光纤传感应用综合实验讲义.docx

宪界传感应用稼合械验GCFS-B实验讲义武汉光驰科技有限公司WuhanGuangchiTechno1.ogyCo.1.TD书目光纤流场传感试验的理论基础4试验一、1.D光源的P-I,V-I特性曲线12试验二、透射式横（姒）向光纤位移传感（光纤数值孔径测量15试验三、反射式光纤位移传感（光纤液位测量22试验四,微弯式光纤位移/压力传感28试验五、光纤端场角度传感33试聆六、光纤温度压力传感（传光型）37试验七、光纤火灾预警系统试验40试验八、光纤照明试脸系统设计45前百光纤是20世纪70年头的五要独创之一，它及激光器、华导体探测器一起构成了新的光学技术,创建了光电子学的新天地。光纤的出现产生了光纤通信技术,而光纤传感技术是伴随着光通信技术的发展而逐步形成的.在光通信系统中，光纤被用作远为离传输光波信号的媒旗.明显,在这类应用中.光纤传输的光信号受外界干扰越小越好.但是.在实际的光传物过程中,光纤易受外界环境困素影响.如温度，压力,电磁场等外界条件的变更物引起光纤光波多数如光强，相位，翔率,儡振.波长等的变更.因而,人们发觉假如能测出光波参数的变更.就可以知道导致光波参数变更的各种物理Ift的大小,于是产生了光纤传感技术.光纤传整器始F1977年，及传统的各类传感器相比有一系列的优点，如灵敏度高.抗电磁干扰.耐弼蚀.电绝域性好.防爆.光路有挠曲性，便于及计W机联接,结构简洁，体积小,维就轻,耗电少等。光纤传将器按传感原理可分为功能鞭和非.功能型°功能型光纤传感器是利用光纤本身的特性把光纤作为微港元件,所以也称为传感型光纤传整器，或全光纤传感器.非功能型光纤传感涔是利用其它敏感元件要受被测知的变更.光纤仪作为传输介质，传输来向远外或难以接近场所的光信号.所以也称为传光型传感器.或混合型传礴器，光纤传照器按被调制的光波参数不同又可分为覆度调制光纤传感器.相位调制光纤传感器，频率调制光纤传感器，偏振询制光纤传感潺和波长（颜色）调制光纤传礴零.光纤传心器按被测对象的不同，又可分为光纤温度传形器，光纤位移传搏器，光纤浓度传感器.光纤电流传感器,光纤流速传感器,光纤液位传七器等.光纤传感器可以探刈的物埋u艮多，已实现的光纤传感器物理量测量达70余种。然而,无论是探测哪种物理量,其工作原理无非都是用被测才的变更调制传给光光波的某一参数.使其随之变更,然后对已调洌的光信号进行检测，从而得到被iM3因此,光调制技术是光纤传那器的核心技术。鉴干以上专业背景.我们开发并研制出了光纤传感试验系统.本试验系统的开放性.分立式可以增加学生对光纤传感的感性相识,提高学生的茶本技能,在试骁教学过程中，从试骁原理.试验内容到试轮仪器，试般方法等都很适合工科物理试检的教学要求，将的用技术和基础试验很好的结合起来.本手册仅供运用光纤传礴试骁系统从少物理试裟以及光纤传感应用的老师，学生和技术人f参考.限于作者水平.手册中送误难免.恳请读者不吝指黄指正.诚心布里在我的的共同努力下.能好推动光纤传感这一先进技术的学习和普及.光舒端场传感试监的理论基础光纤传礴器一般可分为两大类，即功能型传呼器(Functionfiberop<icSCnSOr)和非功能型光纤传感S(Non-IunctionfiberopticMmSor八所谓功能型是利用光纤的本身的特性把光纤作为故感元件,所以又称为传感型光纤传感器；而非功能则是指利用其他敏感元件由受被测量的变更.光纤仪作为光的传给介质.传输敏感区传来的是羟过被测元件调制了的光信号，因此，也称作传光里传感器.就外部调制非功能型传光型光纤传感零而言.如反射接收型、干脆透射型等,一般是由入射光源光纤'调制器件和接收光纤组成。接收光纤所收集到的光强做外界物理扰动而变更，其光强响应特性曲线是这类传感器的设计依据.大多及光纤出射光场强度相关.因而，光纤出射光场的场强分布时于这类传感器的分析和设计至关IE要。这类传尊器在早期的设计中.很多的人都采纳了匀称性黄设.印在光纤的数位孔径内,纤箭出射光场的光强沿径向分布是匀称的.这明显及实际不符,只能局限于肯定的条件下的近似应用。