在实际应用中的性能和适用范围。
二、实验原理光纤传感器是一种基于光波导原理的传感器，利用光纤传输光信号，实现对被测量的物理量的检测。
光纤传感器具有体积小、重量轻、抗电磁干扰、防腐性好、灵敏度高等优点，广泛应用于压力、应变、温度、位移等物理量的测量。
本实验主要涉及以下几种光纤传感器：1. 光纤光栅传感器：利用光纤光栅对光波波长进行调制，实现对温度、应变等物理量的测量。
2. 光纤干涉传感器：利用光纤干涉原理，实现对位移、振动等物理量的测量。
3. 光纤激光传感器：利用光纤激光器发出的激光，实现对物体表面缺陷、气体浓度等物理量的测量。
三、实验仪器与材料1. 光纤传感实验仪2. 激光器及电源3. 光纤夹具4. 光纤剥线钳5. 宝石刀6. 激光功率计7. 五位调整架8. 显微镜9. 显示器四、实验步骤1. 光纤光栅传感器实验（1）搭建实验装置，连接光纤传感实验仪和激光器。
（2）调整实验参数，包括光栅长度、温度等。
（3）采集光纤光栅传感器的输出信号，分析光栅对光波波长的影响。
2. 光纤干涉传感器实验（1）搭建实验装置，连接光纤传感实验仪和光纤干涉仪。
（2）调整实验参数，包括干涉仪的间距、光程差等。
（3）采集光纤干涉传感器的输出信号，分析干涉条纹的变化规律。
3. 光纤激光传感器实验（1）搭建实验装置，连接光纤传感实验仪和光纤激光器。
（2）调整实验参数，包括激光功率、检测距离等。
（3）采集光纤激光传感器的输出信号，分析激光光束的传播特性。
五、实验结果与分析1. 光纤光栅传感器实验结果实验结果显示，随着温度的升高，光纤光栅传感器的反射光谱发生红移，反射光谱峰值波长随温度的变化率与光栅的折射率调制周期成正比。
这说明光纤光栅传感器可以实现对温度的精确测量。
2. 光纤干涉传感器实验结果实验结果显示，随着干涉仪间距的增加，干涉条纹的间距增大，条纹数减少。
物理实验技术中的光纤传感实验的操作指南光纤传感实验操作指南介绍：光纤传感实验是一项在物理实验技术中广泛应用的重要实验之一。
它利用光纤作为传感元件，通过光纤中的光信号来测量并监测环境中的各种物理量。
本文将为大家详细介绍光纤传感实验的操作指南，帮助大家更好地掌握这项实验技术。
材料准备：1. 光纤传感器：可选择不同类型的光纤传感器，如光纤布拉格光栅传感器、光纤拉曼散射传感器等。
2. 光源：选用适当波长的光源，如激光二极管、光纤光源等。
3. 光纤连接器：根据实验需要选择不同类型的光纤连接器。
4. 仪器设备：光纤测量设备、光功率计等。
实验步骤：1. 准备工作a. 清洁光纤：用洗净的酒精棉球轻轻擦拭光纤端面，确保光纤表面无灰尘和杂质。
b. 连接光纤：根据需要，使用光纤连接器将光纤连接到光纤测量设备和光源上。
c. 打开设备：打开光源和光纤测量设备，确保设备正常工作。
2. 测试光纤传感器a. 设置光纤测量设备：根据光纤传感器的特性，设置光纤测量设备的参数，如波长、测量范围等。
b. 测试信号：通过光源发出信号，并通过光纤传送到光纤传感器上。
c. 测量数据：使用光功率计等设备，测量传感器输出的光信号强度，并记录相关数据。
d. 分析结果：根据测量结果，分析传感器对不同物理量的响应特性。
3. 环境监测实验a. 确定监测目标：选择需要监测的环境物理量，如温度、压力、湿度等。
b. 选择传感器：根据监测目标，选择适合的光纤传感器。
c. 搭建实验装置：根据传感器的特性和环境条件，设计合适的实验装置。
d. 进行测量：根据实验装置，将传感器与被测量对象连接起来，并记录测量数据。
e. 数据分析：根据测量数据，分析环境物理量的变化趋势和相关性。
4. 实验安全注意事项a. 使用光源时，避免直接观察光源，以防眼睛受到光的伤害。
