應(yīng)用筆記

介紹 1.簡要說明 塑料光纖連接到（懸臂梁）上以監(jiān)測其偏轉(zhuǎn)。使用光敏電阻器（LDR）和基本分壓器電路監(jiān)測光纖光強(qiáng)度的變化。LDR的輸出由ADC-16連續(xù)測量，這個(gè)簡單的系統(tǒng)能夠通過PC提供實(shí)時(shí)光束偏轉(zhuǎn)監(jiān)測。 2.實(shí)驗(yàn)嘗試 內(nèi)容實(shí)驗(yàn)強(qiáng)調(diào)了光纖作為傳感器的潛在用途，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測結(jié)構(gòu)的偏轉(zhuǎn)。學(xué)生還將獲得基于簡單設(shè)備（如光敏電阻（LDR），讀取電阻值，分壓器原理和歐姆定律）構(gòu)建基本電路的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。 3.需要先驗(yàn)知識 學(xué)生需要了解光纖如何通過其核心傳輸光線以及全內(nèi)反射（TIR）原理和過度彎曲對這些光導(dǎo)介質(zhì)中光傳輸?shù)挠绊憽Ｆ浯危瑢W(xué)生應(yīng)該了解光敏電阻的功能，分壓器的原理和歐姆定律。 4.目標(biāo)群體 該實(shí)驗(yàn)適用于參加高級物理學(xué)的學(xué)生，并簡單介紹光學(xué)，電子和光電器件的實(shí)際應(yīng)用。

所需設(shè)備
數(shù)據(jù)記錄設(shè)備 光敏電阻（LDR） 發(fā)光二極管（LED） 1千歐電阻 烙鐵 電壓/信號放大器（可選） 2 x 1.5 V電池（用于供電LED）和2 x 9 V電池（用于分壓電路） 光纖連接器（SMA多模連接器） 光纖傳感器 柔性梁（例如塑料尺） 快速固化膠 安全警告： 盡管使用大多數(shù)低功率LED通常是安全的，但出于安全考慮，請勿在照明時(shí)直視LED。烙鐵只能在監(jiān)督下使用。

實(shí)驗(yàn)設(shè)置
圖1顯示了實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)置。

圖1：實(shí)驗(yàn)設(shè)置 圖1a：分壓電路（圖1中的基本電路內(nèi)）

三點(diǎn)彎曲和拉伸試驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)安排如圖4所示。標(biāo)準(zhǔn)電壓源用于為發(fā)光二極管供電。探測器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由一個(gè)光敏電阻（LDR）和一個(gè)低電阻組成。 - Pico Technology的成本商業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可在光強(qiáng)變化時(shí)自動記錄LDR上的電壓變化。數(shù)據(jù)采集??系統(tǒng)提供高達(dá)16位分辨率的模數(shù)轉(zhuǎn)換（ADC），最多8個(gè)輸入通道。ADC系統(tǒng)的分辨率允許檢測電信號中小至40 mV的電壓變化。對于實(shí)驗(yàn)而言，每秒2個(gè)數(shù)據(jù)樣本的采樣率就足夠了。 帶有粘合光纖傳感器的光束示意圖如圖2所示。詳細(xì)信息將在下一節(jié)給出。

圖2：帶有粘合光纖傳感器的梁試樣示意圖

當(dāng)實(shí)驗(yàn)正確設(shè)置時(shí)，梁應(yīng)繞其中心彎曲，并在支撐中心施加載荷，如圖3所示，其中W是施加的載荷，dctr是中心偏轉(zhuǎn)。

圖3：正確設(shè)置光束

進(jìn)行實(shí)驗(yàn) 1.使用強(qiáng)力膠或其他可用的粘合劑將光纖傳感器連接到梁（例如塑料尺）并等待其干燥。確保粘接牢固，并且當(dāng)梁試樣彎曲時(shí)傳感器不會脫粘。 2.將光纖連接器連接到光纖的兩端，并將它們分別連接到LED和LDR。確保它們緊密耦合，以最大限度地減少由于耦合損失和環(huán)境噪聲引起的電壓信號的任何不必要的變化。 3.小心地將光束放在支架上。梁也可以固定在一端并且在懸臂梁設(shè)置中釋放另一端，作為所示支撐系統(tǒng)的替代支撐系統(tǒng)。 4.檢查PicoLog是否有電壓輸出讀數(shù)，以確保設(shè)置正確并準(zhǔn)備好開始光束偏轉(zhuǎn)測試。 5.在PicoLog中調(diào)整圖形的Y軸刻度以獲得最佳顯示。如果您有信號放大器，您還可以調(diào)整發(fā)送到ADC的電壓電平。 6.緩慢地對光束施加小的偏轉(zhuǎn)，觀察PicoLog顯示的電壓電平的變化。當(dāng)施加偏轉(zhuǎn)時(shí)，信號是增加還是減少？根據(jù)光纖的靈敏度，使用所示設(shè)置，對于10 mm的偏差，可以預(yù)期電壓變化至少為100 mV。 7.現(xiàn)在釋放偏轉(zhuǎn)并觀察PicoLog指示的電壓電平變化。信號會發(fā)生什么變化？信號是否返回初始信號值？ 8.現(xiàn)在嘗試不同的偏轉(zhuǎn)量并觀察電壓信號的變化。你觀察到了什么？

問題 1.你能解釋一下當(dāng)光纖傳感器的光強(qiáng)變化時(shí)，電路如何工作以提供比例信號輸出？ 2.如果光束向前偏轉(zhuǎn)而不是像以前那樣向下偏轉(zhuǎn)，您認(rèn)為電壓信號會發(fā)生什么？