Главная Учебники - Разные Лекции (разные) - часть 65
Государственный
комитет РФ по
высшему образованию
Московский
государственный
институт электроники
и математики
Кафедра ЭВА
Лабораторная
работа
по курсу
"Метрология
и измерительная
техника"
Исследование
функций преобразования
и метрологических
характеристик
бесконтактных
волоконно-оптических
датчиков перемещений.
Выполнили
студенты группы
С-45
Голышевский
А.
Костарев
В.
Куприянов
Ю.
Сапунов Г.
Преподаватель
Зак Е.А.
Москва 1998
Цель работы:
Освоение методик
определения
основных
метрологических
и эксплуатационных
характеристик
первичных
измерительных
преобразователей
информации
на примере
бесконтактного
волоконно-оптического
датчика перемещений. Используемое
оборудование:
волоконно-оптический
датчик перемещения,
специальный
штатив с возможностью
контроля перемещений,
цифровой вольтметр,
микрометрический
винт, четыре
различных типа
поверхности. Алгоритм
получения
результатов. Волоконно-оптический
датчик подключают
к цифровому
вольтметру. Часть
1. Нахождение
функции преобразования. Изменяя
расстояние
между датчиком
и поверхностью,
находим положение
датчика, при
котором напряжение
на выходе датчика
будет максимальным. Находим
точку перегиба
функции преобразования.
Для этого измеряем
напряжение
в нескольких
точках при
x Расстояние
до xmax, мкм
Дальнейшие
измерения
расстояния
будут вестись
относительно
точки х0,
соответствующей
напряжению
( + )/2 = В Находим
напряжение
в 10 точках, в две
стороны от х0
с шагом
100 мкм. Измерение
в каждой точке
производится
6 раз. Для
каждого расстояния
находим
среднеквадратическое
отклонение,
относительную
погрешность
и доверительный
интервал. 0,004082483 По
средним значениям
напряжения
и с учетом
доверительного
интервала
строим график
функции преобразования
датчика: График
можно аппроксимировать
кубическим
полиномом где: j=
0,1... - номер
экспериментальной
точки функции
преобразования; n
- число полученных
значений
функции
преобразования
(n=11); Aj
- отклик ВОД
при j-ом значении
входного
параметра;
хi
- приращение
входного
параметра
(хi=0,1
мм). Часть
2. Исследование
влияния условий
(типа поверхности)
на функцию
преобразования. Измерения
производятся
для четырех
типов поверхности:
белая бумага,
черная бумага
и текстолит
с двух сторон.
Измеряем напряжение
на выходе датчика
в точках от x=0
до значения,
при котором
напряжение
будет максимальным,
с шагом 200 мкм.
Часть
3. Выводы. Работа
волоконно-оптического
датчика зависит
от состояния
поверхности
рабочей
пластины,
ее коэффициента
отражения
и степени
рассеивания
света при
отражении
от поверхности.
Функция
преобразования
датчика
индивидуальна
для каждого
сочетания
датчик —
поверхность.
Размер (длина)
рабочего
участка
характеристики
определяется
рассеиванием
света от
поверхности,
а угол наклона
— коэффициентом
отражения
света. Датчик
характеризуется
полным отсутствием
влияния на
объект. Погрешность
(абсолютная)
микрометра
при измерениях
составляла
5 мкм. А погрешность
вольтметра
— во втором
знаке после
запятой, то
есть при измерениях
с металлической
пластиной
она составила
до 0,05 Вольта.
Вольтметр
обладает
тремя с половиной
разрядами,
но случайная
погрешность
из-за непрерывного
изменения
показаний
в данном случае
оказалась
выше.
Государственный
комитет РФ по
высшему образованию
Московский
государственный
институт электроники
и математики
Кафедра ЭВА
Лабораторная
работа
по курсу
"Метрология
и измерительная
техника" Исследование
функций преобразования
и метрологических
характеристик
бесконтактных
волоконно-оптических
датчиков перемещений.
Выполнили
студенты группы
С-44
Миловидов
А.Н.
Кравченко
Т.Е.
Миляков
И.Н.
Преподаватель
Зак Е.А.
Москва 1998
Цель работы:
Освоение методик
определения
основных
метрологических
и эксплуатационных
характеристик
первичных
измерительных
преобразователей
информации
на примере
бесконтактного
волоконно-оптического
датчика перемещений. Используемое
оборудование:
волоконно-оптический
датчик перемещения,
специальный
штатив с возможностью
контроля перемещений,
цифровой вольтметр,
микрометрический
винт, четыре
различных типа
поверхности. Алгоритм
получения
результатов. Волоконно-оптический
датчик подключают
к цифровому
вольтметру. Часть
1. Нахождение
функции преобразования. Изменяя
расстояние
между датчиком
и поверхностью,
находим положение
датчика, при
котором напряжение
на выходе датчика
будет максимальным. Находим
точку перегиба
функции преобразования.