b. 注意光纤的特性，避免折弯和拉扯光纤，以免影响实验结果。
c. 在实验过程中，避免将光纤暴露在高温、高压或腐蚀性环境中，以免损坏传感器。
1. 了解光纤干涉传感的基本原理和实验方法。
2. 掌握光纤干涉传感器的构造及其在测量中的应用。
3. 通过实验验证光纤干涉传感器的测量精度和可靠性。
二、实验原理光纤干涉传感器是基于光干涉原理的一种新型传感器。
当两束光波在空间相遇时，如果它们的相位差为零或整数倍的2π，则两束光波相互加强，形成亮条纹；如果相位差为奇数倍的π，则两束光波相互抵消，形成暗条纹。
通过测量干涉条纹的变化，可以实现对被测物理量的精确测量。
光纤干涉传感器通常采用迈克尔逊干涉仪或法布里-珀罗干涉仪等光学原理。
本实验采用迈克尔逊干涉仪，其基本原理如下：1. 激光器产生一束连续激光，经扩束镜后变为平行光束。
2. 平行光束经分束器分为两束，一束作为参考光，另一束作为测量光。
3. 测量光经光纤传输到达被测物体，反射后返回光纤。
4. 参考光和测量光在光纤端面发生干涉，形成干涉条纹。
5. 干涉条纹通过光纤传输，经光电探测器接收并转换为电信号。
6. 电信号经处理后，可得到被测物理量的信息。
三、实验仪器与设备1. 激光器2. 扩束镜3. 分束器4. 光纤传感器5. 光电探测器6. 数据采集系统7. 计算机1. 将激光器、扩束镜、分束器、光纤传感器、光电探测器和数据采集系统连接成实验电路。
2. 打开数据采集系统，设置采集参数。
3. 启动激光器，调节扩束镜和分束器，使激光束通过光纤传感器。
4. 测量参考光和测量光的强度，记录数据。
5. 改变被测物理量，观察干涉条纹的变化，记录数据。
6. 对采集到的数据进行处理，得到被测物理量的信息。
五、实验结果与分析1. 当被测物理量改变时，干涉条纹发生相应的变化。
根据干涉条纹的变化规律，可以计算出被测物理量的变化量。
2. 通过实验验证，光纤干涉传感器的测量精度较高，可满足实际应用需求。
3. 分析实验数据，探讨影响光纤干涉传感器测量精度的因素，并提出改进措施。
六、实验总结1. 本实验成功实现了光纤干涉传感器的测量，验证了其测量精度和可靠性。
光纤传感实验报告光纤传感实验报告引言：光纤传感技术是一种基于光纤的传感器技术，利用光纤的特殊性质来实现对物理量的测量和监测。
光纤传感技术具有高精度、高灵敏度、抗干扰性强等优点，广泛应用于工业、医疗、环境监测等领域。
本实验旨在通过设计和搭建光纤传感系统，探究光纤传感技术的原理和应用。
实验一：光纤传感系统搭建在本实验中，我们搭建了一个简单的光纤传感系统，包括光源、光纤、光纤传感器和光电探测器。
首先，我们将光源与光纤连接，通过光纤传输光信号到传感器。
传感器可以根据不同的物理量，如温度、压力等，改变光信号的特性。
然后，光信号再通过光纤传输回来，经过光电探测器转换成电信号，最终通过数据采集系统进行分析和处理。
实验二：温度传感应用在本实验中，我们以温度传感应用为例，探究光纤传感技术在温度测量领域的应用。
通过将光纤传感器与温度测量物体接触，光纤传感器的特性会随温度的变化而改变。
我们通过测量光纤传感器输出的光功率的变化，可以间接得到温度的信息。
实验结果表明，光纤传感技术在温度测量中具有高精度和高灵敏度的优势。
实验三：压力传感应用在本实验中，我们以压力传感应用为例，进一步探究光纤传感技术在压力测量领域的应用。
通过将光纤传感器与被测压力物体接触，光纤传感器的特性会随压力的变化而改变。
我们通过测量光纤传感器输出的光功率的变化，可以间接得到压力的信息。
实验结果表明，光纤传感技术在压力测量中具有较高的准确度和稳定性。
