基于光電傳感器的金屬楊氏模量的測(cè)量

摘要：文章介紹了一種通過(guò)使用光電傳感器來(lái)對(duì)金屬絲楊氏模量測(cè)量的新方法。該測(cè)量的關(guān)鍵在于對(duì)金屬絲的微小長(zhǎng)度變化量的精確測(cè)量。首先由光電傳感器將位移變化轉(zhuǎn)換為電流量的變化，電信號(hào)經(jīng)過(guò)I-V轉(zhuǎn)換、放大及模數(shù)轉(zhuǎn)化后，最后送入單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，同時(shí)通過(guò)鍵盤(pán)來(lái)實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話，并在顯示器上顯示出結(jié)果，實(shí)現(xiàn)楊氏模量測(cè)量的智能化。
關(guān)鍵詞：光電傳感器；金屬絲楊氏模量；I-V轉(zhuǎn)換；放大；模數(shù)轉(zhuǎn)化；單片機(jī)

0 引言
金屬材料楊氏模量的測(cè)量是綜合大學(xué)和工科院校物理實(shí)驗(yàn)中必做的實(shí)驗(yàn)之一。金屬絲楊氏彈性模量測(cè)量的關(guān)鍵在于對(duì)金屬絲的微小長(zhǎng)度量的精確測(cè)量，國(guó)內(nèi)一些院校的實(shí)驗(yàn)室仍采用的是光杠桿法測(cè)量金屬絲的微小長(zhǎng)度變量，而這種測(cè)量方法對(duì)于光路的調(diào)整有著嚴(yán)格的要求，測(cè)量難度大且不易掌握，操作比較繁瑣，且讀數(shù)過(guò)程中容易出錯(cuò)，耗時(shí)較長(zhǎng)。而應(yīng)國(guó)內(nèi)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展要求，應(yīng)用高科技不斷改善物理實(shí)驗(yàn)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的自動(dòng)化檢測(cè)及控制成為主要趨勢(shì)，因而我們需要另辟新的測(cè)量方法來(lái)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)儀器。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
我們首先用測(cè)量楊氏模量的裝置產(chǎn)生微小位移，再用均勻光束照在硅光電池上，用與金屬絲相連的擋板放在光源與硅光電池之間進(jìn)行擋光，如圖1所示，當(dāng)移動(dòng)擋板時(shí)，輸出電流發(fā)生變化，且因?yàn)閾醢鍝豕庾兓嗌?，輸出電流有相?yīng)的變化量(線性變化)，再將電信號(hào)經(jīng)過(guò)放大及模數(shù)轉(zhuǎn)化后送入單片機(jī)，由于事先編寫(xiě)的程序已輸入單片機(jī)，則可由單片機(jī)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)自動(dòng)測(cè)量、數(shù)據(jù)處理和顯示，從而達(dá)到楊氏模量測(cè)量的自動(dòng)化和高精度化。操作者只需要熟悉操作說(shuō)明后，通過(guò)鍵盤(pán)上的按鍵來(lái)達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求，最后的結(jié)果可以在與單片機(jī)相連的LED顯示器上顯示出來(lái)。

2 硬件部分
硬件部分主要有以下幾個(gè)模塊：由光源與硅光電池組成的光電轉(zhuǎn)換模塊；由TL084芯片及其外圍元件組成的電流一電壓轉(zhuǎn)換及其放大、濾波模塊；AD轉(zhuǎn)換模塊；最后是由單片機(jī)和LCD組成的數(shù)據(jù)處理及輸出模塊，如圖2所示。下面簡(jiǎn)述一下前兩個(gè)模塊。