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光纤温度传感器实验


光纤温度传感器实验
通常按光纤在传感器中所起的作用不同,将光纤传感器分成功能型(或 称为传感型)和非功能型(传光型、结构型)两大类。功能型光纤传感器使 用单模光纤,它在传感器中不仅起传导光的作用,而且又是传感器的敏感元 件。但这类传感器的制造上技术难度较大,结构比较复杂,且调试困难。 非功能型光纤传感器中,光纤本身只起传光作用,并不是传感器的敏感 元件。它是利用在光纤端

面或在两根光纤中间放置光学材料、机械式或光学 式的敏感元件感受被测物理量的变化,使透射光或反射光强度随之发生变化。 所以这种传感器也叫传输回路型光纤传感器。它的工作原理是:光纤把测量 对象辐射的光信号或测量对象反射、散射的光信号直接传导到光电元件上, 实现对被测物理量的检测。为了得到较大的受光量和传输光的功率,这种传 感器所使用的光纤主要是孔径大的阶跃型多模光纤。光纤传感器的特点是结 构简单、可靠,技术上容易实现,便于推广应用,但灵敏度较低,测量精度 也不高。 本实验仪所用到的光纤温度传感器属于非功能型光纤传感器。 本实验仪重点研究传导型光纤温度传感器的工作原理及其应用电路设 计。在传导型光纤压力传感器中,光纤本身作为信号的传输线,利用压力一 电一光一光一电的转换来实现压力的测量。主要应用在恶劣环境中,用光纤 代替普通电缆传送信号,可以大大提高压力测量系统的抗干扰能力,提高测 量精度。 相关参数: 1、光源 高亮度白光 LED,直径 5mm 2、探测器 高灵敏度光敏三极管 ‘ 3、光纤:光纤芯直径 Φ1 4、温度源气压范围:10—80 摄氏度 第二章 实验指南 一、实验目的 、 1、了解并掌握传导型光纤温度传感器工作原理及其应用 二、实验内容 1、传导型光纤温度传感光学系统组装调试实验 2、发光二极管驱动及探测器接收实验 3、传导型光纤温度传感器测压力原理实验 三、实验仪器 1、光纤温度传感器实验仪 1台 2、集成温度传感器 1个 3、光纤 1根 4、2#迭插头对 若干 5、电源线 1根

四、实验原理 图 1 是光纤温度传感器装置系统框图 ’ 光纤温度传感器有功能型和传输型两种。功能型光纤温度传感器是利用 光纤本身的特性把光纤直接作为敏感元件,既感知信息又传输信息,从而实 现光纤温度传感。 在传输型光纤温度传感器中,光纤本身作为信号的传输线,利用温度一 电一光一光一电的转换来实现温度的测量。主要应用在恶劣环境中,用光纤 代替普通电缆传送信号,可以大大提高温度测量系统的抗干扰能力,提高测 量精度。

l、仪表参数修改,设定时的人机对话均通过按键来实现的。当在第一次使用 本产品时,请详细阅读下面的操作流程。

正确接线

下限设 定状态
上限设 定状态

上电开机

2、注意: ①在第二设定状态,当 AT=0 时,按 SET 键时间超过 5 秒钟将退出设定 状态,进入正常控制状态。 ②在第二设定状态,当 AT=I 时,按 SET 键时间超过 5 秒,系统将退出设定 状态并自动进入自整定寻优状态 ③在自整定工作状态,按 SET 键后,系统将进入设定状态,并退出自整定状 态,你若要重回自整定状态时,则可把 AT 再设置成 1 后退出。 ④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。 ⑨当你为防止别人修改你的参数时,一 izI. ,}--.--设?-一-,,:态把 LOK 值设定 、 为 02. 3、设定字符解释: 以下字符每按一次 SET 键后依次出现, 根据不同功能有些字符可能在你所选用的仪表中 不存在。 字符 SO SL SH SHP SC P d г BГ 名称 主控设定
下限绝对值设定 上限绝对值设定 上限偏差值设定 传感器修正设定