Hoogenboom等人管提出纤珀出射光场强分布UJ用高斯型函数来描写JnIkai及ASakUra计算了入射光为激光光源状况下的多模光纤纤端出射场的性质.给出的平均强度分布为式中日散风场的相干长度J光纤芯半径3光波长mCH1.对于如下状况：坐标参数z-÷o.光源为相干长度回=O的热光源.公式（I）失效.为了给出一个既及实际相符，又具有通用性的纤端光场场强分布表达式.有必要分析一下光纤出射端面的光场特性.首先依据光纤传输的模式埋论,在光纤中光功率按模式分布，在稳态状况下大部分光功率集中分布在州模及低阶模旁边，科加后的光纤端面光场场强沿径向分布可近似由高WiR函数描写.称其为准高斯分布.其次.沿光纤传输的光可近似看成平面波，此平面波场在纤端出射时，可等价近似为平面波场垂直入射到不透凫屏的圆孔表面上，形成即孔衍射，因而实际状况更接近两者的某种融合.为分析计算便利,我们作如下假设.光纤端面：光场是由光强匀称分布的平面波和光谣沿径向为高斯发布的高斯光束两部分肉成的：出射光场：纤端出射光场由准平面波场的圈孔衍射场和在自由空间中传输的准高斯光束叠加而成.为便利起见，我们借助于安敛运算形式，依上述假设，在光纤端面光场我振幅为这里，P、q为两光场的权重系数，且满意条件：匚三1（4）分别代表光纤端而匀称分布的平曲波场和沿径向高斯分布的高斯光场。式中口,为高斯光束半径：W为一相关参数,于是上式所描述的场由源平面沿Z轴向自由空间的传输可由惠更斯-菲涅耳衍射枳分来描写,依旁轴近似,在XOY平面内的光场为勒淀开有为便利计,取轴的方向（角度由此位起为g=o,则有考虑到Besse1.函数的根分表达式（9）及关系式(10)由公式8可得(II)对于日有(12)于是.点上处光场的场强为IXI(3)式中，山.公式(13)表明.纤蜡出射光场强度分布是由不同权点下的高斯分布和平面波场的圆孔衍射分布在加的结果.由裔斯光束半宽定义.有为将也！及光纤芯半径联系起来,将代入公式(14)有乂依几何光学行(16)这里，目为光纤的最大出射向.事实匕纤端光场既不足纯粹的高斯光束,也不足纯粹的均旬分布的几何光束,为了更好地及实际状况符合，我们综合上述两种近似状况,引入无册纲调和参数目,给出修正结果如下实际运用过程中,为了便利,对于渐变折射率分布光纤有时选取E三：对于阶践折射分布光纤通常选三.对于芯径较粗的多模光纤而言，衍射效应地本上核平均化了.即取.因而对于大芯径多模光纤,为运用便利.上式通常取如下形式(18)式中3由光源播合到发送光纤中的光强三纤端光场中位置叵处的光通量密度3表征光纤折射率分布的相关参数3及光源种类、光纤的数值孔径及光源及光纤朋介状况有关的琮合调制参数钱如将同种光纤置于发送光纤纤端出射光场中作为探测接收器时，所接收到的光覆可去示为(19)这里回为接收光面枳,即纤芯面在纤端出时光场的远场区,为便利计算，可用接收光纤端面中心点的光强来作为整个纤芯而上的平均光强,在这种近似下,得到在接收光纤终端所探测到的光强公式为(20)试验一、1.D光源的P-1.VT特性曲线试验目的1.了解半导体激光零阳值的概念,测量半导体激光推工作时的光功率、工作电压和工作电流，2,通过测眩出来的功率、电压和电流值，描绘半导体激光器的P1、V-I曲线.学习通过曲线计算半导体激光潺的因值.试睑原理常用的半导体光M有半导体激光渊1.D)和发光二极管(1.ED),它们的发光机理椰是非平衡我流于的辐射史合且都工作于正向偏近状态,1.ED的放射光谐半带宽比较波长取决于材料的能带结构及掺杂状况半导体激光渊能发出单色性更好的辐射,且功率更强，方向集中.典型的波氏有O.85H.1.31回和1.55臼。这两类器件都是快速响应器件,它们的响应时间为N1.秒数量级.由于它们具有体枳小.理Jft轻,功耗低.安装简易以及性能稔定等优点,因而这两种光源不仅成为光纤通信的志向光源.也同样是光纤传感器的最常用的光源，本试验系统所采纳的是1.D光源,其中心波长为1.55回.半导体激光器是一个间值器件,它的工作状态随注入电流的不同而不同.当注入电流较小时，有海区里不能实现粒子数反转，自发辐射占主导地位,激光潺放射一般的荧光.