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.