基于光電傳感器的金屬楊氏模量的測量

摘要：文章介紹了一種通過(guò)使用光電傳感器來(lái)對金屬絲楊氏模量測量的新方法。該測量的關(guān)鍵在于對金屬絲的微小長(cháng)度變化量的精確測量。首先由光電傳感器將位移變化轉換為電流量的變化，電信號經(jīng)過(guò)I-V轉換、放大及模數轉化后，最后送入單片機進(jìn)行數據處理，同時(shí)通過(guò)鍵盤(pán)來(lái)實(shí)現人機對話(huà)，并在顯示器上顯示出結果，實(shí)現楊氏模量測量的智能化。
關(guān)鍵詞：光電傳感器；金屬絲楊氏模量；I-V轉換；放大；模數轉化；單片機

0 引言
金屬材料楊氏模量的測量是綜合大學(xué)和工科院校物理實(shí)驗中必做的實(shí)驗之一。金屬絲楊氏彈性模量測量的關(guān)鍵在于對金屬絲的微小長(cháng)度量的精確測量，國內一些院校的實(shí)驗室仍采用的是光杠桿法測量金屬絲的微小長(cháng)度變量，而這種測量方法對于光路的調整有著(zhù)嚴格的要求，測量難度大且不易掌握，操作比較繁瑣，且讀數過(guò)程中容易出錯，耗時(shí)較長(cháng)。而應國內大學(xué)物理實(shí)驗的發(fā)展現狀及發(fā)展要求，應用高科技不斷改善物理實(shí)驗設備，實(shí)現實(shí)驗設備的自動(dòng)化檢測及控制成為主要趨勢，因而我們需要另辟新的測量方法來(lái)改進(jìn)實(shí)驗儀器。

1 系統總體設計
我們首先用測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，當移動(dòng)擋板時(shí)，輸出電流發(fā)生變化，且因為擋板擋光變化多少，輸出電流有相應的變化量(線(xiàn)性變化)，再將電信號經(jīng)過(guò)放大及模數轉化后送入單片機，由于事先編寫(xiě)的程序已輸入單片機，則可由單片機實(shí)現實(shí)時(shí)自動(dòng)測量、數據處理和顯示，從而達到楊氏模量測量的自動(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)達到實(shí)驗要求，最后的結果可以在與單片機相連的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換模塊；由TL084芯片及其外圍元件組成的電流一電壓轉換及其放大、濾波模塊；AD轉換模塊；最后是由單片機和LCD組成的數據處理及輸出模塊，如圖2所示。下面簡(jiǎn)述一下前兩個(gè)模塊。