其工作状态类似于般的发光二极管,协者注入电流的增大，有源区里实现了管子效反转，受激辐射占主导地位,但当注入电流小于阈值电流时.谐振腔的增益还不足以克极根耗,不能在腔内建立起皆定的模式报荡，激光潞放射的仅仅是较强的荧光，这种状态称为“超辎射”状态,只有当注入电流达到阈值以后,才能放射谱纹尖设、模式明确的激光.阈值电流（b）的测M方法。4504003w31.×)2s<)20015<>1.oom。(Mn)we*Js9H5举导体4k元的工作W图5中给出了半导体激光港的典型特性示意图,其中的曲或是输出光功率和工作电流的关系（实战）,虚段是对功率和电流的关系一次求导的结果.划线是对功率和电流的曲线的二次求导的结果.一般对阙值的描述常用的有下述几种过程：a,在P-I曲戏的快速上升新上取其中的践性部分延长战及横坐标的交点：b,把荧光部分和激光部分分别近似看成两条直规，JE么两条n践的交点就是阈值；c,在dPd1.的曲线上，取上升沿的中点（10%和90%两点的中点）：d.dd1.?的顶点作为间值点.一般在分析半导体激光器的时候，会把激光器看成是一个志向的二极管和一个电阻率联在一起,这个电阻叫中联电阻,这个举联电团一般是由于电极接触、杂防等缘由造成的./-半导体激光器（发光-H串联电阻（热）用6半导体柬光的分析刎考虑到志向的二极管的工作电压是不变的.那么V-I曲线就应当是水平的，为什么图中是向上倾斜的呢？缘由就是中联电班，V-I的斜率就是申岷电阻的阻值，试除步St1. 取一根名模陕纵接到PIN接收端,另潞接到1.D输出端.2. 接通电源.打开电海开关.主机的液晶屏上将显示工作电压v.j：作电流1和光功率P:行数据,按步长选界按选择想要的步长（O.25mA.O.5mA.1mA.2mA）.按if大电流按增加驱动电流,记录下每个状态的驱动电流.工作电纸和功率低.3. 将所得到的数据中电流做作为横坐标，工作电压和功率值为纵坐标，就可以得到PIV-I曲线,4. 以上操作属于手动操作，假如用邪口城将系统主机和计算机连接起来并拉卜切JM（此时主机的液晶屏上显示“通讯中：是“）就可以实现计算机限制.（计算机须提前安装配套软件程序在计算机的界面下，也可以实现以上的测量,并且可自动描出P-1.V-IH.除此之外,在软件中可以实现对P1.曲线的一次做分和二次微分.求出阈值电流。试验二、透射式横（姒）向光纤位移传感（光纤数值孔径流）试验目的一1 .驾驭演度型光纤透射传那的基本原理及调制方式；2 .了解强度型光纤透射传感器的理论分析方法、调制特性曲线及相关影响因素.试验原理透射式强度调制光纤传停原理如下图所示.调制处的光纤培面为平面，通行入射光纤不动,而接收光纤可以作纵（横）向位移.这样，接收光纤的输出光强被其位移调制.透射式调制方式的分析比较简洁.在发送光纤端,其光场分布为一立体光椎,各点的光通届由函数日来描述,其光场分布坐标如图所示。依照前面讲过的光纤端舟射光场强度分布.当Z固定时.得到的是横向位移传感特性函数,当r取定时（如0）,则可得到纵向位移传感特性函数.BB8遗时式光舒传出析横911.DPfN1111¾H9速廿式北WK1.Mm试睑装JEH1.OMIHUIH试睑步S1.1 .依据试粉装置图连接光路，两根光纤跳战分别及主机上的1.D输出端和PIN接收地相连接，并将纵向的蝶旋测做器反方向（逆时针）调到初始位置，（注：两根光纤跳规，分别将带有ST插芯的一端安装在光纤探头固定装火上，另一端接1.D输出蛤和PIN接收端.S1.抽芯比一股的PC插芯要长一些.通过对比视察即可ms<j.>2 .接通电源.按1'电源开关,主机的液晶屏上将显示工作电压V.I：作电流I和光功率P：.行数据.拉步长选邦按*'.选择2mA步长.按地大电源按值增加舞动电流,使电流达到被人假。3 .将光纤的放射端和接收端两个光纤端面靠近并对准.通过调整四维架和横向的蝶旋测微器，使光纤的放射端和接收地保持同轴，此时主机液晶屏上显示的光功率值应为最大伯。4 .假定此时纵向螺施测微器的读数为零,沿纵向远寓的方向旋转摞旅刈默涔.