Для этого измеряем
напряжение
в нескольких
точках при
x Расстояние
до xmax, мкм
Дальнейшие
измерения
расстояния
будут вестись
относительно
точки х0,
соответствующей
напряжению
(1,78+0,92)/2 = 1,36 В Находим
напряжение
в 10 точках, в две
стороны от х0
с шагом
100 мкм. Измерение
в каждой точке
производится
6 раз. Для
каждого расстояния
находим
среднеквадратическое
отклонение,
относительную
погрешность
и доверительный
интервал. Среднеквадр.
отклонение 1,67% По
средним значениям
напряжения
и с учетом
доверительного
интервала
строим график
функции преобразования
датчика: Г где: j=
0,1... - номер
экспериментальной
точки функции
преобразования; n
- число полученных
значений
функции
преобразования
(n=11); Aj
- отклик ВОД
при j-ом значении
входного
параметра;
хi
- приращение
входного
параметра
(хi=0,1
мм). Часть
2. Исследование
влияния условий
(типа поверхности)
на функцию
преобразования. Измерения
производятся
для четырех
типов поверхности:
отражающая
поверхность,
белая бумага,
черная бумага
и текстолит.
Измеряем напряжение
на выходе датчика
в точках от x=0
до значения,
при котором
напряжение
будет максимальным,
с шагом 200 мкм.
Часть
3. Выводы. Работа
волоконно-оптического
датчика зависит
от состояния
поверхности
рабочей
пластины,
ее коэффициента
отражения
и степени
рассеивания
света при
отражении
от поверхности.
Функция
преобразования
датчика
индивидуальна
для каждого
сочетания
датчик —
поверхность.
Размер (длина)
рабочего
участка
характеристики
определяется
рассеиванием
света от
поверхности,
а угол наклона
— коэффициентом
отражения
света. Датчик
характеризуется
полным отсутствием
влияния на
объект. Погрешность
(абсолютная)
микрометра
при измерениях
составляла
5 мкм. А погрешность
вольтметра
— во втором
знаке после
запятой, то
есть при измерениях
с металлической
пластиной
она составила
до 0,05 Вольта.
Вольтметр
обладает
тремя с половиной
разрядами,
но случайная
погрешность
из-за непрерывного
изменения
показаний
в данном случае
оказалась
выше.
МИНИСТЕРСТВО
ОБРАЗОВАНИЯ
РФ
МОСКОВСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОНИКИ
И
МАТЕМАТИКИ
МЕТОДИЧЕСКИЕ
УКАЗАНИЯ к
лабораторным
работам по
курсу "Основы
метрологии
и измерительной
техники".
Факультет
автоматики
и
вычислительной
техники
Кафедра
"Электронно-
вычислительная
аппаратура
Москва
- 1998
Изучение
и исследование
средств измерений
электрических
и неэлектрических
величин.
Методические
указания к
лабораторным
работам являются
составной
частью программы
по дисциплине
"Основы метрологии
и измерительной
техники " , изучаемой
студентами
2-го курса специальности
2101 - ЭВМ. системы
, комплексы и
сети.
Лабораторные
работы выполняются
в объеме 18 часов.
Основным
содержанием
лабораторных
работ является
получение
практических
навыков работы
с современными
измерительными
приборами,
изучение методик
определения
основных
метрологических
характеристик
измерительных
преобразователей
и построение
алгоритмов
практического
применения
преобразователей
в системах с
электронно-вычислительной
аппаратурой. Часть
2-3. Исследование
функций преобразования
и метрологических
характеристик
бесконтактных
волоконно-
оптических
датчиков перемещений. 1.Цель
работы, ее краткое
содержание.
Целью данной
работы является
освоение методик
определения
основных
метрологических
и эксплуатационных
характеристик
первичных
измерительных
преобразователей
информации
на примере
бесконтактного
волоконно-
оптического
датчика перемещений
, а также разработка
алгоритма
адаптации в
системы ,содержащие
средства
вычислительной
техники. 2.Теоретические
сведения.
Исследуемый
в лабораторной
работе бесконтактный
волоконно-оптический
преобразователь
перемещений
представляет
собой систему
состоящую из
источника
излучения
,примо- предающего
волоконно-
оптического
канала и фотоприемника.
