基于光纤传感器微位移测量系统的设计教程文件.pptx

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：第一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。微位移测量的发展 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必威体育精装版的研究成果，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。实物的设计 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lm567一块、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。2.1 基于光纤传感器微位移测量系统框图2.2 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。 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：2.4 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。因此我选择ICL7650运算放大器。ICL7650是Intersil公司利用动态校零技术和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、漂移低、性能稳定及价格低廉等优点。所以常常被用在热电偶、电阻应变电桥、电荷传感器等测量微弱信号的前置放大器中。下图为ICL7650组成的前置放大电路图。2.5 滤波电路设计 从前置放大电路出来的信号除了有用信号以外还包括一些杂质信号，因此我们需要添加一个滤波器在其后面让有用信号通过，其它频率的杂质信号都过滤掉，从而提高信噪比。带通滤波电路图如下所示：2.6 AD转换模块 AD转换模块我们选择ICL7109型A/D转换器。ICL7109是一种高精度、低噪声、低漂移、价格低廉的双积分式12位A/D转换器。由于目前逐次比较式的高速12位A/D转换器一般价格都很高，在要求速度不太高的场合，如用于称重和测压力等各种高精度测量系统时，可以采用廉价的双积分式高精度A/D转换器ICL7109 。ICL7109最大的特点是其数据输出为12位二进制数，并配有较强的接口功能，能方便的与各种微处理器相连。 ICL7109的功能引脚如下图所示：GND：数字地，0V。STATUS：状态输出，ICL7109转换结束时，该引脚发出转换结束信号。POL：极性输出，高电平表示ICL7109的输出信号为正。OR：过程量状态输出，高电平表示过程量。B1～B12：三态转换结果输出，B12为最高位，B1为最低位。TEST：此引脚仅适用于测试芯片，接高电平时为正常操作，接低电平时则强迫所有位B1～B12输出为高电平。LBEN：低电平使能端。当MODE和CE/LOAD均为低电平时，此信号将作为低位字节（B1～B8）输出选通信号；当MODE位高电平时，此信号将作为低位字节输出。 HBEN：高字节使能端。当MODE和CE/LOAD均为高电平时，此信号将作为高位节（B8～B12）以及POL，OR输出的辅助选通信号；当MODE位高电平时，此信号将作为高位字节输出而用于信号交换方式。 CE/LOAD：片选端。当MODE为低电平时，它是数据输出的主选通信号，当本脚为低电平时，数据正常输出；当本脚为高电平时，则所有数据输出端（B