[发明专利]差动光通量电桥法测量带材微位移的装置和方法

权利要求书

1.一种差动光通量电桥法测量带材微位移的装置，其特征在于：主要包括光源、透镜组、待测对象、电桥光电测量电路；透镜组包括第一透镜和第二透镜，待测对象为带材，带材置于第一透镜和第二透镜之间，光源发出的光束，经过第一透镜汇聚成平行光束后，再经第二透镜汇聚入射到电桥光电测量电路的光敏电阻上，经第一透镜出射的光束一部分被带材阻挡，另一部分直接入射到第二透镜，电桥光电测量电路的输出端通过转换放大器与外部计算机连接。

2.根据权利要求1所述的一种差动光通量电桥法测量带材微位移的装置，其特征在于：所述的电桥光电测量电路包括第一光敏电阻R1、第二光敏电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R7、电阻R8和转换放大器，来自第二透镜出射的光束照射到第一光敏电阻R1上，第二光敏电阻R2完全被遮光罩遮挡，由第一光敏电阻R1、第二光敏电阻R2、电阻R3、电阻R4构成桥式电路，第一光敏电阻R1和电阻R3串联后分别接电源电压和地，第二光敏电阻R2和电阻R4串联后分别接电源电压和地，第一光敏电阻R1和电阻R2之间引出经电阻R5后连接到放大器的反相输入端，第二光敏电阻R2和电阻R4之间引出经电阻R6后连接到放大器的正相输入端，转换放大器的正相输入端经电阻R6后接地，放大器的反相输入端经电阻R8和输出端连接，将放大器的输出端输出电压发送到Arduino板，最后Arduino板接入计算机。

3.根据权利要求1所述的一种差动光通量电桥法测量带材微位移的装置，其特征在于：所述的带材为不透光的物件。

4.根据权利要求1所述的一种差动光通量电桥法测量带材微位移的装置，其特征在于：所述的带材沿垂直于光轴方向靠近/远离光轴地移动。

5.根据权利要求1所述的一种差动光通量电桥法测量带材微位移的装置，其特征在于：所述的光源、透镜组和电桥光电测量电路的光敏电阻R1同光轴布置。

6.根据权利要求1所述的一种差动光通量电桥法测量带材微位移的装置，其特征在于：所述的光敏电阻R2为遮光光敏电阻。

7.应用于权利要求1-6任一所述装置的一种差动光通量电桥法测量带材微位移的方法，其特征在于：光源发出的光束，经过第一透镜汇聚成平行光束后，再经第二透镜汇聚入射到电桥光电测量电路的光敏电阻R1上，经第一透镜出射的光束一部分被带材阻挡，另一部分直接入射到第二透镜，电桥光电测量电路的输出电流信号，经转换放大器后输出电压信号；第一透镜出射的平行光束到达第二透镜经过路径中，有一部分光线被带材遮挡，从而使得从第二透镜出射到光敏电阻受照的光通量减少，进而影响照射到第一光敏电阻R1上的光照强度，使得最后输出的电压信号产生变化；在带材沿垂直于光束的方向微位移过程中，实时采集检测电压信号，对电压信号的变化进行分析处理获得带材微位移的测量结果。

8.根据权利要求7所述的一种差动光通量电桥法测量带材微位移的方法，其特征在于：在实验测量前，移动带材使得完全遮挡第一透镜出射的光束，通过预调电桥平衡，使放大器输出端的电压U₀为零。

9.根据权利要求7所述的一种差动光通量电桥法测量带材微位移的方法，其特征在于：对电压信号的变化进行分析处理获得带材微位移的测量结果，具体采用以下公式反求获得带材微位移：

U＝-ae^X/b+c

其中，U表示电桥光电测量电路经过转换放大器后输出的电压值，X表示带材的横截面从最大光通量到最小光通量之间的径向变化距离，a、b、c分别表示第一、第二和第三拟合参数。