设定范围 0—9999 0—9999 0—9999 0—9999 -20—20 1—999 0—3600s 0—3600s 1—99s
00:自整定停止 01:自整定开始 00:不锁 01: 锁定主控以外的 设定 02: 所有参数全锁定

说明
设定主控点输值大小 设定下限(下限报警)点数值大小 设定上限(上限报警)点数值大小 设定上限报警点高于主控设定点的相差值 修正传感器误差 设定比例带大小,不允许设定为零 设定积分时间,设定为 0 时关闭积分功能 设定微分时间,设定为 0 时关闭微分功能 设定输出开关周期,不允许设定为零

出厂设定 值 150 100 200 10 0 20 130 30
继电器输出 时 20 其它输 出时 2

比例范围 积分时间 微分时间 比例周期

自整定

确定自整定 执行/关闭

00

LOK

设定锁

确定参数修正 允许/不允许

00

五、注意事项 1、不得随意摇动和插拔面板上元器件和芯片,以免损坏,造成实验仪不能正 常工作。 2、光纤传感器弯曲半径不得小于 3cm,以免折断。 3、在使用过程中,出现任何异常情况,必须立即关机电以确保安全。 六、实验操作 1)传导型光纤温度传感光学系统组装调试实验 1、集成温度传感器插入主机箱面板上散热块,连线按照颜色对应接入主

机箱温度传感器接口。光纤两端分别插入实验仪面板发射接收处孔。 2、将主机箱上的输出“Uo”“⊥”和电压表的“+”“—”相连, 、 、 “mA” 上下两个插孔按颜色对电流表的“+”“一”输入插孔。 、 3、打开主机箱电源,再打开温控仪电源开关和致冷器开关。调节温度, 观察电压表变化情况,分析原理,系统组装完成。 4、关闭电源。 2)发光二极管驱动及探测器接收实验 i、集成温度传感器插入主机箱面板上散热块,连线按照颜色对应接入主 机箱温度传感器接口。 2、打开主机箱电源,再打开温控仪电源开关和致冷器开关。取出发射端 光纤,观察发光二极管发光,发光二极管发出的光很耀眼,不要用眼直视。 慢慢插入发射端光纤至底,插入过程中观察电压表变化,并分析变化原因。 根据实验仪面板上探测器接收电路图示分析探测器工作原理。 3、关闭电源。 3)传导型光纤温度传感器测温度原理实验 1、集成温度传感器插入主机箱面板上散热块,连线按照颜色对应接入主 机箱温度传感器接口。光纤两端分别插入实验仪面板发射接收处孔。 2、将主机箱上的输出“Uo”“⊥’ 、 ’和电压表的“+”“—” 、 ,相连, “mA, , 上下两个插孔按颜色对电流表的“+”“-” 、 ,输入插孔。 3、打开主机箱电源,再打开温控仪电源开关和致冷器开关。 参照以上温度控制仪说明,a 设置温控仪的控制温度为 60。C,待加热至 60。CI]寸,调节 WT2,使电流表显示值为 8mA 左右。b 设置温控仪的控制温度为 IO。C,待冷却至 10℃时,调节 WT1,使电流表显示值为 4mA 左右。重复步骤 a、b,使温度在 10℃~60℃之间变化时,电流表能在 4mA~8mA 之间变化。 注:该过程为定标过程,最大电流 8mh 和最小电流 4ⅢA 并不绝对限制,但要 保证最大电流不得超过 20mA,最小电流要保证发光器件能够正常发光。 4、温度从 10℃开始,仪表每隔 5℃,记录一次电压表读数。当温度加热 与冷却平衡时,即温控仪的显示的温度稳定不变时,记下主机箱电压表的读 数,填入下表 13—1,并根据实验数据作实验曲线。 温控仪 (℃) 电压表 (V) 温控仪 (℃) 电压表 (V) 表1 七、实验思考题 你认为造成温度值和电压表读数不是完全成线性的原因有哪些? 40℃ 45℃ 50℃ 55℃ 60℃ 10℃ 15℃ 20℃ 25℃ 30℃ 35℃


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