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1、实验1光纤位移传感器一、实验目的与要求实验目的了解CSY2001B型传感器系统综合实验台的使用方法，掌握光纤传感器测量位移的基 本原理，学会绘制输入输出特性曲线，掌握分析其线性度/灵敏度的方法。2, 实验要求（1）学习光纤传感器测量位移的基本原理，选择相应的实验模块，进行正确的连线；（2）通过改变位移输入量，观察输出电压的变化，并绘制输入输出特性曲线；（3）基于输入输出特性曲线，计算光纤传感器的的灵敏度，并分析其线性度。二、实验方案1.实验主要仪器设备和材料设备数量CSY2001B型传感器系统综合实验台（下称主机）1台光纤转换器1个光纤光电传感器实验模块1块示波器1台螺旋测微仪1把反射镜片1片
2、实验方法、步骤工作原理：本光纤传感器为反射式，光纤采用Y型结构，两束多模光纤合并于一端组 成光纤探头，一束作为接收，另一端作为光源发射，近红外二极管发出的近红外光经光源光 纤照射至被测物，由被测物反射的光信号经接收光纤传输至光电转换器转换为电信号，反射 光的强弱与反射物与光纤探头的距离成一定的比例关系，通过对光强的检测就可得知位置 量的变化。光纤变换器精密位移分尺 光断续召形n_n示波器烦率计-0TTL Vo图1-1反射式光纤位移传感器原理及接线（1）连接主机与实验模块电源线及光纤变换器探头接口，光纤探头探头装上探头支架， 探头垂直对准反射片中央（镀格圆铁片），螺旋测微仪装上支架，以带动反射镜
3、片位移。光电 变换器V0UT端接入主机电压表的“数据采集入”。（2）开启主机电源，调节“光纤变换增益为3V左右，防止过强的背景光照射；旋动测 微仪使探头及紧贴反射镜片（如两外表不平行可稍许扳动光纤探头使两平面吻合），此时V0UT 输出-=0,然后旋动测微仪，使反射镜片离开探头，每隔0.5mm记录一数值于下表。Grayscale Histogram50000 -40000 -30000 -20000 -10000 -0-050200250100150Bins（2）拍摄晴天白天教学楼照片空间分辨率：水平分辨率96dpi,垂直分辨率96dpi暗电流噪声图像去除曝光时间：1/4709 动态范围：Gra
4、yscale Histogram5四、结论同一相机拍出来的不同图片，由于固态传感器没变，故具有相同的空间分辨率，可通过 电脑直接查看图片的空间分辨率属性。暗电流噪声的去除可通过python的CV2模块读取原始图片和暗电流图片，进行相减得 到。曝光时间可直接由电脑查看图片属性得到，信噪比随曝光时间的增加而改善。动态范围可通过python的cv2模块将RGB图片转化为灰度图，在利用matplotlib模块 绘制图像的灰度级动态范围。动态范围（或曝光范围）是相机捕捉的光强的范围，通常表示 为f-Stops. EV （曝光值），或区段（曝光范围），它与噪点密切相关：高噪点意味着低动态 范围。五、问题与
5、讨论1、固态图像传感器的特点，空间分辨率和动态范围。空间分辨率是固态图像传感器拍摄等间隔黑白相间条纹时，能够分辨出的最多条纹数。 动态范围是CMOS图像传感器中很重要的一项评价指标。动态范围指示了 CMOS图 像传感器能够在同一帧图像中同时探测到的最大光强信号和最小光强信号的范围。动态范围 通常用dB形式来表示，其计算公式如下其中Pmax和Pmin分别是最大非饱和光强与最小可探测光强。对于线性响应的传感 器来说，最大非饱和光强对应满阱容量，最小可探测光强对应底噪声，那么动态范围也可以 用满阱容量除以底噪声（e-）来计算。CMOS图像传感器因为受到满阱容量、曝光时间和噪声的限制，其动态范围通常
6、6070dB,但是人眼的动态范围在100dB以上，所以传感器所拍摄的内容很难准确还原人 眼所观察到的场景。实验4温度传感器-热电偶测温实验及热电偶标定一、实验目的与要求1、实验目的（1）了解热电偶的结构及测温工作原理；（2）掌握热电偶校验的基本方法；（3）学习如何定期检验热电偶误差，判断是否及格。2、实验内容和要求观察热电偶，了解温控电加热器工作原理；通过对K型热电偶的测温和校验，了解热 电偶的结构及测温工作原理；掌握热电偶的校验的基本方法；学习如何定期检验热电偶误 差，判断是否合格。二、实验方案1、实验原理（1）由两根不同质的导体熔接而成的闭合回路叫做热电回路，当其两端处于不同温度时 那么回
7、路中产生一定的电流，这说明电路中有电势产生，此电势即为热电势。格电俱科，系统用图4-1热电偶测温原理试验台图（4-1）中T为热端，To为冷端，热电势EQT）=扇。）一扇（冗）（2）以K分度热电偶作为标准热电偶，来校准E分度热电偶。2、实验所需部件K （也可选用其他分度号的热电偶）、E分度热电偶、温控电加热炉、温度传感器实验 模块、数字电压表。3、实验步骤（1）观察热电偶结构（可旋开热电偶保护外套），了解温控电加热器工作原理。温控器：作为热源的温度指示、控制、定温之用。温度调节方式为时间比例式，绿灯 亮时表示继电器吸合电炉加热，红灯亮时加热炉断电。温度设定：拨动开关拨向设定位，调节设定电位器，仪