实验四：光纤传感系统的优势与挑战在本部分，我们将对光纤传感技术的优势和挑战进行分析。
光纤传感技术具有高精度、高灵敏度、抗干扰性强等优点，可以实现对多种物理量的测量和监测。
然而，光纤传感系统的搭建和维护成本较高，对环境条件要求较高，同时在长距离传输和多参数测量方面还存在一定的挑战。
因此，在实际应用中需要综合考虑技术和经济等因素。
结论：通过本实验，我们对光纤传感技术有了更深入的了解。
光纤传感技术具有广泛的应用前景，可以在工业、医疗、环境监测等领域发挥重要作用。
目录一、可燃性气体泄漏声光报警及浓度分析实验．．3二、声控定时器实验．．．．．．．．．．．．．6三、霍耳测速实验．．．．．．．．．．．．．．8四、光纤形变传感器．．．．．．．．．．．．.9五、光控测速实验．．．．．．．．．．．．．11六、光控制应用实例实例一：高灵敏度光控电路．．．．．．．13 实例二：激光探测报警器．．．．．．．．14七、温度传感器测量与控制实验．．．．．．．14附录：温控程序．．．．．．．．．．．．22前言现代科技迅速发展，新技术大量涌现。
传感技术正以潮水般地进入各个应用领域。
传感器及应用的学习是非常必要的。
针对我们电子工程学院开设的传感技术与应用课程，为理论与实践结合，深入认识传感技术理论、掌握传感器应用技术知识，培养学生实际动手能力，我们开设了传感技术应用实验。
传感技术应用实验电路经过了多年的实验，不断改进、更新，完善。
传感技术应用实验深受学生的欢迎和喜爱，基于这一基础我们编写了这本传感技术应用实验讲义。
在该书中，包括气体、声控、霍耳（磁敏）、光控、光纤和温度控制等实验。
我们分别介绍了几种传感器的实验原理，将实验的电路的结构、性能、工作原理、制作和调测方法都进行了详细的说明。
编写疏漏之处在所难免，望读者指正。
编者实验一可燃气体泄漏声光报警及浓度分析一.实验目的1. 认识半导体气敏传感器对可燃性气体敏感的特性。
2. 学会运用NE555 时基集成电路、LM331电压／频率变换器，实现气体的自动报警装置。
二. 使用仪器双踪电源、示波器、函数发生器、数字万用表三．实验原理(一) 可燃性气体泄漏，有可能造成人身中毒，也有可能发生爆炸事故。
因此，及时报警可防患于未然。
本次实验着力于声光报警，且通过对于气体浓度的测量了解气敏传感器的性能。
下面对于主要器件进行简略说明：1. QM-N5B 型气敏元件QM-N5B型半导体器件，是新型 "气—电" 传感器件。
适用于对可燃性气体的检测、检漏、监控等设备。
一、实验目的1. 了解光纤声音传感的基本原理和实验方法。
2. 掌握光纤声音传感器的构造和性能特点。
3. 通过实验验证光纤声音传感器的应用效果。
二、实验原理光纤声音传感器是一种利用光纤传输声波信号的新型传感器。
其基本原理是：声波使光纤中的光相位发生改变，通过检测光相位的变化来感知声波信号。
光纤声音传感器具有抗电磁干扰、耐腐蚀、抗腐蚀性好、灵敏度高等优点。
三、实验仪器与材料1. 光纤声音传感器2. 发声器3. 光纤连接器4. 光纤耦合器5. 光功率计6. 光纤测试仪7. 实验台四、实验步骤1. 搭建实验装置：将光纤声音传感器、发声器、光纤连接器、光纤耦合器等连接成实验装置。
2. 设置实验参数：根据实验要求设置光纤声音传感器的参数，如灵敏度、频率响应等。
3. 进行声波发射：通过发声器产生不同频率和强度的声波。
4. 收集声波信号：将声波信号通过光纤传输到光功率计，记录光功率的变化。
5. 分析实验数据：根据实验数据，分析光纤声音传感器的性能和特点。
五、实验结果与分析1. 实验结果：- 当发声器产生低频声波时，光纤声音传感器的灵敏度较高，光功率变化明显。
