專利名稱：便攜式光柵數(shù)顯測微儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于儀器儀表技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種光柵數(shù)顯位移測量儀。
技術(shù)背景在機械加工中，高精度小位移量(在0-lOmm范圍內(nèi))的測量通常使用機械式和數(shù)顯式 千分表。在數(shù)顯式中主要是容柵千分表及少量帶有外接直流電源供電的光柵數(shù)顯千分表。 它們具有精度差、體積大、使用不方便諸缺點。光柵由激光刻制的母板復(fù)制而成，具有精 度高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點，目前被廣泛應(yīng)用于數(shù)控機床等大位移測量中。由于受光柵傳感器 功耗及體積等因素限制，要做成便攜式小位移量的數(shù)顯千分表有很大的困難，在國內(nèi)外鮮 有這方面的報道。本實用新型利用近代微電子技術(shù)發(fā)展，低功耗小體積的電子元器件及高 性能微處理芯片的產(chǎn)生和電源技術(shù)的發(fā)展，并盡力優(yōu)化機械，結(jié)構(gòu)設(shè)計，從多方面的考量 以達(dá)到預(yù)期效果。 發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種精度高、穩(wěn)定性好、分辨率高、便于攜帶并能和計算機 通訊、適用于現(xiàn)代先進(jìn)制造業(yè)的數(shù)顯測微儀。本實用新型設(shè)計的便攜式光柵數(shù)顯測微儀，其結(jié)構(gòu)如圖l所示。由推桿l、圓盤5、主 光柵2、指示光柵3、上印刷電路板7、下印刷電路板IO、紅外發(fā)射管9、紅外接收管8、 止拉桿13、拉簧11和外殼6組合構(gòu)成，其中，推桿1貫穿外殼6的中間部位；主光柵2 與推桿l連接成一體，指示光柵3設(shè)置在金屬片4上，金屬片4固定上圓盤5上；主光柵 2和指示光柵3組成光柵對；上印刷電路板7設(shè)置于推桿1的上側(cè)，下印刷電極板10設(shè)置 于推桿1的下側(cè)，紅外發(fā)射管9共有2個，設(shè)置于下印刷電路板10上，紅外接收管8共 有4個，設(shè)置于上印刷電路板7上；紅外發(fā)射管9和紅外接收管8相互對應(yīng)，且位于光柵 對兩側(cè)；止轉(zhuǎn)桿13與推桿1連接成一體，并與推桿1垂直，拉簧11的一端與止轉(zhuǎn)桿13 連接，另一端通過螺絲12與殼體6連接；所有部件設(shè)置于外殼6內(nèi)；外殼6的正面設(shè)置 顯示屏，并設(shè)有3個控制按鈕。本實用新型中，印刷電路板上的電路如圖3所示。該電路由紅外發(fā)射管14、 15，紅外 接收管16-19，放大電路20、 21，比較電路22、 23，邏輯電路24，微處理器25，液晶驅(qū) 動器28，液晶顯示器29，鍵盤31， RS-232電路30， DC-DC電路26，及供電電池27組成。 其中，訊號分二路， 一路由紅外發(fā)射管14發(fā)出的紅外光穿透由指示光柵3和主光柵2組成的光柵對，被紅外接收管16、 17接收，二線接入放大器20進(jìn)行放大，放大后的訊號進(jìn) 入微處理器25進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，同時進(jìn)入比較器22，比較整形后獲得矩形信號進(jìn)入邏輯電 路24。另一路由紅外發(fā)射管15發(fā)出的紅外光，穿透由指示光柵3和主光柵2組成的光柵對， 被紅外接收管18、 19接收。二線接入放大器21進(jìn)行放大，放大后的信號進(jìn)入微處理器25， 進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，同時進(jìn)入比較器23，比較整形后獲得矩形記號進(jìn)入邏輯電路24。邏輯電 路根據(jù)由比較器22和比較器23送來的訊號進(jìn)行邏輯判別，得出正向和反向脈沖，進(jìn)入微 處理器25計數(shù)。微處理25根據(jù)正向、反向的計數(shù)及二路A/D訊號，通過運算得出推桿l 的位移值，該位移值經(jīng)微處理器25的I/O 口送給液晶驅(qū)動器28，驅(qū)動液晶顯示器29加以 顯示。微處理器25在TXD 口送出訊息通過RS-232接口 30和計算機相連，計算機的命令 可通過RS-232接口 30發(fā)回RXD被微處理器25接收。鍵盤31連接各路接入微處理器25的I/0口，每個I/0可感知各鍵的閉合，可確定各 鍵的鍵值，微處理器25可根據(jù)各鍵值決定每鍵的功能，進(jìn)行相應(yīng)的操作。