Исследование функцій перетворення і метрологічних характеристик безконтактних волоконно-оптичних датчиків переміщень

Мета роботи: Освоєння методик визначення основних метрологічних і експлуатаційних характеристик первинних вимірювальних перетворювачів інформації з прикладу безконтактного волоконно-оптичного датчика перемещений.

Що Використовується устаткування: волокняно-оптичний датчик переміщення, спеціальний штатив із можливістю контролю переміщень, цифровий вольтметр, мікрометричний гвинт, чотири різних типи поверхности.

Алгоритм отримання результатов.

Волокняно-оптичний датчик підключають до цифровому вольтметру.

Частина 1. Перебування функції преобразования.

1. Змінюючи відстань між датчиком і поверхнею, знаходимо становище датчика, у якому напруга не вдома датчика буде максимальным.

2. Знаходимо точку перегину функції перетворення. І тому вимірюємо напруження у кількох точках при x.

До xmax, мкм Свідчення вольтметра, У Різниця сусідніх показань, 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.

Подальші виміру відстані вестимуться щодо точки х0, відповідної напрузі (1,78+0,92)/2 = 1,36 В.

3. Знаходимо напруження як у 10 точках, на два боку від х0 з кроком 100 мкм. Вимірювання у кожному точці виробляється 6 раз.

Результати вимірів і середні 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 0,558 333.

— 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 1,48 333.

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 1,651 667.

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 2,233 333.

400 2,5 2,55 2,52 2,47 2,45 2,46 2,491 667.

500 2,77 2,74 2,73 2,66 2,66 2,69 2,708 333.

4. До кожного відстані знаходимо среднеквадратическое відхилення, відносну похибка і довірчий интервал.

Розрахунок похибок.

x, мкм Среднеквадр. відхилення Відносна похибка Довірчий интервал.

— 500 0 0,00% 0,0.

— 400 0,6 324 555 1,71% 0,16 444.

— 300 0,4 082 483 0,73% 0,10 614.

— 200 0,6 324 555 0,80% 0,16 444.

— 100 0,7 527 727 0,72% 0,19 572.

0 0,12 247 449 0,91% 0,31 843.

100 0,40 207 794 2,43% 0,104 540.

200 0,50 990 195 2,60% 0,132 575.

300 0,43 665 394 1,96% 0,113 530.

400 0,38 686 776 1,55% 0,100 586.

500 0,45 350 487 1,67% 0,117 911.

5. По середнім значенням напруження і з урахуванням довірчого інтервалу будуємо графік функції перетворення датчика:

Графік можна апроксимувати кубічним полиномом.

де коефіцієнти визначаються по формулам:

где:

j= 0,1… — номер експериментальної точки функції преобразования;

n — число отриманих значень функції перетворення (n=11);

Aj — відгук ВОД при j-ом значенні вхідного параметра;

?хi — прирощення вхідного параметра (?хi=0,1 мм).

Частина 2. Дослідження впливу умов (типу поверхні) на функцію преобразования.

Вимірювання виробляються для чотирьох типів поверхні: відбиває поверхню, біла папір, чорна папір і текстолит. Вимірюємо напруга не вдома датчика в точках від x=0 до значення, у якому напруга буде максимальним, з кроком 200 мкм.

x, мкм Тип поверхні.

відбиває біла чорна 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.

Частина 3. Выводы.

Робота волоконно-оптичного датчика залежить стану поверхні робочої пластини, її коефіцієнта відблиски і ступеня розсіювання світла для відсічі від поверхні. Функція перетворення датчика індивідуальна кожному за поєднання датчик — поверхню. Розмір (довжина) робочого ділянки характеристики визначається розсіюванням світла від поверхні, а кут нахилу — коефіцієнтом відображення світла. Датчик характеризується в повній відсутності впливу объект.

Похибка (абсолютна) мікрометра при вимірах становила 5 мкм. А похибка вольтметра — у другому знаку після коми, тобто за вимірах з металевою пластиною вона становить до 0,05 Вольта. Вольтметр має трьома з першою половиною розрядами, але випадкова похибка через безперервного зміни показань у разі виявилася выше.