- 当发声器产生高频声波时，光纤声音传感器的灵敏度降低，光功率变化不明显。
- 光纤声音传感器对声波信号的检测具有较好的抗干扰能力。
2. 数据分析：- 光纤声音传感器的灵敏度与其结构和工作原理有关，低频声波对光纤的扰动较大，因此灵敏度较高。
- 高频声波对光纤的扰动较小，因此灵敏度较低。
- 光纤声音传感器具有较好的抗干扰能力，能够有效抑制电磁干扰和噪声干扰。
六、实验结论1. 光纤声音传感器是一种新型传感器，具有抗电磁干扰、耐腐蚀、抗腐蚀性好、灵敏度高等优点。
2. 光纤声音传感器在声波检测领域具有广泛的应用前景。
3. 通过实验验证了光纤声音传感器的性能和特点，为光纤声音传感器的应用提供了理论依据。
七、实验注意事项1. 实验过程中注意安全，避免触电和火灾等事故。
2. 保持实验环境清洁，避免灰尘和杂物对实验结果的影响。
光纤传感综合实验报告光纤传感综合实验报告引言：光纤传感技术是一种基于光纤的传感原理，通过光纤的物理特性来实现对环境参数的测量和监测。
本次实验旨在探究光纤传感技术的应用和性能，并对其在不同领域的潜在应用进行探讨。
一、光纤传感技术的原理光纤传感技术利用光纤的折射、散射、吸收等特性，通过测量光信号的变化来获取环境参数的信息。
其中，折射型光纤传感技术是最为常见和常用的一种。
它通过测量光纤中光信号的折射率变化，来实现对温度、压力、湿度等参数的测量。
光纤传感技术具有高灵敏度、无电磁干扰、远距离传输等优势，因此在工业、医疗、环境监测等领域有广泛的应用前景。
二、光纤传感技术的实验装置本次实验中，我们使用了一套光纤传感综合实验装置，包括光源、光纤传感器、光纤衰减器和光功率计等设备。
光源产生的光信号经过光纤传感器传输到被测环境中，然后通过光纤传感器采集到的信号传输回光功率计进行测量和分析。
三、实验过程与结果我们首先进行了温度传感实验。
将光纤传感器固定在被测温度环境中，通过测量光功率计的输出信号变化来获取温度的信息。
实验结果显示，光功率计的输出信号随温度的升高而降低，与理论预期相符。
这表明光纤传感技术可以有效地用于温度的测量。
接下来，我们进行了压力传感实验。
将光纤传感器固定在被测压力环境中，通过测量光功率计的输出信号变化来获取压力的信息。
实验结果显示，光功率计的输出信号随压力的增加而增加，与理论预期相符。
这表明光纤传感技术可以有效地用于压力的测量。
最后，我们进行了湿度传感实验。
将光纤传感器固定在被测湿度环境中，通过测量光功率计的输出信号变化来获取湿度的信息。
实验结果显示，光功率计的输出信号随湿度的增加而增加，与理论预期相符。
这表明光纤传感技术可以有效地用于湿度的测量。
四、光纤传感技术的应用前景光纤传感技术具有广泛的应用前景。
在工业领域，光纤传感技术可以应用于温度、压力、振动等参数的监测和控制，提高生产效率和产品质量。
光纤传感器的工作原理及应用实验1. 工作原理光纤传感器是一种利用光纤传输光信号，通过测量光信号的变化来实现传感功能的装置。
它主要由光源、光纤、光电探测器和信号处理电路组成。
光源产生光信号，通过光纤传输到被测物体，被测物体的特性会影响光信号的传播，最后由光电探测器将光信号转换为电信号，经过信号处理电路进行处理并输出结果。
具体来说，光纤传感器的工作过程包括以下几个步骤：•光源发出的光信号在光纤中传输过程中会发生衰减和散射，这取决于光源的功率、光纤的质量和长度等因素。
•光信号到达被测物体时，会受到被测物体属性的影响而发生改变，如被测物体的温度、压力、形变等。
•通过光纤传输回来的改变后的光信号，进入光电探测器。
•光电探测器将光信号转换成电信号，并经过信号处理电路进行放大、滤波、调理等处理。
