文章介绍了一种通过运用光电传感器
来对金属丝杨氏模量丈量的新办法。该丈量的要害在于对金属丝的细小长度改变量的准确丈量。首先由光电传感器将位移改变转化为电流量的改变，电信号通过I-V转化、扩展及模数转化后，最终送入单片机进行数据处理，一起通过键盘来完成人机对话，并在显现器上显现出成果，完成杨氏模量丈量的智能化。
0 导言
金属材料杨氏模量的丈量是归纳大学和工科院校物理试验中必做的试验之一。金属丝杨氏弹性模量丈量的要害在于对金属丝的细小长衡量的准确丈量，国内一些院校的试验室仍选用的是光杠杆法丈量金属丝的细小长度变量，而这种丈量办法关于光路的调整有着严厉的要求，丈量难度大且不易把握，操作比较繁琐，且读数过程中简单犯错，耗时较长。而应国内大学物理试验的开展现状及开展要求，运用高科技不断改善物理试验设备，完成试验设备的主动化检测及操控成为首要趋势，因此咱们需求另辟新的丈量办法来改善试验仪器。
1 体系总体规划
咱们首先用丈量杨氏模量的设备发生细小位移，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，输出电流发生改变，且因为挡板挡光改变多少，输出电流有相应的改变量（线性改变），再将电信号通过扩展及模数转化后送入单片机，因为事前编写的程序已输入单片机，则可由单片机完成实时主动丈量、数据处理和显现，然后到达杨氏模量丈量的主动化和高精度化。操作者只需求了解操作说明后，通过键盘上的按键来到达试验要求，最终的成果能够在与单片机相连的LED显现器上显现出来。
2 硬件部分
硬件部分首要有以下几个模块：由光源与硅光电池组成的光电转化模块；由TL084芯片及其外围元件组成的电流一电压转化及其扩展、滤波模块；AD转化模块；最终是由单片机和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。
2.1 光电转化模块
硅光电池是一个大面积的光电二极管，它用于把入射到其外表的光能转化为电能，而咱们知道，硅光电池将光能转化为电能时，其转化的电流信号的改变与入射光强的改变成线性联系。而为了验证硅光电池这一特性，咱们也进行了相关的丈量，并将丈量的数据用MATLAB软件进行了拟合，得出契合最小二乘法的函数，其不同级次拟合得出的函数如下：
一次拟合：r=-0.04433x+86.4396
二次拟合：r=2.323e-005x^2-0.048232x+86.5482
三次拟合：r=-3.2246e-007x＾3+0.00010449x＾2-0.053677x+86.6233
由上式可知，跟着拟合次数添加，高次项系数数量级越变越小，且改变起伏很大，从试验可行性及精度要求归纳考虑可将r-x的联系以一次处理。因此咱们能够通过运用硅光电池将挡光板位移的改变转为电流的改变，然后进行丈量，其物理图如图1所示。
2.2 电流-电压转化及其扩展、滤波模块
硬件部分最要害的是对硅光电池转化后的电流信号的处理。因为要进行模数转化就必须把电流信号转化成电压信号，因转化得到的信号很小且含有噪音信号，故咱们要将其进行扩展和滤波。在此用TL084集成扩展器完成电流-电压转化及扩展，运用RC电路进行滤波，其电路图如图3所示。转化后的电压信号直接输入AD转化电路的输入端，再将AD转化后的输出信号送入单片机进行处理及显现。其间AD转化选用的是12位转化器AD574。
3 软件部分
为了便利程序调试和进步可靠性，程序规划选用自上而下、模块化、结构化的程序规划办法。本规划按使命模块区分的程序首要有初始化程序、主程序、A/D转化子程序、数据处理子程序（包含调零、判别操作是否过错、位移值及杨氏模量值）、LCD显现子程序、键盘扫描子程序。体系主程序流程图如图4所示，其间操作检测是协助提示操作者，若无误，LCD显现会显现功用按键相应的数据值，若操作有误，LCD显现会显现EOF字样。
4 数据记载及处理
通过试验记载及数据处理，咱们取位移值与经转化扩展后的电压值的份额系数为44，在数据处理子程序中直接运用，用此体系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。
其间L=100.00cm，m=3000g，g=979.4cm/s2。uF只取一位有用数字，由“末位对齐”准则写出成果表达式：
E=E±uE=（1.8±0.3）×1011（N/m2）
5 结束语
本办法能够大大简化本来的试验设备，进步了试验的功率和准确率，本钱也比本来低。改善后不只保留了原有试验的教育内容，还有利于学生对光电传感器的结构、原理、特性及运用办法的了解，将先进科技成果运用到教育试验中，扩展了学生的知识面，所以本仪器也将是经典试验教育现代化的一个实例。
