基于光电传感器的金属杨氏模量的测量

基于光电传感器的金属杨氏模量的测量

　　硬件部分最关键的是对硅光电池转换后的电流信号的处理。由于要进行模数转换就必须把电流信号转换成电压信号，因转换得到的信号很小且含有噪音信号，故我们要将其进行放大和滤波。在此用TL084集成放大器实现电流-电压转换及放大，利用RC电路进行滤波，其电路图如图3所示。转换后的电压信号直接输入AD转换电路的输入端，再将AD转换后的输出信号送入单片机进行处理及显示。其中AD转换采用的是12位转换器AD574。

　　3 软件部分

　　为了方便程序调试和提高可靠性，程序设计采用自上而下、模块化、结构化的程序设计方法。本设计按任务模块划分的程序主要有初始化程序、主程序、A/D转换子程序、数据处理子程序（包括调零、判断操作是否错误、位移值及杨氏模量值）、LCD显示子程序、键盘扫描子程序。系统主程序流程图如图4所示，其中操作检测是帮助提醒操作者，若无误，LCD显示会显示功能按键相应的数据值，若操作有误，LCD显示会显示EOF字样。

　　4 数据记录及处理

　　经过实验记录及数据处理，我们取位移值与经转换放大后的电压值的比例系数为44，在数据处理子程序中直接使用，用此系统去检测金属丝的伸长量，测得数据如表1所示。用千分尺测得钢丝的直径的数据如表2所示。

　　其中L=100.00cm，m=3000g，g=979.4cm/s2。uF只取一位有效数字，由“末位对齐”原则写出结果表达式：

　　E=E±uE=（1.8±0.3）×1011（N/m2）

　　5 结束语

　　本方法可以大大简化原来的实验装置，提高了实验的效率和准确率，成本也比原来低。改进后不仅保留了原有实验的教学内容，还有利于学生对光电传感器的结构、原理、特性及使用方法的了解，将先进科技成果应用到教学实验中，扩大了学生的知识面，所以本仪器也将是经典实验教学现代化的一个实例。