•处理后的电信号可以用于控制其他设备，或者通过显示设备展示结果。
2. 应用实验光纤传感器在各个领域有着广泛的应用。
以下是一些常见的应用实验：2.1 温度传感实验光纤传感器可以通过测量光信号的衰减来判断被测物体的温度。
在温度传感实验中，可以将一段光纤固定在被测物体的表面，并使用光源发出光信号，经过被测物体后，光信号在光纤中的衰减程度与被测物体的温度有关。
可以通过测量光信号的衰减量来确定被测物体的温度。
2.2 压力传感实验光纤传感器可以通过测量光信号的散射程度来判断被测物体的压力。
在压力传感实验中，可以将一段光纤固定在被测物体的表面，并使用光源发出光信号，经过被测物体后，光信号在光纤中的散射程度与被测物体的压力有关。
可以通过测量光信号的散射程度来确定被测物体的压力。
2.3 形变传感实验光纤传感器可以通过测量光信号的相位变化来判断被测物体的形变。
在形变传感实验中，可以将一段光纤固定在被测物体的表面，并使用光源发出相干光信号，经过被测物体后，光信号的相位会发生变化，这个变化与被测物体的形变有关。
可以通过测量光信号的相位变化来确定被测物体的形变。
实验一 光纤位移传感器实验
一、实验目的
了解光纤位移传感器工作原理及其性能。
二、实验内容
光纤位移传感器输出电压与位移的关系实验。
三、实验仪器
ZY130Fsens12SB （光电传感器实验台）主机箱 一台 光纤传移传器实验模板 一个 PSD 传感器及位移装置 一套 螺旋测微头 一个 反射面 一个 反射式光纤 一根 导线 若干
四、实验原理
如图是线性位移测量装置，
光从光源耦合到输入光纤射向被测物体，再被反射回另一光纤，由探测器接收。
设两根光纤的距离为d ，每根光纤的直径为2a ，数值孔径为N ，如图所示，这时
b
d tg 2=
θ
由于N 1
sin
-=θ，所以式可以写为
(
)
N
tg d b 1
sin
2-=
很显然，当()[]
N tg d b 1
sin
2/-<时，即接收光纤位于光纤像的光锥之外。
两光纤的耦
合为零，无反射进入接收光纤：当()[]N
tg d b 1
sin
2/-≥时，即接收光纤位于光锥之内，两
2a
光纤耦合最强，接收光纤达到最大值。
d 的最大检测范围为()
N tg a 1
sin
/-。
如果要定量的计算光耦合系数，就必须计算出输入光纤像的发光锥体与接收锥体与接收光纤端面的交叠面积，如图所示，由于接收光纤芯径很小，常常把光锥边缘与接收光纤芯交界弧线看成是直线。
通过对交叠面简单的几何分析，不难得到交叠面积与光纤端面积之比α。
即
⎥⎦⎤⎢⎣
⎡⎪⎭⎫ ⎝
⎛
-⎪⎭⎫ ⎝⎛--⎪⎭⎫ ⎝⎛-=
-a a a δδδπα1sin 11cos 11
δ——光锥底与输入光纤芯端面交叠扇面的宽
光纤发射锥与接收端面重叠面积计算示意图
d tg b -⨯=θδ2
三角形△ABC 面积ββcos sin a a S ⨯=
a
d
输出光纤
输入光纤
扇形面积2a ⨯=β
其中：()a a a /1/cos δδβ-=-=
()[
]
a /1cos
sin sin 1
δ
β-=-
输入光纤的光与光纤芯交叠面积之比
()()
⎭⎬
⎫⎩
⎨⎧⎥⎦⎤⎢⎣
⎡⎪⎭⎫ ⎝
⎛
-⎪⎭⎫ ⎝⎛--⎪⎭⎫ ⎝⎛
-=
-=-=--a a a a
S a
S a δδδπβ
π
πβα1cos
sin 11cos 1/1
/1
1
2
2
2
本实验采用的传光型光纤，它由两束光纤混合后组成，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。
五、实验步骤
1、根据图1-1安装光纤位移传感器，光纤二束插入实验板上的座孔上。
