第３３卷第２期大学物理实验
Ｖｏｌ.３３Ｎｏ.２２０２０
年４月
ＰＨＹＳＩＣＡＬＥＸＰＥＲＩＭＥＮＴＯＦＣＯＬＬＥＧＥ
Ａｐｒ.２０２０
收稿日期:２０１９￣１１￣２７usb暖手鼠标垫
光纤探头
基金项目：甘肃省教育厅高等学校科研项目(２０１８Ａ￣０２７)ꎻ兰州交通大学校内课题项目(２０１９０３０)∗通讯联系人 文章编号:１００７￣２９３４(２０２０)０２￣００２２￣０３
薛思敏∗ꎬ史明哲
(兰州交通大学数理学院ꎬ甘肃兰州㊀７３００７０)
摘要：利用反射式光纤位移传感器在输出电流为２０ｍＡ的条件下ꎬ选用线性度较好的１.１０~１.６５
ｍｍ位移区曲线为定标曲线ꎬ测量钢丝在加载情况下的微小伸长量ꎬ计算钢丝的杨氏模量ꎮ与光杠杆法相比较ꎬ测量误差小ꎬ准确度高ꎮ关
键
电石生产工艺词：光纤位移传感器ꎻ微小位移ꎻ杨氏模量
中图分类号:Ｏ４￣３３
文献标志码:Ａ
ＤＯＩ:１０.１４１３９/ｊ.ｃｎｋｉ.ｃｎ２２￣１２２８.２０２０.０２.００６
㊀㊀近年来ꎬ随着光纤技术的发展ꎬ光纤传感器的应用越来越受到人们的重视ꎬ几乎涉及国民经济和国防上所有重要领域和人们的日常生活ꎬ如用于位移㊁压力㊁弯曲㊁温度㊁浓度和应变等物理量的测量ꎮ利用反射式光纤位移传感器测量钢丝的杨氏模量ꎬ与传统的光杠杆法比较ꎬ测量结果的精确度有明显提高ꎬ同时能有效培养学生的创新思维和创新能力[１￣４]ꎮ
１㊀实验原理
１.１㊀杨氏模量
设有一截面积为Ｓꎬ长度为Ｌ的金属丝ꎬ沿长度方向施力Ｆ后ꎬ其长度改变了δＬꎬ金属丝单位面积受到
的拉力Ｆ/Ｓ称为应力ꎬ而单位长度的伸长量δＬ/Ｌ称为应变ꎮ根据胡克定律ꎬ在弹性限度内ꎬ线状固体应变与所受应力成正比[５]ꎬ即
ＦＳ＝ＹδＬＬꎬ则㊀Ｙ＝Ｆ/ＳδＬ/Ｌ
(１)
药盒印刷Ｙ为杨氏弹性模量ꎮ杨氏模量与外力㊁物体长度以及截面积的大小均无关ꎬ而只取决于物体的材料本身的性质ꎬ是表征固体性质的一个物理量ꎮ 对于直径为ｄ的钢丝ꎬ由于截面积Ｓ＝πｄ２
/４ꎬ
则有
Ｙ＝
三维打印
４ＦＬπｄ２δＬ
(２)
钢丝的伸长量δＬ由光纤位移传感器测量得到ꎮ
１.２㊀光纤传感器
i3dg反射式光纤位移传感器的工作原理如图１所示ꎮ光从光源耦合到输入光纤射向被测物体ꎬ然后经过反射到另一光纤ꎬ最终由探测器接收ꎮ传感器探头由接收光纤Ａ和发射光纤Ｂ组成ꎬ光源发出的光经发射光纤照射至物体表面Ｍꎬ形成发射光锥ꎮ反射光锥经反射面反射后其与接收光纤相叠合的部分由接收光纤接收ꎮ二者叠合的面积随着被测物体表面与光纤端面之间的距离变化而变化ꎬ可由传感器显示的光强数值表现出来ꎮ因此ꎬ可以由输出的光强大小来推断其位移量的相关数值[６￣８]ꎮ
图１ 光纤位移传感器的工作原理图
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