光纤的测量

与应用　

差　丸锝　尊　臻的　

转遂　量莠　设计　

摘要：本文提出一种基于光纤传感器测量旋转轴转速的方法。八射光线经旋转轴反射面反射后，利用反射　

式光纤传感器采集得到强弱变化的反射光，采用频率测量法得到反射频率，通过信号处理电路进行转换，　即可测量转速。该系统具有电路结构简单、精度高、抗干扰能力强、光路弯曲、测量方便等优点。　

关键词：光纤传感器；转速测量；强度调制　

中图分类号：ＴＨ７４４３　文献标识码：Ａ　文章编号：１　００６—８８３Ｘ（２０１　１）０２—００２０—０２　

一、引言　旋转轴的转速测量是工稃测试的一项重要内容。测量转速的方法按测量原理可分为模拟法、计数法和　

等法；按交换方式可分为机械式、电气式、光电式和频闪式。　实际测量　｛ｊ常用到磁电式传感器数宁转速仪、　

光电转速传感器和霍尔转速传感器等测量转速。随着传感器技术的发展，光纤传感器的研究及应用已成为・　

个热点。由ｒ光纤传感器具有高灵敏度，高测量精确，响应快，重量轻，体积小，光路可弯曲，抗电磁干扰　

等优点，光纤传感器　广泛应用于位移、温度、加速度、声音、流鼍、压力、浓度、光、电和磁等物理量的　

测量。本文皋ｒ光纤传感器对旋转被测物的反射光的光ｊ虽发生敏感变化产生脉冲数，经电路处理即　实现对　

转速的测量。　

二、光纤传感器转速测量原理　

１、测量原理　光纤传感器转速测量是基卜光的强度调制机理，利ＪＬ｝＝』Ｙ型反　

射式光纤传感器探头对旋转被测物反射光的光强变化产生脉冲，　

经电路处理即可测得转速。反射式光纤传感器是　种传输型光纤　

传感器，光纤采用Ｙ　结构，如图ｌ所示。两束光纤～端合并在　

起组成光纤探头，另　端分为两支，分别作为光源光纤和接收　

光纤。光从光源耦合到光源光纤，通过光纤传输，射向反射面，　

再被反射到接收光纤，最后　光电转换器接收，转换器接收到的　

光强明显变化的脉冲与旋转物体的转速以及反射面的数目有关，　

显然，只要获得光强明显变化的脉冲数就ｒ　Ｊ‘测量转速。　

13 实验4 光纤连接器性能测量与制作

一、实验目的

1．了解光纤连接器种类及其各种性能指标的测量方法；

2．学习使用光功率计测量光纤连接器和光纤跳线的插入损耗、回波损耗、波长特性；

3．用裸光纤适配器制作光纤插头并测量其性能。

二、实验仪器及器材

1310nm光源，1550nm光源，GL-IIA手持式光功率计，带SM-FC/PC（或SM-ST/PC）型光纤连接插头的光纤跳线，FC-FC/PC（或ST-ST/PC）型连接插座，FC（或ST）型裸光纤适配器，单模裸光纤，3dB 1×2单模光纤耦合器。

三、实验原理

光纤连接器是进行光纤活动连接时必用的一种无源器件。光纤连接器的耦合形式、结构种类繁多，可分为对接耦合式（近场型）和透镜耦合式（远场型）两大类，本实验所测的光纤连接器属前一类。对接耦合式光纤连接器是将两光纤的端面直接接触实现对接，它由光纤插头与插座两主要部分组成。根据光纤插头的连接结构，常用的光纤连接器分为FC、SC、ST、MU、LC等型号，图4-1示出了FC型光纤连接器的结构。

裸光纤适配器是用于临时连接光纤断头或临时制作光纤插头的器件，制作光纤插头时先将光纤断头除去保护涂层并清洗干净，按住裸光纤适配器上的释放按钮将裸光纤插入适配器的细孔，并使光纤断头伸出插针端面5~8mm后放开按钮，用切割法将光纤端面处理成平面光纤头，再按住释放按钮，将光纤头拉回到与插针端面平齐再放开按钮，即完成插头的制作。

光纤端面的接触形式对连接器的性能的影响至关重要。目前广泛使用的光纤连接器有三种端面接触形式：平面型；PC型（PC——Physical Connect）；APC型（APC——Angle Physical

Connect）。这三种形式的光纤插头的插针端面接触方式如图4-2所示。 14

平面型连接器的插针端面为一垂直光纤芯轴的平面，这样插针进行连接时原则上可使纤芯所在部位紧密接触。平面型接触光纤连接器的最大优点是加工简单、工艺成熟、成本低廉，因此广泛使用。但实际上由于公差的存在，插针端面不是绝对的平面，因此两端面间易存在空隙，形成菲涅耳反射。菲涅耳反射除增加损耗外，反射光返回LD光源会使光源的输出不稳定，降低系统性能。PC型和APC型接触光纤连接器的端面为抛光的球面，纤芯位于球冠的中心，这样的结构有利于纤芯的紧密接触，可以有效的抑制菲涅耳反射。APC接头端面不仅是球面，而且纤芯端面法线与纤芯轴成一定的角度，使反射光难以沿纤芯返回光源。

