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文档简介

基于光纤传感器微位移测量系统的设计

Y型光纤传感器测量位移

姓名：陶陶

导师：范范学号：20120511233前言

位移是工业产品重要的特征参数，过去的位移测量方法是依靠机械接触，可是在现代工业生产中,加工精度和技术指标都越来越高，所以需要一个新型、快速、柔性好、能直接在生产过程中进行非破坏性产品质量检测的测量方法。光纤传感器应运而生,它具有常规检测技术不可比拟的诸多优点：体积小、适应性强、抗电磁干扰、灵敏度高等，因而各种光纤传感器已经广泛应用于工业，军事和医疗等广大领域。

本文内容主要分为三大板块：第一板块介绍了微位移测量的发展；第二板块介绍了基于光纤传感器的位移测量系统的整体设计；第三板块主要是对全文的总结。微位移测量的发展

微位移测量技术的发展历程主要向两个方向发展：（1）建立在新概念基础上的测量技术，利用量子物理和微观物理中最新的研究成果，将其应用于测量系统中，该技术将成为微位移测量的发展趋势。（2）在传统测量方法的基础上，应用先进的测试仪器来解决微细加工和应用物理中的微位移测量问题，通过对各种测试技术的分析来找出改进措施或者新的测试方法。实物的设计

本设计选用使用很广泛的MCS-51系列单片机中的8051单片机。本系统的电路设计方面主要包括He-Ne激光器、波形发生器lm567一块、8051单片机一块、AD转换芯片ICL7109一块、运算放大器ICL7650一块、运算放大器OPA4277一块、显示屏LCD1602一块。下面主要对各部位器件的选择、电路的设计以及重要芯片的引脚和功能进行介绍。2.1

基于光纤传感器微位移测量系统框图2.2设计原理

如下图所示：光纤采用Y型结构，测量端面要平整并垂直于轴线，测量时光纤轴线与被测面垂直。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，最后由光电转换探测器件接收，探测器件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着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，到达最大值点又随两者的距离增加而减小。在得到电压与距离的关系之后就可以通过单片机的处理将电压转换成距离显示出来。如下图所示：2.3

光源驱动电路设计

光源选择650nm峰值波长的He-Ne激光器，它在工作过程中，输出功率会随时间做周期性的或随即的波动，具有光束质量好、单色质量好、稳定性高和在可见光区的优点。我们对光源信号进行调制处理后使系统不受环境光变化的影响，这样激光管就处于脉冲状态，便于后续电路进行滤波处理以及

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