每移动肯定距而（举荐每次变更1050微米,蝶旋测微器的集一格时应10激米）记录下螺旋测微器的读数和相应的光功率值.宜到光功率值然小到接近等时停止试粉.5 .依据所测数据在坐标纸上绘出相应的曲线,即纵向光纤位移传旗调制曲战。6 .测量横向光纤位移传感调制曲线时,使放射端和接收端的光纤端面保持肯定距离，调整同轴.假定此时横向螺提测微器的读数为零.旋转横向的螺旋测微器（每次移动10激米），使两个光纤端面在径向上偏离,记录卜蝶旋测微器的读数和相应的光功率值.出到光功率（ft减小到接近零时杵止试验.7 .依据所测数据在坐标纸上给出相应的曲线，叩横向光纤位移传感调制曲线。8 .以上操作屈千手动操作.假如用串11线将系统主机和计算机连接起来并按下（此时主机的液晶屏上显示“通讯中：足“就可以实现计算机限制.（计算机须提前安装如套软件程序）在计算机的界面下,也可以实现以上的刈|也并只可由所测数据自动描出相应的曲线进行分析，详情可参见软件操作说明.9 .自己动手设计基于可见光的对射式光纤位移传感系统.光纤传感应用统合试验模块上光源驱动的1.+和1.一接口接光源的1.ED+和1.ED即可业动白色发光二极管发光.可耦合到对射式或者反射式塑料光纤上，探测器探测到的白光通过PD+和PD输出接到探测器放大处理电路的P+和P一端.VOUGND输出接到电压表，电压表显示电压值及深表是光强的变更.Q光纤数值孔径测属.光纤数值孔径的一-种定义是远场强度玄效数值孔径,远场覆度有效数做孔径是通过测IR光纤远场强度分布来确定的它被定义为光纤运场辐射图上光强值下降到最大值的5%处半张角的正弦值CCITT规定的就是这种数位孔径，如图：图中数值孔径为：NA=SinOa=d£1式中：Z为入射光纤端面和接收光纤端而正对时的两光纤端面间的环离：d为当Z肯定时.接收光强下降到最大值的5%时,入射光纤的出射光在投影屏幕上所形成的光弧的半径。安装时射式光纤传感器试裟装祝.接收光纤安装在左侧平移台.放射光纤安装在右偏平移台.调整位移f3使两光纤端面距离为1.511m,即Z-1.5三,并使得探测器输出电压最大（此时两根光纤同轴心）.径向移动右侧接收光纤至接收光强接近于零，沿该方向接着脆转位移调整器200u，然后反向板转位移调整器100Um,以消退螺旋测微涔可能存在的空程误差.平移探测光纤,每50um记一个光强对应的电压输出,直到光强（电压）增大后减小到不再变更,停止计数，依据记录数据作出光强分布曲线.依据曲线求出d（ft,并计算出光纤的数假孔径值.试验三、反射式光纤位移传感（光纤液位渊）试验目的一1 .驾驭强度型光纤反射式传感的基本原理及词制方式：2 .了解强度型光纤反射式传感器的理论分析方法、调制特性曲线及相关影响因素.试验原理枭纳的光纤传JS器的原理如图所示。光纤探头A由两根光纤组成.一根用于放射光.一根用于接收反射回的光R是反射材料.系统可工作在两个区域中，前沿工作区和后沿工作区（见反射式调制特性曲戏）,当在后沿区域中工作时,可以获得较宽的动态范困。<b）等价Jt纤建标系统光纤反射调制Si理图HIi反射式光纤仲而析困就外部调制非功能型光纤传感器而言，其光强响应特性曲线是这类仅憎器的设计依据，该特性调制函数可借助于光纤端Hi射光场的场强分布函数给出：式中IO为由光源朋介入放射光纤中的光强：三为纤端光场中位置臼处的光通埴密度：4为一表征光纤折射率分布的相关参数，对于阶跃折射率光纤,d=:r为偏离光纤轴线的距离,为光纤堆面及反射面的距离，4为光纤芯半径户为及光源种类、光纤数值孔径及光源及光纤耦令状况有关的综合调制参数.假如将同种光纤置于发上放射光纤出射光场中作为探测接收器时,所接收到的光频可表示为：式中1"，这里S为接收光面，即纤芯那面在纤端出射光场的远场区，为简便计算，可用接收光纤端面中心点处的光强来作为整个纤芯面上的平均光强,在这种近似下，得在接收光纤终端所探测到的光强公式为：n12反射式光纤传.KiMai试验装JKH13KaHUBB试睑步SI1 .依据试脸装理图连接光路.两根光纤跳线分别及主机上的1.D输出湘和PIN接收然相连接，并将纵向的螺旋测微器反方向（逆时针调到初始位置.2 .