外接鋰電池27，通過DC-DC電路26變換成微處理器25的電源，同時鋰電池接入微處 理器25的A/D口，由微處理器25檢測鋰電池的電壓是否低于允許值，作出相應(yīng)的處理。本實用新型主要特點之一是采用厚度小、緊湊的光柵對。扁平的紅外發(fā)光管及接收管 接裝在上、下二塊印刷板上，和光柵對保持盡量短的距離。另外對光柵的復(fù)制提出較高的 要求，盡量降低放大器的放大倍數(shù)，減少溫漂，增加穩(wěn)定性。本實用新型把推桿的拉簧安裝在止轉(zhuǎn)桿上，利用拉簧二頭所處位置的高低使拉簧產(chǎn)生 一個向上的分力，這分力生成推桿的回轉(zhuǎn)力矩，這回轉(zhuǎn)力矩使主光柵緊貼指示光柵，從而 保證光柵對的良好嚙合。由于光柵對的嚙合程序?qū)δ獱柛缮鏃l紋的增益十分敏感，因此能 保證光電訊號的穩(wěn)定。為了實現(xiàn)便攜，本實用新型采用容量高、體積小可充電的鋰電池作為供電電源。加上 采用微功耗、小體積、集多種資源于一體的微處理芯片及其它電路元件，以保證鋰電池有 足夠的供電時間。本實用新型可采用的元器件均為市購規(guī)格產(chǎn)品。本表的大小，使用場合和方法均和常 規(guī)的機械表相同，但更直觀，精度高幾個數(shù)量級且具有數(shù)字化及智能功能，并能和計算機 通訊。更適合現(xiàn)代先進(jìn)制造業(yè)領(lǐng)域。

圖1為本實用新型機械結(jié)構(gòu)分解圖。 圖2為本實用新型機械結(jié)構(gòu)剖面圖示。圖3為本實用新型的電路原理圖。圖中標(biāo)號l為推桿，2為主光柵，3為指示光柵，4為金屬片，5為圓板，6為殼體， 7為上印刷線路板，8為紅外接收管，9為紅外發(fā)射管，IO為下印刷線路板，ll為拉簧， 12為螺絲，13為止轉(zhuǎn)桿，14為第一個紅外發(fā)射管，15為第二個紅外發(fā)射管，16-19依次 為第一、第二、第三、第四紅外接收管，20為第一放大器，21為第一放大器，22為第一 比較器，23為第二比較器，24為邏輯電路，25為微處理器，26為DC/DC， 27為供電電池， 28為液晶驅(qū)動器，29為液晶顯示器，30為RS-232接口電路，31為鍵盤。
具體實施方式
據(jù)附圖1和2，指示光柵3為方形，長11毫米，寬12毫米，厚1. 2毫米左右，貼裝 在厚度為1毫米、中間通孔直徑10毫米的金屬薄片4上成一組件，該組件固定在圓板5 上，圓板5再固定在殼體6上。主光柵2長22毫米，寬12毫米，厚1.2毫米左右，和推 桿1粘成一體。主光柵2緊貼指示光柵3組成一光柵對。隨著推桿1的移動，主光柵2和 指示光柵3之間有相對的運動。光柵對之間產(chǎn)生莫爾干涉條紋，莫爾干涉條紋緊隨推桿位 移成規(guī)則變化。通過焊接在光柵對下面印刷線路板10上的紅外發(fā)射管9發(fā)出的紅外光被 焊接在光柵付上面的印刷線路板7上的紅外接收管8接收，把莫爾干涉條紋的變化轉(zhuǎn)變成 電量的變化，經(jīng)放大處理運算成推桿的位移變化。拉簧11 一端拉住止轉(zhuǎn)桿13，另一端固定在殼體螺絲12上。螺絲12和止轉(zhuǎn)桿13之間 有大約殼體厚度一半的位置差，且止轉(zhuǎn)桿比螺絲位置低。因此彈簧的拉力F可分解成平行 于推桿1的分力F1和垂直于止轉(zhuǎn)桿向上的分力F2，由于止轉(zhuǎn)桿13和推桿1連成一體，因 此F2對推桿1會產(chǎn)生一回轉(zhuǎn)力矩M。主光柵2和推桿1粘成一體，這力矩可使推桿1在行 程范圍內(nèi)保證光柵對之間有良好的嚙合性能，減少波動，提高穩(wěn)定性。據(jù)附圖3，發(fā)光二極管14和15發(fā)出波長為940nm紅外光，透過由指示光柵3和主光 柵2組成的光柵對被紅外接收管16-19接收，把接收到變化的莫爾干涉條紋信號分別接入 放大器20、 21放大，再分別進(jìn)入微處理25中的A/D轉(zhuǎn)換單元以及比較單元22、 23整形 成矩形波，進(jìn)入邏輯單元24,生成方向判別脈沖，進(jìn)入微處理器25的計數(shù)單元計數(shù)，由 微處理器25根據(jù)計數(shù)單元的值以及A/D轉(zhuǎn)換值運算得出推桿的位移量，再經(jīng)LCD驅(qū)動器 28驅(qū)動液晶顯示器29顯示位移位，并通過RS-232單元30輸出相應(yīng)數(shù)據(jù)和計算機通訊。 鍵盤31和微處理器I/O 口相連。通過鍵盤可設(shè)置分辨率轉(zhuǎn)換、公制英制轉(zhuǎn)換，最大值、 最小值、計值的范圍，數(shù)據(jù)保持等的功能。DC-DC模塊26把外接電池27從3.7V以下轉(zhuǎn)換 成微處理器的供電電壓。微處理器的I/0口作為諸如液晶顯示、紅外發(fā)光接收、放大器、 比較器、邏輯電路等供電電源。鋰電池亦由微處理器監(jiān)視，如電壓低，發(fā)出信號提示充電，并使微處理機進(jìn)入睡眠狀態(tài)，切斷所有單元的供電。本實用新型所采用的電子元器件均為市場規(guī)格產(chǎn)品。
