基于光电检测技术的非接触式横向形变测量系统的研究

发布时间：2017-04-14 04:06

  本文关键词：基于光电检测技术的非接触式横向形变测量系统的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：众所周知,物体在受到轴向加载的过程中,由于泊松效应的存在,物体在轴向产生加载形变的同时,其横向也会发生变形。横向形变是表征材料力学特征的重要性能参数,因此横向形变的测量也可作为探究材料力学响应的重要方法和手段。本文设计了一套基于光电检测技术的横向形变测量系统,以半导体激光器作为光源,采用硅光二极管为核心器件构成的光电检测电路进行光电转换,利用高性能数字示波器对电信号进行捕获、存储、运算及分析,能够实时的、非接触的方式对被测物体的横向变形进行测量。本文利用多模光纤(MMF)对半导体激光器发射的高斯光束进行匀光处理,从光纤传输特性入手,详细分析了多模光纤对高斯光束的匀光作用的理论原理,并在此基础上设计了一套光束能量匀化系统,经试验测试表明,经多模光纤处理后的激光束能量分布趋向均匀化;与此同时,为减弱了由于光纤匀光带来的光束能量衰减,还进一步采用了增透膜技术以保持光束能量的稳定性。光电探测器是构成本测量系统的另一个重要的光电转换关键部件,它将形变引起的光信号的能量变化转换成电信号的电压变化。要实现形变的精确测量,光电探测器要求要有良好的线性输出特性以及优秀的抗干扰能力。本文通过对光电检测电路的线性特性和噪声特性进行分析,设计了一种低噪声、线性特性良好的光电检测电路,并通过实验对电路的噪声信号和线性特性进行检测,实验结果表明电路的信噪比高、线性特性良好。本文通过微控电子材料性能试验机,对弹性性能良好的哑铃状橡胶样片进行单轴拉伸实验。通过光电检测系统对橡胶试件的横向变形进行实时监测,捕捉光电转化的电信号进行分析计算,将测算的形变量与实际形变量进行比对。对比结果表明:该测试系统性能稳定,抗干扰能力强,可以满足横向应变测量的精度需求。论文最后对全文的研究成果进行了总结,指出了本文存在的不足,并提出了课题下一步的研究方向。
【关键词】：横向形变 激光器 光电检测 多模光纤 增透膜 单轴拉伸
【学位授予单位】：武汉纺织大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN29
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 1 绪论8-14
• 1.1 研究背景及意义8-9
• 1.2 光电检测的特点9
• 1.3 光电检测技术的发展趋势9-10
• 1.4 常用于测量横向形变的光电检测方法10-12
• 1.5 本文研究的内容12-14
• 2 光电检测系统设计14-25
• 2.1 引言14
• 2.2 光电检测理论基础分析14-24
• 2.2.1 横向应变的概念14
• 2.2.2 光电转换原理14-16
• 2.2.3 形变测量方法16-18
• 2.2.4 光电检测装置与测定系统18-24
• 2.3 本章小结24-25
• 3 光电检测电路的设计25-35
• 3.1 引言25
• 3.2 光电转换电路特性分析25-31
• 3.2.1 硅光二级管等效工作电路25-26
• 3.2.2 硅光二极管线性特性分析26-28
• 3.2.3 光电检测电路噪声分析28-31
• 3.3 电路设计原则31-34
• 3.3.1 运放器件选型及电路设计31-32
• 3.3.2 电路性能测试32-33
• 3.3.3 电路性能测试33-34
• 3.4 本章小结34-35
• 4 光路优化设计35-43
• 4.1 引言35
• 4.2 光纤匀光技术35-40
• 4.2.1 光纤的基本结构35-36
• 4.2.2 光纤的传输特性分析36-38
• 4.2.3 光纤匀光系统设计38-40
• 4.3 增透膜技术40-42
• 4.3.1 增透膜工作原理40-41
• 4.3.2 增透膜的设计41-42
• 4.3.3 增透效果检验42
• 4.4 小结42-43
• 5 横向形变测量实验43-53
• 5.1 引言43
• 5.2 系统标定43-46
• 5.2.1 激光器输出功率的确定43-44
• 5.2.2 变量标定44-46
• 5.3 形变测量实验46-52
• 5.3.1 实验材料46
• 5.3.2 实验样品的制备46-49
• 5.3.3 单轴拉伸实验49-50
• 5.3.4 测量结果分析50-52
• 5.4 小结52-53
• 6 结论与展望53-55
• 6.1 总结53
• 6.2 本文存在的不足53-54
• 6.3 进一步研究内容54-55
• 致谢55-56
• 参考文献56-60
• 附录60

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本文编号：305154