接通电源，按卜电源开关，主机的液晶屏上料显示工作电压V,工作电流1和光功率三行数据.按步长选界按.选择2mA步长.拉*大电漉按值增加驶动电流,使电流达到最大值.3,珞放射器光纤端面和反射物端面旅近并对准，通过调整四维架和横向的螺旋测激器，使放射然光纤端面和反射物端面保持同轴。4 .找定此时纵向螺旋测微器的读数为零.沿纵向远禹的方向加转螺旋测微涔,每移动肯定距离（举荐好次变更10-50微米，螭旋测微器的年一格对应10微米）记录下螺旋测微器的读数和相应的光功率值.直到光功率值减小到接近零时停止试脸.5,依据所测数据在坐标城上绘出相应的曲线，即反射式光纤位移传感询制曲线。6 .以上操作属于手动操作,假如用串1.I线将系统主机和计算机连接起来并按FW1.MIF（此时主机的液品屏上显示“通讯中：是就可以实现计算机限制.（计算机须提前安装配套软件程序在计纣机的界面下,也可以实现以上的测量,并且可由所测数蛎白动描出相应的曲戏进行分析,详情可参见软件操作说明,7 .自己动手设计基于可见光的反射式光纤位移传感系统,光纤传感应用综合试验模块上光源驱动的1.+和1.-接11接光源的1.ED+和1.ED即可驱动白色发光：极管发光,可耦合到对射式或拧反射式型料光纤匕探泅器探测到的白光通过PD+和PD-怆出接到探测器放大处理电路的P+和Pii,VO+和GND输出接到电压表，电压去显示电压伯及课表是无覆的变更，8 .自己动手设计光纤液位测用系统。将反射式光纤端面事出对着液面，液面可视为反射式光纤位移传感中的平面反射镜.试验四、微弯式光纤位移/压力传感试验目的一1 .与奴光纤弯曲损耗的基本规律：2 .了解光纤弯曲传感原理及技术：3,简要了解光纤穹曲传塔调制器的特性。试验原理在光通侑额域，光纤弯曲引起的损耗始终备受关注.D-Marcuse和D.G1.oge关于光纤与曲引起的模耦合的探讨结果，对于发展光纤弯曲损耗的探讨领域具有重要的意义.随着光纤传感器技术的发展，现今.弯曲引起的捌耗已成为一种有用的传感诩制技术，业已开展了大M的探讨,可以利用光纤的弯曲来测多种物理S1.微弯型光纤传感器的原理结构如下图所示,当光纤发生弯曲时,由于其全反射条件被破坏，纤芯中传播的某些模式光束进入包层，造成光纤中的能埴损耗。为了扩大这种效应,我们把光纤夹持在一个周期波长为A的梳妆结构中.当检妆结构（变形器）受力时，光纤的弯曲状况将发生变更，于是纤芯中跑到包层中的光能（即损耗）也将发生变更，近似的将把光纤看成是正弦微穹，其穹曲函数为：式中1.是光纤产生微穹的区域,A为其弯曲福度为空间频率.设光纤微对变形函数的微两周期为4,则有1.=j。光纤由于弯曲产生的光能损耗系数是：1.,一(2)式中3称为谐振频率.XI(3)击弯型光纤传感8原理结构图E14微专班舒传.分析梃S可为谐振波长，21和日为纤芯中两个模式的传播常数，当口时.这两个模式的光功率耦合特殊紧.因而损耗也增大.假如我们选择相邻的两个模式,对光纤折射率为平方律分布的多模光纤可得：IXI<4)r为光纤半径,为纤芯及包层之间的相对折射率差.H1.(3)(4)可得：F1.(5)对于通讯光纤1一.IKI.(2)式表明损耗，及弯曲幅度的平方成正比.及微弯区的长度成正比.通常,我们让光纤通过周期为d的梳妆结构来产生微弯,按(5)式得到的AC一般太小,好用上可取奇数倍即3、5、7等,同样可得到较高的灵敏度。微方山整州件及谢性梨RU«wa*fwtSKit«a试殴装置试验步骤I.依据试验装置图连接光路，两根光纤跳纹分别及主机上的1.D输出她和PIN接收端相连接，2 .接通电源，按卜电惠开关，主机的液晶屏上将整示工作电压V,工作电漉I和光功率PW行数据.按步长选算按O,选择2mA步氏.按增大电流按增加驱动电流,使电流达到最大值.3 .将被测光纤放置在弯曲变形调制潺中.利用螺施测做湍首先怏弯曲变形涔及光纤接触，记录此时的光功率值,同时记录当前螭旋测做涔的读数04 .然后,每旋进50微米记录一次光功率值.（帝遨：不要用力压迫光纤以免光纤被压断,当光功率位显示接近零时容止试验）将所得数据绘成曲线，该曲戏即可作为做位移测埴的标定曲城，用于微位移检测.