[發明專利]差動光通量電橋法測量帶材微位移的裝置和方法

在審

• 申請號: 202010191246.7
• 申請日: 2020-03-18
• 公開（公告）號: CN111238378A
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發明（設計）人: 陳水橋;厲位陽
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02;G01B11/16
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林超

1.一種差動光通量電橋法測量帶材微位移的裝置，其特征在于：主要包括光源、透鏡組、待測對象、電橋光電測量電路；透鏡組包括第一透鏡和第二透鏡，待測對象為帶材，帶材置于第一透鏡和第二透鏡之間，光源發出的光束，經過第一透鏡匯聚成平行光束后，再經第二透鏡匯聚入射到電橋光電測量電路的光敏電阻上，經第一透鏡出射的光束一部分被帶材阻擋，另一部分直接入射到第二透鏡，電橋光電測量電路的輸出端通過轉換放大器與外部計算機連接。

2.根據權利要求1所述的一種差動光通量電橋法測量帶材微位移的裝置，其特征在于：所述的電橋光電測量電路包括第一光敏電阻R1、第二光敏電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R5、電阻R7、電阻R8和轉換放大器，來自第二透鏡出射的光束照射到第一光敏電阻R1上，第二光敏電阻R2完全被遮光罩遮擋，由第一光敏電阻R1、第二光敏電阻R2、電阻R3、電阻R4構成橋式電路，第一光敏電阻R1和電阻R3串聯后分別接電源電壓和地，第二光敏電阻R2和電阻R4串聯后分別接電源電壓和地，第一光敏電阻R1和電阻R2之間引出經電阻R5后連接到放大器的反相輸入端，第二光敏電阻R2和電阻R4之間引出經電阻R6后連接到放大器的正相輸入端，轉換放大器的正相輸入端經電阻R6后接地，放大器的反相輸入端經電阻R8和輸出端連接，將放大器的輸出端輸出電壓發送到Arduino板，最后Arduino板接入計算機。

3.根據權利要求1所述的一種差動光通量電橋法測量帶材微位移的裝置，其特征在于：所述的帶材為不透光的物件。

4.根據權利要求1所述的一種差動光通量電橋法測量帶材微位移的裝置，其特征在于：所述的帶材沿垂直于光軸方向靠近/遠離光軸地移動。

5.根據權利要求1所述的一種差動光通量電橋法測量帶材微位移的裝置，其特征在于：所述的光源、透鏡組和電橋光電測量電路的光敏電阻R1同光軸布置。

6.根據權利要求1所述的一種差動光通量電橋法測量帶材微位移的裝置，其特征在于：所述的光敏電阻R2為遮光光敏電阻。

7.應用于權利要求1-6任一所述裝置的一種差動光通量電橋法測量帶材微位移的方法，其特征在于：光源發出的光束，經過第一透鏡匯聚成平行光束后，再經第二透鏡匯聚入射到電橋光電測量電路的光敏電阻R1上，經第一透鏡出射的光束一部分被帶材阻擋，另一部分直接入射到第二透鏡，電橋光電測量電路的輸出電流信號，經轉換放大器后輸出電壓信號；第一透鏡出射的平行光束到達第二透鏡經過路徑中，有一部分光線被帶材遮擋，從而使得從第二透鏡出射到光敏電阻受照的光通量減少，進而影響照射到第一光敏電阻R1上的光照強度，使得最后輸出的電壓信號產生變化；在帶材沿垂直于光束的方向微位移過程中，實時采集檢測電壓信號，對電壓信號的變化進行分析處理獲得帶材微位移的測量結果。

8.根據權利要求7所述的一種差動光通量電橋法測量帶材微位移的方法，其特征在于：在實驗測量前，移動帶材使得完全遮擋第一透鏡出射的光束，通過預調電橋平衡，使放大器輸出端的電壓U₀為零。

9.根據權利要求7所述的一種差動光通量電橋法測量帶材微位移的方法，其特征在于：對電壓信號的變化進行分析處理獲得帶材微位移的測量結果，具體采用以下公式反求獲得帶材微位移：

U＝-ae^X/b+c

其中，U表示電橋光電測量電路經過轉換放大器后輸出的電壓值，X表示帶材的橫截面從最大光通量到最小光通量之間的徑向變化距離，a、b、c分別表示第一、第二和第三擬合參數。