Реферат: Исследование функций преобразования и метрологических характеристик бесконтактных волоконно-оптических датчиков перемещений
Государственный комитет РФ повысшему образованию
Московский государственный институт электроники и математики
Кафедра ЭВА
Лабораторная работа
по курсу «Метрология иизмерительная техника»
Исследование функцийпреобразования и метрологических характеристик бесконтактныхволоконно-оптических датчиков перемещений.
Выполнили студенты группы С-45
Голышевский А.
Костарев В.
Куприянов Ю.
Сапунов Г.
Преподаватель
Зак Е.А.
Москва 1998
<span Times New Roman",«serif»;mso-fareast-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language:AR-SA">Цель работы:Освоение методик определения основныхметрологических и эксплуатационных характеристик первичных измерительныхпреобразователей информации на примере бесконтактного волоконно-оптическогодатчика перемещений.
Используемое оборудование:волоконно-оптический датчик перемещения, специальный штатив с возможностьюконтроля перемещений, цифровой вольтметр, микрометрический винт, четыреразличных типа поверхности.
Алгоритм получения результатов.
Волоконно-оптический датчик подключают к цифровому вольтметру.
Часть 1.Нахождение функциипреобразования.
1.<span Times New Roman"">
Изменяя расстояние между датчиком и поверхностью,находим положение датчика, при котором напряжение на выходе датчика будетмаксимальным.2.<span Times New Roman"">
Находим точку перегиба функции преобразования. Дляэтого измеряем напряжение в нескольких точках при x<xmax,находим, на каком интервале самое большое изменение показаний вольтметра. Точкаперегиба — внутри этого интервала.Расстояние до xmax, мкм
Показания вольтметра, В
Разность соседних показаний, В
-300
-600
-900
-1200
-1500
-1800
Дальнейшие измерения расстояния будут вестисьотносительно точки х0, соответствующей напряжению ( + )/2 = В
3.<span Times New Roman"">
Находим напряжение в 10 точках, в две стороны от х0с шагом 100 мкм. Измерение в каждой точке производится 6 раз.Результаты измерений и средние значения
x, мкм
U, B
Uср, В
-500
0,24
0,24
0,24
0,24
0,24
0,24
0,24
-400
0,38
0,37
0,37
0,36
0,37
0,37
0,37
-300
0,56
0,56
0,56
0,55
0,56
0,56
0,558333
-200
0,8
0,79
0,79
0,78
0,79
0,79
0,79
-100
1,06
1,04
1,05
1,04
1,05
1,05
1,048333
1,36
1,36
1,34
1,33
1,34
1,34
1,345
100
1,64
1,72
1,68
1,62
1,62
1,63
1,651667
200
2
2,01
2
1,9
1,9
1,95
1,96
300
2,25
2,3
2,26
2,2
2,19
2,2
2,233333
400
2,5
2,55
2,52
2,47
2,45
2,46
2,491667
500
2,77
2,74
2,73
2,66
2,66
2,69
2,708333
4.<span Times New Roman"">
Для каждого расстояния находим среднеквадратическоеотклонение, относительную погрешность и доверительный интервал.Расчет погрешностей
x, мкм
Среднеквадр. отклонение
Относительная погрешность
Доверительный интервал
-500
0,00%
0,000000
-400
0,006324555
1,71%
0,016444
-300
0,004082483
0,73%
0,010614
-200
0,006324555
0,80%
0,016444
-100
0,007527727
0,72%
0,019572
0,012247449
0,91%
0,031843
100
0,040207794
2,43%
0,104540
200
0,050990195
2,60%
0,132575
300
0,043665394
1,96%
0,113530
400
0,038686776
1,55%
0,100586
500
0,045350487
1,67%
0,117911
<img src="/cache/referats/1056/image003.gif" v:shapes="_x0000_s1031"> <img src="/cache/referats/1056/image004.gif" v:shapes="_x0000_s1030">
5.<span Times New Roman"">
По средним значениям напряжения и с учетомдоверительного интервала строим график функции преобразования датчика:График можно аппроксимировать кубическим полиномом
<img src="/cache/referats/1056/image006.gif" v:shapes="_x0000_i1025"> , где коэффициентыопределяются по формулам:
<img src="/cache/referats/1056/image008.gif" v:shapes="_x0000_i1026">
<img src="/cache/referats/1056/image010.gif" v:shapes="_x0000_i1027">
<img src="/cache/referats/1056/image012.gif" v:shapes="_x0000_i1028">
<img src="/cache/referats/1056/image014.gif" v:shapes="_x0000_i1029">
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;
Dхi — приращение входного параметра (Dхi=0,1 мм).
Часть 2.Исследование влиянияусловий (типа поверхности) на функцию преобразования.
Измерения производятся для четырех типов поверхности: белая бумага, чернаябумага и текстолит с двух сторон. Измеряем напряжение на выходе датчика вточках от x=0 до значения, при котором напряжение будет максимальным, с шагом200 мкм.
x, мкм
Тип поверхности
отражающая
белая
черная
текстолит
0,37
0,53
0,048
0,35
200
0,43
0,65
0,127
0,35
400
0,47
0,82
0,145
0,355
600
0,575
1,02
0,173
0,36
800
0,7
1,24
0,187
0,365
1000
0,89
1,44
0,2
0,372
1200
1,245
1,66
0,203
0,38
1400
1,62
1,8
0,21
0,38
1600
1,9
1,87
0,21
0,38
1800
2,15
1,93
0,205
0,385
2000
2,4
1,95
0,2
0,38
2200
2,5
1,94
0,19
0,375
2400
2,48
1,93
0,18
0,37
2600
2,47
1,92
<span Times New Roman",«serif»;mso-fareast-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language:AR-SA"> <img src="/cache/referats/1056/image016.gif" v:shapes="_x0000_s1033">
Часть 3.Выводы.
Работаволоконно-оптического датчика зависит от состояния поверхностирабочей пластины, ее коэффициента отражения и степени рассеиваниясвета при отражении от поверхности. Функция преобразования датчикаиндивидуальна для каждого сочетания датчик — поверхность. Размер(длина) рабочего участка характеристики определяется рассеиваниемсвета от поверхности, а угол наклона — коэффициентом отражениясвета. Датчик характеризуется полным отсутствием влияния на объект.
Погрешность(абсолютная) микрометра при измерениях составляла 5 мкм. А погрешностьвольтметра — во втором знаке после запятой, то есть при измерениях сметаллической пластиной она составила до 0,05 Вольта. Вольтметр обладаеттремя с половиной разрядами, но случайная погрешность из-за непрерывногоизменения показаний в данном случае оказалась выше.