利用这条曲线可以便利地对光纤弯曲损耗的特性进行探讨.5 .以上操作属于手动操作，假如用甲I】线将系统主机和计兑机连接起来并按下切IMr1.（此时主机的液晶屏上显示“通讯中:是就可以实现计算机限制.（计算机须提前安装毛套软件程序在计算机的界面下,也可以实现以上的测量：，并且可由所测数据自动描出相应的曲线进行分析,详情可参见软件操作说明.6 .自己动手设计基于可见光的光纤微弯传感系统.光纤传感应用综台试验模块上光源驱动的1.+和1.一接I1.接光源的1.ED+和1.ED-即可阴动白色发光二极管发光，可解合到时射式或者反射式塑料光纤卜.探测零探洪到的白光通过PD+和PD-输出接到探测涔放大处理电路的P+和P一端.VO+和GND输出接到电压表,电压表显示电压值及深表是光强的变更。试验五、光纤端场角度传感试验目的1 .与驭光纤端面角度和损耗的基本规律：2 .了解光纤然场角度传/原理及技术：试验原理当两根光纤端面间跑和角度不同状况下相对时.引入的损耗如下式：其中，3：是光纤纤芯的折射率；3：光纤海面间的介质折射率;3：光源的波长：3：横向偏移：土双向偏移:土角度对准误差:J：发送光纤的模场直径的1./e；d：接收光纤的模场食径的“e.光舒角度传3»光舒*Xf1.Mft角度传为了解除其它因素的影响,首先要使两个光纤端面中心时版却没有横向偏移,谓整并固定两个端面的纵向距离,然后就可以进行为位传感试验-及光纤端面相比，光纤准直器时角度更加批感,调整玳度也较大一些.试睑"R17KIHUIB试睑步既I.依据试脸装用图连接光路，两根光纤跳线分别及主机上的1.D输出端和P1.N接收流相连接,并将纵向的鳏旋测微器反方向（逆时针网到初始位置.注：两根光纤跳线，分别将带有ST插芯的一端安装在光纤探头固定装置上，另一端接1.D输出端和PIN接收端.ST插芯比一般的PC插芯要长一些，通过对比视察即可辨别2 .接通电源，按下电M开关，主机的液晶屏上将显示工作电压V,工作电流I和光功率P三行数据.,技步长逸鼻技健.选择2mA步长.按增大电流按候增加轨动电流，使电流达到最大值.3 .将光纤的放射蛤和接收端两个光纤端面推近并对准.将将率用位移台调整到零度角,通过调整四维架和横向的摞旋测微器,使光纤的放射端和接收甜保持同轴，此时主机液晶屏上显示的光功率值应为最大值。4 .然后通过精密角位移台上的施钮调倍光纤箍面的恸斜角度.并实时记录接收到的光功率，将所褥数据绘成曲线,该曲线即可作为光纤端场角度传将测量的标定曲城，用于角度检测.5 .以上操作属于手动煤作.故如用串口线将系统主机和计算机连接起来并按下切换（此时主机的液晶屏上显示“通讯中：是”）就可以实现计算机限制.（计算机须提前安装配套软件程序）在计算机的界面下,也可以实现以上的刈量，并旦可由所测数据自动描出相应的曲戏进行分析.详情可参见软件操作说明.试验六、光纤温度压力传感（传光型）试改目的1 .了解和驾欢传光型光纤传它原理：2 .光纤温度和压力传粕试裟；试验原理在传愉型光纤传感器中,光纤本身作为信号的传情线.利用温度（压力一电一光一光一电的转换来实现溺度压力的测敏.主要应用在恶劣环境中，用光纤代替一帙电缆传送信号，可以大大提高温度测量系统的抗干扰实力,提高测域精度。光纤温度传感原理系统框图光纤乐力传感原理系统框图温度限制仪运用说明：1、仪友参数怪也,设定时的人机对话均通过按棚来实现的，当在第一次运用本产品时，请具体阅读下面的操作流程.2、»*(在其次设定状态，当AT=O时，按SET潼时间超过S杪钟将退出设定状态，进入正常限制状态。在其次设定状态,当AT=I时,按SET迸时间超过5秒，系统将退出设定状态并自动进入自第定寻优状态在自整定工作状态，按SET键后,系统将进入设定状态，井退出臼整定状态,你若要求【"1自整定状态时,则可把AT再谀说成I后退出。在设定状态设定完成后，如不按正确操作退出设定状态，超过30秒后，系统将自动退出设定状态,你前次所设定参数被宣:布无效.3、设定字符说明:以下字符集按,次SET键后依次出现，依据不同功能有些字符可能在你所选用的仪衣中不存在。