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傳感器系統(tǒng)和測量方法
2013-04-20
傳感器系統(tǒng)和測量方法
1、傳感器系統(tǒng)硬件圖2所示為傳感器系統(tǒng)配置，可應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)現(xiàn)場，，由激光源、2個(gè)位敏傳感器、2個(gè)633nm帶通濾波器、會(huì)聚透鏡和光柵組成。光柵的空間頻率為1200line/mm，粘附于試樣的表面。直徑約1mm的He-Ne激光束(632.8mm)入射到光柵平面上的任一點(diǎn)。位敏探測器是基于單片光電二極管的光電子器件。該系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是： ①空間分辨率高于其它器件（如CCD）； ②利用兩個(gè)電壓信號(hào)確定傳感面積上光束的位置，便于信號(hào)的快速處理； ③體積小； ④相對位置分辨率高(1/5000)； ⑤不受光強(qiáng)度變化的影響，因而即使光強(qiáng)變化時(shí)也能精確地測量位置； ⑥光譜靈敏度寬（300到1100nm），因而可利用不同波長的激光束； ⑦響應(yīng)時(shí)間快（<20ms），適于動(dòng)態(tài)應(yīng)變測量。兩個(gè)位敏傳感器的輸出電壓信號(hào)通過A/D轉(zhuǎn)換器送到計(jì)算機(jī)，最大數(shù)據(jù)采樣速率可達(dá)105次/s。兩個(gè)633nm的濾光器可消除背景光，減少噪聲影響。
2、調(diào)節(jié)方法如果激光束不能垂直入射到試樣表面，將引起嚴(yán)重的測量誤差。這種激光束的誤準(zhǔn)直是難以消除的，除非光柵到激光器的反射零級(jí)光束與入射光束重合。這種光束的重合必須沿垂直方向，確保±1級(jí)衍射光束對稱分布。系統(tǒng)調(diào)節(jié)的關(guān)鍵是使入射激光束垂直于試樣表面，必須仔細(xì)檢查光柵是否牢固地粘附于試樣表面，試樣是否完全定位。此外還可調(diào)節(jié)位敏傳感器使衍射±1級(jí)光束正好位于兩個(gè)位敏傳感器平面的中心。
3、測量方法主要測量步驟如下： ①試樣與衍射光柵的準(zhǔn)備工作類似于莫爾干涉儀； ②在100~500mm之間確定位敏傳感器到光柵的距離L，并輸入到計(jì)算機(jī)軟件。不能選擇L=250mm； ③加負(fù)荷前的初始試驗(yàn)是測量x10和x20的平均值； ④對試樣加壓，測量新的x1和x2的平均值； ⑤利用方程(6)計(jì)算應(yīng)變。所有的計(jì)算都是由計(jì)算機(jī)軟件自動(dòng)完成的。
4、接口軟件流程是用LabVIEW完成的，包括數(shù)據(jù)采樣、濾波、計(jì)算、讀出和寫入存儲(chǔ)器、顯示屏等。數(shù)據(jù)處理速度很高，整個(gè)處理周期約0.1s。所有的信號(hào)處理和數(shù)據(jù)采集都是自動(dòng)的。應(yīng)變測量結(jié)果以數(shù)字和圖線的形式連續(xù)地顯示在PC屏上。
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