其内部已和发光管D 及光电转换管T 相接。
图1-1 光纤位移传感器
2、将主机箱的电压表接到实验模块o V 和“⊥”，将实验模块的“±15V ”和“GND ”插孔与主机箱中的稳压电源“±15V ”极其“⊥”分别对应相连，见图1-2。
图1-2
调节测微头，使探头与发射面圆平板接触。
打开电源开关，调RP使数显表显示为零。
旋转测微头，使被测体郭开探头，每隔0.1mm读出数显表值，将其填入表1-1。
表1-1 光纤位移传感器输出电压与位移数据
3、根据上表，作光纤位移传感器的位移特性曲线，计算在量程1mm时灵敏度和非线性误差。
六、实验报告
测量光纤位移传感器输出电压与位移的关系，填入表中，并做出特性曲线。
七、实验思考题
根据特性曲线，试想一下光纤位移传感可做哪些测量？
八、实验测试点说明
“+15V”、“GND”、“-15V”为电源引入口，接主机的“+15V”、“⊥”、“-15V”；“V o”
及其下方插孔为输出电压检测点，分别接主机箱电压表“+”、“-”。
实验二Mach-Zehnder光纤干涉实验
一.实验目的
1.掌握光纤Mach-Zehnder干涉仪的基本原理；
2.实验操作调试Mach-Zehnder干涉仪并进行性能测试。
二.实验原理
以光纤取代传统Mach-Zehnder干涉仪的空气隙，就构成了光纤型Mach-Zehnder干涉仪。
这种干涉仪可用于制作光纤型光滤波器、光开关等多种光无源器件和传感器，在光通信、光传感领域有广泛应用，其应用前景非常好。
光纤型Mach-Zehnder干涉仪实际上是由分束器构成。
当相干光从光纤型分束器的输入端输入后，在分束器输出端的两根基本长度相同的单模光纤汇合处产生干涉，形成干涉场。
干涉场的光强分布（干涉条纹）与输出端两光纤的夹角即光程差相关。
令夹角固定，那么外界因素改变的光程差直接和干涉场的光强分布（干涉条纹）相对应。
三.实验装置:
主机、光纤跳线1根。
四.实验内容及步骤
1.将主机中的“650光源”端口与“光源输入”端口用1根光纤跳线连接起来。
2.打开光源，观察毛玻璃窗上的干涉条纹。
3.打开上盖，观察内部光路结构，分析观察到的现象。
五.实验报告
根据观察现象，画出观察毛玻璃窗上的干涉条纹图像草图。
实验三光纤压力传感原理实验
一.实验目的
1.了解光纤传感的原理及意义。
2.实际操作观察光纤压力传感的现象。
二.实验原理
光纤传感的工作原理是，被测量的量改变了光纤的传输参数或载波参数，这些参数随待测信号的变化而变化。
光信号的变化反映了待测物理量的变化。
本实验系统所进行的传感原理是Mach-Zehnder光纤干涉原理。
Mach-Zehnder 干涉属于双光束干涉原理，由双光束干涉院里面可知，干涉场的干涉光强为：
I∝(1+cosδ)
δ为干涉仪两臂的光程差对应的相位差，δ等于2π整数倍时为干涉场的极大值。
压力改变了干涉仪其中一臂的光程，于是改变了干涉仪两臂的光程差，即位相差，位相差的变化由按上式规律变化的光强反映出来。
附图12光纤压力传感原理图
三.实验装置：
主机、光纤跳线1根。
四.实验内容及步骤
本实验中传感量是压力，压力改变了光波的位相，通过对位相的测量来实现对压力的测量。
具体的测量技术是运用干涉测量技术把光波的相位变化转换为（振幅）变化，实现对压力的检测。
操作方案采用光纤干涉仪进行对压力传感的测量，利用干涉仪的一臂作参考臂，另一臂作为测量臂（改变应力），配以检测显示系统就可以实现对压力传感的观测。
本实验只对压力引起光波参数改变作定性的观测，即观察压力的改变引起观测屏上干涉条纹的移动。
五．实验报告
根据观察到的现象，画出毛玻璃上干涉条纹草图，并标出条纹移动方向与施加压力关系。
