| | | Результаты измерений. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Результаты измерений и средние значения |
Расчет погрешностей |
|
x, мкм * |
|
|
U, B |
|
|
|
Uср, В |
x, мкм |
Относительная погрешность |
Абсолютная погрешность |
Среднеквадр. отклонение |
Доверительный интервал |
|
-500 |
0.24 |
0.24 |
0.24 |
0.24 |
0.24 |
0.24 |
0.24 |
-500 |
0.00% |
0 |
0 |
0.000000 |
|
-400 |
0.38 |
0.37 |
0.37 |
0.36 |
0.37 |
0.37 |
0.37 |
-400 |
0.90% |
0 |
0.01 |
0.016444 |
|
-300 |
0.56 |
0.56 |
0.56 |
0.55 |
0.56 |
0.56 |
0.56 |
-300 |
0.50% |
0 |
0 |
0.010614 |
|
-200 |
0.8 |
0.79 |
0.79 |
0.78 |
0.79 |
0.79 |
0.79 |
-200 |
0.42% |
0 |
0.01 |
0.016444 |
|
-100 |
1.06 |
1.04 |
1.05 |
1.04 |
1.05 |
1.05 |
1.05 |
-100 |
0.53% |
0.01 |
0.01 |
0.019572 |
|
0 |
1.36 |
1.36 |
1.34 |
1.33 |
1.34 |
1.34 |
1.35 |
0 |
0.74% |
0.01 |
0.01 |
0.031843 |
|
100 |
1.64 |
1.72 |
1.68 |
1.62 |
1.62 |
1.63 |
1.65 |
100 |
1.95% |
0.03 |
0.04 |
0.104540 |
|
200 |
2 |
2.01 |
2 |
1.9 |
1.9 |
1.95 |
1.96 |
200 |
2.21% |
0.04 |
0.05 |
0.132575 |
|
300 |
2.25 |
2.3 |
2.26 |
2.2 |
2.19 |
2.2 |
2.23 |
300 |
1.64% |
0.04 |
0.04 |
0.113530 |
|
400 |
2.5 |
2.55 |
2.52 |
2.47 |
2.45 |
2.46 |
2.49 |
400 |
1.27% |
0.03 |
0.04 |
0.100586 |
|
500 |
2.77 |
2.74 |
2.73 |
2.66 |
2.66 |
2.69 |
2.71 |
500 |
1.42% |
0.04 |
0.05 |
0.117911 |
|
* Отсчет ведется от расстояния, соответствующего максимальному наклону характеристик |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Исследование влияния дестабилизирующих факторов на функцию преобразования. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x, мкм |
отражающая |
белая |
черная |
текстолит |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
0.37 |
0.53 |
0.05 |
0.35 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
200 |
0.43 |
0.65 |
0.13 |
0.35 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
400 |
0.47 |
0.82 |
0.15 |
0.36 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
600 |
0.58 |
1.02 |
0.17 |
0.36 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
800 |
0.7 |
1.24 |
0.19 |
0.37 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1000 |
0.89 |
1.44 |
0.2 |
0.37 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1200 |
1.25 |
1.66 |
0.2 |
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 |
0.21 |
0.39 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2000 |
2.4 |
1.95 |
0.2 |
0.38 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2200 |
2.5 |
1.94 |
0.19 |
0.38 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2400 |
2.48 |
1.93 |
0.18 |
0.37 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2600 |
2.47 |
1.92 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Результаты измерений. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Результаты измерений и средние значения |
Расчет погрешностей |
|
x, мкм * |
|
|
U, B |
|
|
|
Uср, В |
x, мкм |
Относительная погрешность |
Абсолютная погрешность |
Среднеквадр. отклонение |
Доверительный интервал |
|
-1000 |
0.51 |
0.51 |
0.51 |
0.51 |
0.51 |
0.51 |
0.51 |
-1000 |
0.00% |
0 |
0 |
0.000000 |
|
-800 |
0.5 |
0.51 |
0.51 |
0.5 |
0.51 |
0.51 |
0.51 |
-800 |
0.88% |
0 |
0.01 |
0.013426 |
|
-600 |
0.51 |
0.56 |
0.53 |
0.52 |
0.53 |
0.55 |
0.53 |
-600 |
2.71% |
0.01 |
0.02 |
0.048409 |
|
-400 |
0.7 |
0.81 |
0.75 |
0.73 |
0.73 |
0.74 |
0.74 |
-400 |
3.29% |
0.02 |
0.04 |
0.095412 |
|
-200 |
1.2 |
1.16 |
1.23 |
1.22 |
1.19 |
1.21 |
1.2 |
-200 |
1.53% |
0.02 |
0.02 |
0.064565 |
|
0 |
1.9 |
1.87 |
1.85 |
1.91 |
1.84 |
1.86 |
1.87 |
0 |
1.19% |
0.02 |
0.03 |
0.072459 |
|
200 |
2.4 |
2.5 |
2.35 |
2.4 |
2.45 |
2.4 |
2.42 |
200 |
1.61% |
0.04 |
0.05 |
0.134263 |
|
400 |
3 |
3.1 |
3 |
3 |
3.1 |
3.1 |
3.05 |
400 |
1.64% |
0.05 |
0.05 |
0.142408 |
|
600 |
3.4 |
3.5 |
3.5 |
3.6 |
3.5 |
3.6 |
3.52 |
600 |
1.58% |
0.06 |
0.08 |
0.195721 |
|
800 |
3.8 |
3.9 |
3.8 |
3.8 |
3.7 |
3.8 |
3.8 |
800 |
0.88% |
0.03 |
0.06 |
0.164438 |
|
1000 |
4 |
4.1 |
4.1 |
4.1 |
4.1 |
4.1 |
4.08 |
1000 |
0.68% |
0.03 |
0.04 |
0.106145 |
|
