Валютный рынок Российской Федерации
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.
1. Изменяя
расстояние между датчиком и поверхностью, находим положение датчика, при
котором напряжение на выходе датчика будет максимальным.
2. Находим
точку перегиба функции преобразования. Для этого измеряем напряжение в
нескольких точках при x<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
3. 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
|
0,78
|
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
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4. 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
|
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
|
|
|
|
|
|
5. 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;
Dхi - приращение входного параметра
(Dхi=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
|
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.