基于光电传感器的金属杨氏模量的测量

摘要：文章介绍了一种通过使用光电传感器来对金属丝杨氏模量测量的新方法。该测量的关键在于对金属丝的微小长度变化量的精确测量。首先由光电传感器将位移变化转换为电流量的变化，电信号经过I-V转换、放大及模数转化后，最后送入单片机进行数据处理，同时通过键盘来实现人机对话，并在显示器上显示出结果，实现杨氏模量测量的智能化。
关键词：光电传感器；金属丝杨氏模量；I-V转换；放大；模数转化；单片机

0 引言
金属材料杨氏模量的测量是综合大学和工科院校物理实验中必做的实验之一。金属丝杨氏弹性模量测量的关键在于对金属丝的微小长度量的精确测量，国内一些院校的实验室仍采用的是光杠杆法测量金属丝的微小长度变量，而这种测量方法对于光路的调整有着严格的要求，测量难度大且不易掌握，操作比较繁琐，且读数过程中容易出错，耗时较长。而应国内大学物理实验的发展现状及发展要求，应用高科技不断改善物理实验设备，实现实验设备的自动化检测及控制成为主要趋势，因而我们需要另辟新的测量方法来改进实验仪器。

1 系统总体设计
我们首先用测量杨氏模量的装置产生微小位移，再用均匀光束照在硅光电池上，用与金属丝相连的挡板放在光源与硅光电池之间进行挡光，如图1所示，当移动挡板时，输出电流发生变化，且因为挡板挡光变化多少，输出电流有相应的变化量(线性变化)，再将电信号经过放大及模数转化后送入单片机，由于事先编写的程序已输入单片机，则可由单片机实现实时自动测量、数据处理和显示，从而达到杨氏模量测量的自动化和高精度化。操作者只需要熟悉操作说明后，通过键盘上的按键来达到实验要求，最后的结果可以在与单片机相连的LED显示器上显示出来。

2 硬件部分
硬件部分主要有以下几个模块：由光源与硅光电池组成的光电转换模块；由TL084芯片及其外围元件组成的电流一电压转换及其放大、滤波模块；AD转换模块；最后是由单片机和LCD组成的数据处理及输出模块，如图2所示。下面简述一下前两个模块。