基于光纤传感器微位移测量系统的设计.ppt

基于光纤传感器微位移测量系统的设计
Y型光纤传感器测量位移
姓名:陶陶
导师:范范
学号:20120511233
前言
位移是工业产品重要的特征参数,过去的位移测
量方法是依靠机械接触,可是在现代工业生产中,加工
精度和技术指标都越来越高,所以需要一个新型、快速
柔性好、能直接在生产过程中进行非破坏性产品质量检
测的测量方法。光纤传感器应运而生,它具有常规检测
技术不可比拟的诸多优点:体积小、适应性强、抗电磁
干扰、灵敏度高等,因而各种光纤传感器已经广泛应用
于工业,军事和医疗等广大领域。
本文内容主要分为三大板块:第
板块介绍了微位移测量的发展;第二板
块介绍了基于光纤传感器的位移测量系
统的整体设计;第三板块主要是对全文
的总结。

微位移测量技术的发展历程主要向两个方向发展:
(1)建立在新概念基础上的测量技术,利用量子物
理和微观物理中最新的研究成果,将其应用于测量系统
中,该技术将成为微位移测量的发展趋势。
(2)在传统测量方法的基础上,应用先进的测试仪
器来解决微细加工和应用物理中的微位移测量问题,通
过对各种测试技术的分析来找出改进措施或者新的测试
方法。

本设计选用使用很广泛的MCS-51系列单片机中的
8051单片机。本系统的电路设计方面主要包括He-Ne激光
器、波形发生器1m567一块、8051单片机一块、AD转换芯
片ICL7109一块、运算放大器ICL7650一块、运算放大器
OPA4277一块、显示屏LCD1602一块。下面主要对各部位
器件的选择、电路的设计以及重要芯片的引脚和功能进
行介绍
21基于光纤传感器微位移测量系统框图
光纤
光源
光电转换电路
光纤
反射面
液晶显示
放大滤波电路
A转换电路
↓单片机
22设计原理
如下图所示:光纤采用Y型结构,测量端面要平整并垂直于轴线
测量时光纤轴线与被测面垂直。两束光纤一端合并在一起组成光纤探头,
另一端分为两支,分别作为光源光纤和接收光纤。光从光源耦合到光源
光纤,通过光纤传输,射向反射片,再被反射到接收光纤,最后由光电
转换探测器件接收,探测器件接受到的光源与反射体表面性质、反射体
到光纤探头距离有关。
光源
发射光纤
被测表
光敏元件L一接收光纤
当反射表面位置确定后,接收到的反射光光强随
着光纤探头到反射体的距离的变化而变化。显然,当
光纤探头紧贴反射片时,接收器接收到的光强为零
随着光纤探头离反射面距离的增加,接收到的光强逐
渐增加,到达最大值点又随两者的距离增加而减小
在得到电压与距离的关系之后就可以通过单片机的处
理将电压转换成距离显示出来。如下图所示:
输出
电压
23光源驱动电路设计
光源选择650nm峰值波长的HeNe激光器,它在工作过程中,输出功
率会随时间做周期性的或随即的波动,具有光束质量好、单色质量好
稳定性高和在可见光区的优点。我们对光源信号进行调制处理后使系统
不受环境光变化的影响,这样激光管就处于脉冲状态,便于后续电路进
行滤波处理以及滤除干扰信号。在本次设计中为了保证传感器的精准度
和稳定性,所以采用波形发生器m567产生1000H的方波信号进行调制。
电路如下图所示
24前置放大电路设计
本测量系统需要一个稳定度和灵敏度较高的前置放大电路
技术和CMOS工艺制作的斩波稳零式高精度运算放大器,它具有
输入偏置电流小、失调小、增益高、共模抑制能力强、响应快
搞A接类借号的备量置失鲁“下
C3150pF
100kg
2x2CK 70
0

ICL765
2x2CK705