權(quán)利要求1、一種便攜式光柵數(shù)顯測微儀，其特征在于由推桿(1)、圓盤(5)、主光柵(2)、指示光柵(3)、上印刷電路板(7)、下印刷電路板(10)、紅外發(fā)射管(9)、紅外接收管(8)、止拉桿(13)、拉簧(11)和外殼(6)組合構(gòu)成，其中，推桿(1)貫穿外殼(6)的中間部位；主光柵(2)與推桿(1)連接成一體，指示光柵(3)設(shè)置在金屬片(4)上，金屬片(4)固定上圓盤(5)上；主光柵(2)和指示光柵(3)組成光柵對；上印刷電路板(7)設(shè)置于推桿(1)的上側(cè)，下印刷電極板(10)設(shè)置于推桿(1)的下側(cè)，紅外發(fā)射管(9)共有2個，設(shè)置于下印刷電路板(10)上，紅外接收管(8)共有4個，設(shè)置于上印刷電路板(7)上；紅外發(fā)射管(9)和紅外接收管(8)相互對應(yīng)，且位于光柵對兩側(cè)；止轉(zhuǎn)桿(13)與推桿(1)連接成一體，并與推桿(1)垂直，拉簧(11)的一端與止轉(zhuǎn)桿(13)連接，另一端通過螺絲(12)與殼體6連接；所有部件設(shè)置于外殼(6)內(nèi)；外殼(6)的正面設(shè)置顯示屏，并設(shè)有3個控制按鈕。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式光柵數(shù)顯測微儀，其特征在于印刷電路板上的電路由 紅外發(fā)射管(14、 15)，紅外接收管(16-19)、放大電路(20、 21)、比較電路(22、 23)， 邏輯電路(24)、微處理器(25)、液晶驅(qū)動器(28)、液晶顯示器(29)、鍵盤(31) RS-232 電路(30)、 DC-DC電路(26)及供電電池(27)組成；其中訊號分二路， 一路由紅外發(fā) 射管(14)發(fā)出的紅外光穿透由指示光柵(3)和主光柵(2)組成的光柵對，被紅外接收 管(16、 17)接收，二線接入放大器(20)進(jìn)行放大，放大后的訊號進(jìn)入微處理器(25) 進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，同時進(jìn)入比較器(22)，比較整形后獲得矩形信號進(jìn)入邏輯電路(24);另一路由紅外發(fā)射管(15)發(fā)出的紅外光穿透由指示光柵(3)和主光柵(2)組成的 光柵對，被紅外接收管(18、 19)接收，二線接入放大器(21)進(jìn)行放大，放大后的信號 進(jìn)入微處理器(25)，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，同時進(jìn)入比較器(23)，比較整形后獲得矩形記號進(jìn) 入邏輯電路(24);邏輯電路根據(jù)由比較器(22)和比較器(23)送來的訊號進(jìn)行邏輯判 別，得出正向和反向脈沖，進(jìn)入微處理器(25)計數(shù)；微處理(25)根據(jù)正向、反向的計 數(shù)及二路A/D訊號，通過運算得出推桿(1)的位移值，該位移值經(jīng)微處理器(25)的1/0 口送給液晶驅(qū)動器(28)，驅(qū)動液晶顯示器(29)加以顯示；微處理器(25)在TXD 口送 出訊息通過RS-232接口 (30)和計算機相連，計算機的命令通過RS-232接口 (30)發(fā)回 RXD被微處理器(25)接收。
專利摘要本實用新型屬于儀器儀表技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種便攜式光柵數(shù)顯測微儀。它由推桿、圓盤、主光柵、指示光柵、上下印刷電路板、紅外發(fā)射管、接收管、外殼等組成，其中，印刷電路板上的電路由紅外發(fā)射管、接收管、放大器、比較器、邏輯電路、微處理器、液晶顯示器、鍵盤等連接組成。被測的微小位移量轉(zhuǎn)換成光柵對相應(yīng)變化的莫爾干涉條紋信號，由紅外光通過光柵對，被光電元件接收，并轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)模擬電路及微處理器接收處理成為數(shù)字信號，由顯示器顯示。本實用新型體積小，便于攜帶；測量小位移，精度高，穩(wěn)定性好；并可以和計算機通訊，適用于現(xiàn)代制造業(yè)領(lǐng)域。
文檔編號G01B11/02GK201149482SQ20082005462
公開日2008年11月12日 申請日期2008年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月11日
發(fā)明者陳民生 申請人:陳民生