* Отсчет ведется от расстояния, соответствующего максимальному наклону характеристик |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Исследование влияния дестабилизирующих факторов на функцию преобразования. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
стеклотекстолит |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x, мкм |
копирка |
белая бумага |
жёлтый |
белый |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
0.03 |
0.83 |
0.91 |
0.71 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
200 |
0.03 |
0.94 |
0.93 |
0.75 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
400 |
0.03 |
1.11 |
0.95 |
0.79 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
600 |
0.04 |
1.31 |
0.98 |
0.86 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
800 |
0.06 |
1.49 |
0.99 |
0.92 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1000 |
0.08 |
1.64 |
1 |
0.96 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1200 |
0.1 |
1.72 |
1 |
0.99 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1400 |
0.12 |
1.85 |
1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1600 |
0.13 |
1.85 |
1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1800 |
0.14 |
1.85 |
1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2000 |
0.14 |
1.84 |
1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2200 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2400 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2600 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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
xmax,
находим, на
каком интервале
самое большое
изменение
показаний
вольтметра.
Точка перегиба
- внутри этого
интервала.
Расстояние
до xmax, мкм
|
Показания
вольтметра,
В |
Разность
соседних
показаний,
В |
0 |
|
|
-300 |
|
|
-600 |
|
|
-900 |
|
|
-1200 |
|
|
-1500 |
|
|
-1800 |
|
|
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.
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 |
0 |
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 |
Для
каждого расстояния
находим
среднеквадратическое
отклонение,
относительную
погрешность
и доверительный
интервал.
Расчет погрешностей |
|
|
x, мкм |
Среднеквадр.
отклонение |
Относительная
погрешность |
Доверительный
интервал |
-500 |
0 |
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 |
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 |
По
средним значениям
напряжения
и с учетом
доверительного
интервала
строим график
функции преобразования
датчика:
График
можно аппроксимировать
кубическим
полиномом
,где коэффициенты
определяются
по формулам:
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.
x, мкм |
Тип поверхности |
|
|
|
отражающая |
белая |
черная |
текстолит |
0 |
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 |
|
|
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
xmax,
находим, на
каком интервале
самое большое
изменение
показаний
вольтметра.
Точка перегиба
- внутри этого
интервала.
Расстояние
до xmax, мкм
|
Показания
вольтметра,
В |
Разность
соседних
показаний,
В |
0 |
3,30 |
|
-300 |
3,13 |
0,20 |
-600 |
2,60 |
0,50 |
-900 |
1,78 |
0,82 |
-1200 |
0,92 |
0,86
- максимум |
-1500 |
0,29 |
0,63 |
-1800 |
0,18 |
0,11 |
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.
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 |
0 |
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 |
Для
каждого расстояния
находим
среднеквадратическое
отклонение,
относительную
погрешность
и доверительный
интервал.
Расчет погрешностей |
|
|
x, мкм |
Среднеквадр.
отклонение
|
Относительная
погрешность |
Доверительный
интервал |
-500 |
0 |
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 |
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 |
По
средним значениям
напряжения
и с учетом
доверительного
интервала
строим график
функции преобразования
датчика:
Г
рафик
можно аппроксимировать
кубическим
полиномом
,где коэффициенты
определяются
по формулам:
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.
x, мкм |
Тип поверхности |
|
|
|
отражающая |
белая |
черная |
текстолит |
0 |
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 |
|
|
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. |