试睑步骤1、传导卡光纤温度传感器测湿度原理试验1.1 集成温度传感器插入主机箱上放热块,连畿依据醐色对应接入主机箱温度传感器接口。光纤两端分别插入光纤传感应用煤合试脸模块光源和探测器孔.1.2 将模块箱、上的蚪出Y。+、GND和电压衣的+、-相连,A+和GND上下两个插孔接电流表的+、-输入插孔，1.+和1.一接光源1.ED*和1.ED-,PD+和PD-接P+和P-O1.3 打开主机箱电源,再打开温控仪电就开关和致冷器开关.温度从10C起先,仪龙每隔5C,记录一次电压表读数.当温度加热及冷却平衡时，即温控仪的显示的温度袍定不变时，登记主机箱电压表的读数,M入卜表，并依据试脸数据乍试脸曲线。温控仪(C)IOC15也20C50X?55Ceor电压表(V)2、传导型光纤压力传感渊测压力原理试脸1,气压去接主机箱面板气压输出接口2,将模块箱、上的输出Vo+、GND和电压表的+、-相连，A+和GND上下两个插孔接电流表的人输入辅孔.1.，和1.接光源1.BD+f1.1.1.EI>-,PD-和P1.)-接P+和P.3、打开主机箱电源，再打开气压电源开关，调整转子流玳计使气压从7KI>a起先,依据表I,记录主机箱电压表读软(侍气压表指针稳定后再读数3填入下表,并依据试验数据作特性曲线.压力KPa7891012M1618I(V)试喊七、光纤火灾演系统试验试验目的1 .驾驭透射式光纤测量烟雾原理及方法2 .驾驭反射射式光纤测最烟其晚理及方法试验原理1 .反射式光纤烟雾传博器卜是反射式光纤烟雾传呼器原理图,设£为光源种类及光源跟光纤朋合状况有光的调制参数，0为烟霁汲取光强系数，B为烟雾微射光强系数，C为烟客浓度则有：/（：）=-丛cxJ-1JVcp（y川FA可。1.而赤E其中OC为光纤设大孔径角当探头距离反射面较小时光源及输入光纤耦介较好.采纳准共路光纤.则£之0,则上式变形为：其中:tan=-2再对上式绽开忽视高阶项,近似得到：/-4z怩也（-+团由上式知道：Z肯定时M增大时,灵敏便增大：烟雾浓度C增大，灵敬度增大：放射光强系数B增大，灵敏度增大,改汲取光强系数U为定值，当浓度C增大时，散射光强系数B也增大2 .透射式光纤烟雾传感酒纵向移动接收光纤透射式光纤烟雾传感器深埋图图中，当移动接收光纤时,其接收到的光鼎大小不一样，当两根光纤纤芯对准时并且紧紫就在一起时接受光纤接收到的光强的强：两光纤间距越大,放射光纤放射出来的光斑面积超大,单位面积上的接收到的光强越弱：即两光纤间距越大，接收光纤接收到的光强越小.放射光纤（输入光纤）输出的光覆为高斯函数.当两光纤共轴时,接收光纤接收到的光强I及其纵向移动间距Z近似为代性关系.当有烟雾作用时.接收光纤接收到的光强为：/（Z）=/K',e×p（-皿-再对上式绽开忽视高阶顶，近似得到："n)/。tg2cz3(ac+)由上式知道:Z肯定时，。增大时.灵敏度增大；烟雾浓度C增大,灵敏度堵大：放射光强系数B增大，灵眼度增大.一般汲取光强系数。为定值.当y烟第浓度C增大时.散射光强系数8也增大I、反射式光纤传试险探测器1.1依据上图把反射式光纤传照器安装在光纤支架上，放射端、接收端分别插入光纤传感器模块上的光源座孔和探测器座孔上,I.2探利器放大处埋电路的怆出邮时应街道胡低频报警处埋电路输入然。1.3.用烟笫喷向探头,视察报警处理电路指示灯变更状况并分析.2、透射式光纤传雾报警试出1. I依据上图把对射式光纤传感游安装在光纤支架匕放射端、接依然分别插入光纤传感器模块上的光源座孔和探测器座孔上.1.2 探测器放大处理电路的输出端对应街道超低领报警处理电路输入箱.1.3 。.用烟其喷向探头，视察报警处理电跖指示灯变更状况并分析.3、光纤温度传感报警试tt试验八、光舒照明试瞳系统设计试改目的了解并驾驭光纤照明系统的原理及的用试验原理光纤照明是最近几年来一种新兴的照明方式。由于光纤自身所具有的一经独特物理特性.光纤照明被应用在室内装饰照明、局部效果照明、广告牌照明、建筑物室外公共区域的引导性照明、室内外水下照明和建筑物轮睨及立面照明之中，并且已经取得了良好的照明效果。