Здесь поток
излучения от
источника 1
вводится в
предающий
световод 2 и
на его выходе
формируется
расходящийся
поток излучения
в виде конуса,
ограниченного
апертурой
оптических
волокон. При
падении потока
на поверхность
объекта часть
его отражается
и попадает в
приемный световод
3 ,проходит по
нему в фотоприемник
4, где преобразуется
в электрический
сигнал. Если
изменять расстояние
между торцом
приемо- предающего
световода от
нуля , то премещение
и выходной ток
фотоприемника
связаны зависимостью
, показанной
на рисунке 2. Рис.1
Схема волконно-оптического
Рис2 Типичная
зависимость
датчика.
Зависимость
имеет восходящий
участок, обусловленный
увеличением
потока, попадающего
в приемный
световод, участок
максимума ,где
наступает
равновесие
между потоком,
входящим в
приемный канал
и выходящим
за его пределы
и падающий
участок , где
преобладает
поток ,выходящий
за границу
приемного
световода.
На характеристике
видны два
квазилинейных
участка из
которых могут
быть сформированы
функции
преобразования
ВОД , являющиеся
основной
метрологической
характеристикой.
Наиболее часто
для преобразования
перемещения
в электрический
сигнал используется
восходящий
участок , гду
крутизна существенно
больше.
Преобразователи
такого типа
, получившие
применение
для бесконтактного
преобразования
перемещений
в электрический
сигнал в сложных
условиях окружающей
среды , имеют
индивидуальные
функции
преобразования
и для каждого
экземпляра
определяются
отдельно.
Функция
преобразования
на восходящем
участке с
достаточной
степенью точности
можно апроксимировать
полиномом
третьей степени: Коэффициенты
определяются
из соотношений: А
=
--------------------------------------------------------------------------- А
=
---------------------------------------------------------------------------------- А
=
-------------------------------------------------------------------------------------- А
=---------------------------------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------- где-
= 0,1... - номер экспериментальной
точки функции
преобразования; -
число полученных
значений функции
преобразования
; А
-отклик ВОД
при - ом значении
входного параметра;
х
- приращение
входного параметра.
Положение
начальной
установки
датчика относительно
отражающей
поверхности
определяется
точкой перегиба
функции .
3. Оборудование
лабораторного
стенда
При проведении
экспериментальных
исследований
в данной работе
используется
следующее
оборудование: осциллограф,
цифровой вольтметр,
специальный
штатив с возможностью
контроля перемещений
,волоконно-оптический
датчик.
Питание
волоконно-оптического
датчика осуществляется
от централизованного
источника
питания.
4. Методика
проведения
работы. 1.
Изучить описание
проведения
лабораторной
работы. 2.
Подготовить
измерительную
установку к
работе. Для
этого необходимо: включить
питание датчика, включить
измерительные
приборы и дать
им прогреться
в течении 15 мин.; установить
терец световода
над исследуемым
участком отражающей
поверхности; подключить
выход ВОД ко
входу цифрового
вольтметра. 3.
Снять и построить
функцию преобразования
ВОД . Для этого
необходимо: -отвести
общий торец
световода с
помощью микрометричекой
пары до положения,
когда на вольтметре
появится максимальное
значение напряжения: -подводя
общий торец
световода к
отражающей
поверхности
через каждые
500 мкм зафиксировать
и записать
значения показаний
вольтметра; -определить
примерное
положение точки
перегиба функции
преобразования
как
-установить
преобразователь
в положение
соответствующее
этой точке по
показанию
вольтметра; -отводя
датчик вверх
и вниз от точки
перегиба снять
показания
вольтметра
через каждые
500 мкм; -повторить
эти действия
10 раз, данные
занести в таблицу. 4.
По данным
экспериментального
исследования
построить
функцию преобразования
по средним
значениям
экспериментальных
точек. 5.
По этим же данным
определить: -максимальное
значение
доверительного
интервала для
Р=0,95 ,используя
таблицы Стьюдента: -гистограмму
распределения
погрешностей. 6.Построить
алгоритм и
вычислить
коэффициенты
апроксимирующего
полинома. 7.
Провести исследование
влияния одного
из дестабилизирующих
факторов по
указанию
преподавателя.
5. Требование
к отчету по
выполненной
работе. В
отчет по лабораторной
работе необходимо
включить: 1.
Цель работы. 2.
Структурную
схему определения
параметров
ВОД. 3.
Протоколы
измерений. 4.
Графические
зависимости. 5.
Алгоритм расчета
и величины
коэффициентов
апроксимирующей
функции. |