8、表显示的温度值C。随之变 化，调节至实验所需的温度时停止。然后将拨动开关扳向“测量”侧，接入热电偶控制炉 汩 皿O（注：首次设定温度不应过高，以免热惯性造成加热炉温度过冲）。（2）首先将温度设定在50C。左右，翻开加热开关，（加热电炉电源插头插入主机加热电 源出插座），热电偶插入电加热炉内，K分度热电偶为标准热电偶，冷端接“测试”端，E 分度热电偶接“温控”端，注意热电偶极性不能接反，而且不能断偶，万用表置毫伏档， 当钮子开关倒向“温控”时测E分度热电偶的热电势，待设定炉温到达稳定时用电压表毫 伏档分别测试温控（E）和测试（K）两支热电偶的热电势（直接用电压表在热电偶接线端 测量，钮子开关还是
9、保持倒向“E”分度热电偶方向）。每支热电偶至少测两次求平均值， 并将结果填入表4-1。（3）继续将炉温提高到70C。、90C。、HOC。、130C0和150C。，重复上述实验，观察热 电偶的测温性能，并将对应结果填入下表。（4）因为热电偶冷端温度不为0C。，那么需对所测的热电势值进行修正E（T） = E（T, ） + E（R, To）实际电动势=测量所得电势+温度修正电势 查阅热电偶分度表，上述测量与计算结果对照。（5）校热电偶热电势与标准热电偶温度的绝对误差为AT = T校- T标,相对误差为答 =T校 %标x io。J标I标4、考前须知（1）加热炉温度请勿超过200C。，当加热开始，热电偶
10、一定要插入炉内，否那么炉温会失 控，同样做其它温度实验时也需用热电偶来控制加热炉温。（2）因为温控仪表为E分度，加热炉的温度就必须由E分度热电偶来控制，E分度热电 偶必须接在面板的“温控”端。所以当钮子开关倒向“测试方接入K分度热电偶时，数 字温度表显示的温度并非为加热炉内的温度。三、实验结果和数据处理1、实验接线实物图2、实验数据表热电偶被测量温度50C。70C9OC0HOC0130C150C第1次测量(mV)1.11.92.63.74.65.3标准第2次测量(mV)1.12.02.73.74.65.4热电第3次测量(mV)1.22.12.83.74.65.4偶平均电势(mV)1.132.0
11、2.73.74.65.37(K)修正电势(mV)2.133.03.74.75.66.37分度表温度(C。)537491115137156第1次测量(mV)1.73.54.45.87.38.2被校第2次测量(mV)1.63.54.55.87.28.3热电第3次测量(mV)1.63.54.45.77.18.3偶平均电势(mV)1.633.54.45.777.28.27(E)修正电势(mV)3.1355.97.278.79.77分度表温度(C。)518094114135150两偶绝对误差-263-1-2-6温度 误差相对误差(%)3.928.113.300.871.463.85实验时环境温度：25C
12、0四、问题与讨论1、将平台上的热电偶转换开关打向左边，显示的温度值是否正确？为什么？将转换开关打向左边，知识温度时标准热电偶K测试点温度，显示的温度与E分度热 电偶有差异。当转换开关转向K分度热电偶时，显示的数字温度并非为加热炉内温度，会 引起误差。Xmm 00.51.01.52.02.53.03.54.0（3）要观察光纤传感器输出特性时，把示波器的探头接在光纤位移传感器的变换器V0UT 端，位移距离如再加大，就能观察到特性曲线的前坡与后坡。1. 考前须知（1）光纤请勿成锐角曲折，以免造成内部断裂，端面尤要注意保护，否那么会使光通量衰耗 加大造成灵敏度下降；（2）每台仪器的光电转换器（包括光纤
13、）与转换电路都是单独调配的，请注意与仪器编号 配对使用；（3）实验时注意增益调节，输出最大信号以3V左右为宜，防止过强的背景光照射。三、实验结果和数据处理1.实验接线实物图2. V-X数据表Xmm00.51.01.52.02.53.03.54.0V0.050.401.562.462.973.022.802.462.093. V-X曲线V-X曲线四、结论选用线性范围较好的前坡为测试区域。在本次试验中，位移0.51.5mm时较好的满足 线性化。做出拟合直线如下：灵敏度爪=卷=灵敏度爪=卷=1.5-0.5=2.06五、问题与讨论1. 为什么要分析线性较好的范围？线性变化是一一对应的，特别是可叠加的，
14、而且更重要的是容易标定。标定准确的话, 得到的测量结果就越准确。2. 光纤通信与测量的原理一样吗？不一样，光纤通讯是对信号的传递，利用光的变化进行信号数据的传递。测量是将一种 介质的变化量转换成标准的信号，比方将压力、温度等的变化参数转换成电信号。3. 采用光纤传感器测量位移时，造成测量不准确的因素主要有哪些？如何克服？位移传感器有假设干测量原理，大类分有光学原理和电学原理。光学原理常见的有激光 三角反射式位移传感器和激光脉冲时间差式传感器。二者测量原理不同，会导致误差和测 量不稳定的因素也各不相同。电学原理主要包括电容，电涡流，电感式位移传感器。精密 位移传感器测量不稳定，主要从几个方面找原因。传感器本身的质量和稳定性。跟传感器采用的元器件和制造工艺有很大关系，目前国 内很多传感器标称精度都很高了，但是装上去漂移很久，就是这个原因。温度影响，传感器上电后本身会有一个升温过程，如果环境温度也不稳定，就会带来 测量不稳定。解决的方法是采用受温度影响较小的标准块，间隔一定时间就测量一下标准 块，从而快速补偿由环境温度带来的测量误差。环境光