I、光纤照明的特点1.1单个光源可具备多个发光特性相同的发光点；I.2光源易更换,也易于修理：1.3 发光器UJ以放置在非专业人员难以接触的位置,因此具有防破坏性：1.4 无紫外线、红外线光,可削减时某些物品如文物、纺织品的投坏：1.S发光点小型化，重量轻，易更换、安装.可以制成很小尺寸.放置在破房器皿或其他小物体内发光形成特殊的装饰照明效果：I.6无电段干扰，可被应用在核毡共振室、雷达限制空等有电磁屏蔽要求的特殊场所之内：1. 7无电火花,无电击危急，可被应用于化工、石油、自然气平台、喷泉水池、游泳池等有火灾、爆炸性危急或潮湿多水的特殊场所：1.8 可自动变换光色;1.9 可重更运用.节约投资：1,IO松软易折不易碎，易被加工成各种不同的图案：系统发热低于一般照明系统，可降低空调系统的电能消耗.2、光纤照明系统a成2.1 发光器发光涔即光源装出，依据其内部所配光源不同，一般分成向铸灯系列、金卤灯和1.ED灯系列.其中卤普灯光源功率一般为50W或75W.输入电压为沟通12V（装置自带电源变乐器）,适用于博物馆或展览馆等对温湿度及紫外线、红外线有特殊限制要求的场所：金曲灯光源功率般为I5OW或200W,输入电压为沟通22OV,适用于建筑物轮质照明及立面照明等光亮度要求较而的场所.1.ED灯光就功率般在50W以下“本试验仪运用的为16W单头带遥控的1.ED光源器可发出13种颇色光.该装置自带电源插头,适用的电源为沟通22OV,50Hz。2.2 发光导体发光导体一般由塑料或玻瑞纤维束或单根阴科纤维构成,考虑到传输过程中的光衰减，其尺度股不超过30n可通过系统中联解决.常见的发光导体有以下几种：端面发光光纤光纤外圈特别薄的也料或玻璃纤维涂层,防止光线外泻,其外有一层不透亮的衬层和一层塑料、橡胶或金属丝制的耐热、抗紫外战爱护套（用于爱护和支探光纤）。通体发光光纤光纤采纳特殊结构,可通体发光,其外有一层透亮的衬层和一层耐热、抗紫外线的PVC透亮爱护套.流星光纤也称为闪点光纤光纤采纳特殊结构，M发出星星闪楸般光线。2.3 终端附件各种光纤的末珀，均可依据实际须要配设终端附件.有筒灯型、配透地型（可聚光或发微光）、地面专用型以及水下型终端.本试验配附的为水晶珠，可以为实际照明供应不同效果。3、光纤照明典总应用他于光纤照明所具有的很多特点,使得它的应用是广泛的.现依据不同的运用地点和运用效果对其典型应用进行分析说明.1.1 电视会义桌面照明采纳末端发光系统.配巴数光透镜型发光终端附件由顶部重直照耀在京面形成点状光龙.透合及会人员读写而不影响幻灯投影讲解的进行（在一般照明灯具关闭或亮度圜低的状况下）.1.2 说F顶部较尚、难F进行维护或无法承由的场所的效果照明将末端发光系统用于酒店大堂高大穹顶的满天星造型,配以发散光透镜型发光终端附件和旅转式玻璃色盘,可形成星星闪闪发光的动态效果，远非一般照明系统可比。3 .3建筑物室外公共区域的引导性照明采纳落地管武（线发光）系统或埋地点陈指引式（末施发光）系统用于标记照明，同一般照明方式相比削减T光源维妒的工作Jib且无漏电危急.4 .4室外喷泉水下照明采纳末端发光系统,配置水下型终端,用于室外喷泉水下照明，且可由音响系统输出的音翔信号同步限制光亮输出和光色变换，其照明效果及平安性好于一般的低压水下照明系统，并易于维护,无獭电危急.3. 5建筑物兜梆照明及立面照明采纳税发光系统及末端发光系统相结合的方式,进行建筑物轮加及立面照明,如香港中银大IS外立面圣诞节装饰照明系统，该系统图案新潮，色调变更丰富,其旗工便利.安装周期短，具有较强的时效性,且能监通更运用.节钓投资.3.6 建筑物室内同部照明采纳末端发光系统，配置聚光透镜型或发放光透镜型发光终端附件用于空内局部照明，如卢浮宫博物馆内对温湿度及紫外践、红外城有特殊限制要求的丝织品文物、绘画文物或印刷品文物的局部照明.均采纳光纤照明系统.3.7 建筑物广告牌照明设发光光纤松软易折不易好,易被加工成各种不同的图案，无电击危急.无需高压变乐器.可自动变换光色,并且施工安装便利，能够重更运用.因此,常械用于设置在建筑物上的广告牌照明.同传统的竟虹灯相比,光纤照明具有明显的使且性能优势.4、