Namen vaje Spoznavanje osnovnih fiber-optičnih in optomehanskih komponent Spoznavanje načela delovanja in praktične uporabe odbojnostnega senzorja z optičnimi vlakni, Delo z merilnimi instrumenti (signal-generator, osciloskop)
Naloga 1. Umerjanje senzorja z optičnimi vlakni za merjenje mehanskega pomika (linearnost, merilno območje, vpliv odbojnosti merjenca) 2. Praktična uporaba senzorja merjenje frekvenčne karakteristike zvočnika
Teorija delovanja SVETLOBNI IZVOR SPREJEMNA FOTODIODA oddajno vlakno n o w(2 D) 2ρ θ Ν Α r 2ρ n j D sprejem no vlakno 2 D ODDAJNO VLAKNO SPREJEMNO VLAKNO SONDA ZRCALNA POVRŠINA -3 Razmerje moči [10 ] - kot svetlobnega stožca (θ) je odvisen od numerične odprtine vlakna - površina prečnega prereza svetlobnega stožca je odvisna od oddaljenosti vlakna od tarče (D), skladno se spreminja svetlobna intenziteta - delež odbite svetlobe v sprejemno vlakno zaznavamo s fotodiodo (merjeni signal) 20 16 12 8 4 0 0 A B Oddajno vlakno 2 4 6 8 w(2d) D [mm] A B C r = 2,4 mm r = 1 mm C Sprejemno vlakno
simulacija pomika površine (mikrometerski vijak, 10µm/razdelek) senzor (konica optičnega vlakna) tarča (površina merjenca) 1. naloga: umerjanje senzorja POSTOPEK: -nastavimo zrcalno tarčo (zrcalo) oziroma disperzijsko tarčo (bel papir) pod senzorjem - nastavimo senzor tako, da se konica vlakna DOTAKNE tarče - z mikrometerskim vijakom POVEČUJEMO razdaljo med tarčo in konico vlakna in beležimo detektirani signal (odčitek na voltmetru). Inkrement pomika naj bo 1/20 območja zaznavnih sprememb signala (20 odčitkov) - narišemo odvisnost signala [V] od odmika vlakna [mm] - določimo aktualno merilno območje (ma. občutljivost in linearnost) Signal fotodiode spremljamo z voltmetrom Signal fotodiode [V] uporabno merilno območje? linearnost? Odmik [mm]
2. naloga: merjenje frekvenčne karakteristike zvočnika nastavitev merilnega območja (mikrometerski vijak, 10µm/razdelek) Signal fotodiode spremljamo z osciloskopom senzor (konica optičnega vlakna) tarča (membrana zvočnika) nihanje membrane zvočnika generiramo s signal generatorjem (sinusno vzbujanje) POSTOPEK: - nastavimo tarčo na membrani zvočnika pod senzorjem - senzor nastavimo na odmik, ki pogojuje linearno merilno območje (merimo AC sinusno nihanje) - nastavimo frekvenco in amplitudo vzbujanja membrane zvočnika (signal generator) in opazujemo odgovor senzorja (osciloskop glej navodilo o ravnanju). Frekvenčno območje meritve naj bo okoli 1. lastne frekvence membrane (približno 20 meritev). - narišemo odvisnost amplitude signala [V] od frekvence vzbujanja [Hz] - glede na umeritev (1. naloga) izračunamo dejanske amplitude nihanja membrane [mm]
2. naloga: merjenje frekvenčne karakteristike zvočnika Amplituda signala fotodiode [V] frekvenca [Hz] Amplituda pomika membrane [mm] frekvenca [Hz] UMERITVENA KRIVULJA SENZORJA
Delitev nalog po skupinah: 1. Umerjanje senzorja na disperzijski beli tarči (bel papir), merjenje frekvenčne karakteristike zvočnika v območju 20 do 150 Hz (korak 10 Hz, izračun amplitud pomika [mm]), 2. Umerjanje senzorja na disperzijski beli (bel papir) in disperzijski srebrni (Al folija) tarči (primerjava!), meritev amplitude nihanja membrane [mm] pri frekvenci 100 Hz, 3. Umerjanje senzorja na disperzijski beli (bel papir) in zrcalni (zrcalo) tarči (primerjava!), meritev amplitude nihanja membrane [mm] pri frekvenci 50 Hz,
Navodilo o ravnanju z osciloskopom Drsnik za odčitavanje amplitude Graf signala Odčitek amplitude Vklop/izklop osciloskopa Gumb za avtomatsko proženje Gumb za ustavitev proženja Nastavljanje višine drsnika za odčitavanje amplitude
Navodilo o ravnanju s signal-generatorjem Prikaz nastavljene vrednosti Oblika signala (sinusni) Izbira vrednosti (frekvenca ali amplituda Gumbi za vnos vrednosti Vnos (enter) Zvezno spreminjanje vrednosti