实验四 光纤传感器————位移测量

实验目的

1、光纤位移传感器的结构与工作原理。

2、光纤传感器的输出特性曲线。

实验原理

反射式光纤位移传感器是一种传输型光纤传感器。其原理如图1所示：光纤采用Ｙ型结构，两束光纤一端合并在一起组成光纤探头，另一端分为两支，分别作为光源光纤和接收光纤。光从光源耦合到光源光纤，通过光纤传输，射向反射片，再被反射到接收光纤，最后由光电转换器接收，转换器接受到的光源与反射体表面性质、反射体到光纤探头距离有关。当反射表面位置确定后，接收到的反射光光强随光纤探头到反射体的距离的变化而变化。显然，当光纤探头紧贴反射片时，接收器接收到的光强为零。随着光纤探头离反射面距离的增加，接收到的光强逐渐增加，到达最大值点后又随两者的距离增加而减小。图2所示就是反射式光纤位移传感器的输出特性曲线，利用这条特性曲线可以通过对光强的检测得到位移量。反射式光纤位移传感器是一种非接触式测量，具有探头小，响应速度快，测量线性化（在小位移范围内）等优点，可在小位移范围内进行高速位移检测。

图1 反射式位移传感器原理

图2 反射式光纤位移传感器的输出特性 实验所需部件：

光纤（光电转换器）、光电传感器模块、{光纤光电传感器实验模块}、支架、电压表示波器、螺旋测微仪、反射镜片

实验步骤：

1、观察光纤结构：本实验仪所配的光纤探头为半圆型结构，由数百根导光纤维组成，一半为光源光纤，一半为接收光纤。

2、连接主机与实验模块电源线及光纤变换器探头接口，光纤探头装上通用支架（原装电涡流探头），{探头支架}，探头垂直对准反射片中央（镀铬圆铁片），螺旋测微仪装上支架，以带动反射镜片位移。

3、开启主机电源，光电变换器V0端接电压表，首先旋动测微仪使探头紧贴反射镜片（如两表面不平行可稍许扳动光纤探头角度使两平面吻合），此时V0输出≈0，然后旋动测微仪，使反射镜片离开探头，每隔0.2mm记录一数值并记入下表：

光纤参数的测试方法

光纤的特性参数有多重,最为基本的有三种特性参数:光纤的几何特性参数、光纤的光学特性参数和光纤的传输特性参数。

1、几何特性参数的测量方法

光纤的特性参数之几何特性参数主要包括对于光纤长度、光纤纤芯的不圆度、光纤包层的不圆度、光纤纤芯的直径、光纤包层的直径、光纤纤芯与光纤包层同心度误差等的研究。

通过折射近场法来直接测量在光纤横截面上产生的折射曲线的分布来对几何尺寸参数进行确定。对于对光纤包层的确定并不难,难就难在对于纤芯的确定。例如对于渐变型光纤的确定,因为光纤包层与光纤纤芯之间的过渡是具有连续性的,所以在光纤包层和光纤纤芯之间不存在明显的界限,所以如何去确定光纤纤芯和光纤包层之间的界限就存在着难点。而针对这一难点,可以通过对于折射率分布情况的研究来确定。

在折射率分布曲线上确定给定值,通过给定值来界定光纤纤芯的边界,而折射率分布曲线上的给定值需要通过对光纤整个截断面的扫描来获取。我们知道,受地球引力影响,光纤在生产过程中的整个横截断面并不能形成理想的圆对称,所以在扫描时应该根据不同情况进行区域分化扫描。光纤包层的折射率是均匀的,所以在扫描光纤包层时幅度可以大一些。而光纤纤芯的折射率存在很大的变化,所以对于光纤纤芯的扫描的幅度应该小一些。折射近场法是测试光纤几何参数尺寸的基本测试方法。 2、光学特性参数的测量方法

光纤的光学特性参数主要包括对于光纤模场直径、单模光纤(成缆)的截止波长、多模光纤的截止波长以及折射率的分布等的研究。

（1）光纤模场直径的测量方法

在单模光纤中,对于光纤横截面内单模光纤的基膜与电场强度的分布,以及光功率存在于光纤横截面一定范围内的多少的衡量,就是模场直径所要研究的范围。对于单模光纤的研究,不仅受到模场直径的定义影响,也受到模场直径的测量方法影响。所以在测量单模光纤的模场直径时,根据不同测量方法的优缺点去选择合适的测量方法显得尤为重要。主要的测量方法有横向偏移法和传输场法。