一種減少電磁脈沖干擾的電容測(cè)微儀采集處理裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種減少電磁脈沖干擾的電容測(cè)微儀采集處理裝置，包括信號(hào)調(diào)理器、第一屏蔽同軸電纜、電源電壓、第二屏蔽同軸電纜、數(shù)據(jù)采集卡和數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)，電容測(cè)微儀的輸出端與信號(hào)調(diào)理器的輸入端連接，信號(hào)調(diào)理器的輸出端通過第一屏蔽同軸電纜與數(shù)據(jù)采集卡的第一輸入端連接，電源電壓的輸出端通過第二屏蔽同軸電纜與數(shù)據(jù)采集卡的第二輸入端連接，數(shù)據(jù)采集卡的輸出端與數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)的輸入端連接。
【專利說明】—種減少電磁脈沖干擾的電容測(cè)微儀采集處理裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種信號(hào)采集處理裝置和方法，尤其涉及一種減少電磁脈沖干擾的電容測(cè)微儀采集處理裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電容測(cè)微儀具有重復(fù)性好，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，精度高等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于精密加工與精密微位移檢測(cè)領(lǐng)域。在機(jī)床精密加工中，為確保零件的加工質(zhì)量，利用電容測(cè)微儀測(cè)量機(jī)床主軸的徑向回轉(zhuǎn)誤差與軸向微竄動(dòng)量，并利用測(cè)量值對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償；在精密離心機(jī)研制領(lǐng)域，利用電容測(cè)微儀動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)離心機(jī)主軸的運(yùn)動(dòng)間隙與回轉(zhuǎn)誤差，確保主軸運(yùn)行安全，另外還利用電容測(cè)微儀測(cè)量離心機(jī)的動(dòng)態(tài)半徑與動(dòng)態(tài)失準(zhǔn)角等。這些檢測(cè)量均為亞μπι?μ m級(jí),屬于精密微位移檢測(cè)領(lǐng)域。
[0003]在這類測(cè)試項(xiàng)目中均包含有功率電機(jī)，如精密機(jī)床的拖動(dòng)電機(jī)，精密離心機(jī)的大功率拖動(dòng)電機(jī)等，電容測(cè)微儀在進(jìn)行微位移測(cè)量時(shí)往往與電機(jī)處于同一空間，電機(jī)啟動(dòng)和持續(xù)運(yùn)行時(shí)，產(chǎn)生連續(xù)的強(qiáng)電磁脈沖干擾信號(hào)，且干擾信號(hào)幅度大，并直接耦合到電容測(cè)微儀的信號(hào)通道中，將微弱測(cè)試信號(hào)淹沒掉，對(duì)于精密測(cè)試，必須設(shè)法減小或消除此類強(qiáng)電磁干擾信號(hào)，這一直是個(gè)難題。目前常用的方法有利用線性光耦隔離電容測(cè)微儀的輸出信號(hào)法、對(duì)測(cè)試系統(tǒng)加屏蔽罩隔離電磁干擾法、測(cè)試信號(hào)低通濾波后處理法等。上述方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，但均不能達(dá)到很好的抗干擾效果，比如低通濾波法，如何確定低通濾波頻率，電機(jī)產(chǎn)生的強(qiáng)電磁干擾頻譜寬，且不斷變化，采用固定頻率濾波勢(shì)必將有效信號(hào)濾除，得到錯(cuò)誤的測(cè)試結(jié)果，且這種后處理方法不便于實(shí)時(shí)處理。而采用屏蔽罩隔離電磁干擾，由于測(cè)試走線等原因，屏蔽罩不可能做到全封閉，電磁干擾會(huì)從屏蔽罩上的各孔隙耦合進(jìn)測(cè)試系統(tǒng)，該法只可改善干擾信號(hào)的程度，但無法實(shí)現(xiàn)電磁干擾信號(hào)與電容測(cè)微儀的有效測(cè)試信號(hào)分離。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型的目的就在于為了解決上述問題而提供一種同步處理測(cè)試信號(hào)，通過差分變換減少測(cè)試誤差的一種減少電磁脈沖干擾的電容測(cè)微儀采集處理器。
[0005]本實(shí)用新型通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)上述目的:
[0006]本實(shí)用新型包括信號(hào)調(diào)理器、第一屏蔽同軸電纜、電源電壓、第二屏蔽同軸電纜、數(shù)據(jù)采集卡和數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)，電容測(cè)微儀的輸出端與所述信號(hào)調(diào)理器的輸入端連接，所述信號(hào)調(diào)理器的輸出端通過第一屏蔽同軸電纜與所述數(shù)據(jù)采集卡的第一輸入端連接，所述電源電壓的輸出端通過所述第二屏蔽同軸電纜與所述數(shù)據(jù)采集卡的第二輸入端連接，所述數(shù)據(jù)采集卡的輸出端與所述數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)的輸入端連接。
[0007]進(jìn)一步地，所述第一屏蔽同軸電纜和所述第二屏蔽同軸電纜長(zhǎng)度、材質(zhì)和阻抗均相同。
[0008]具體地，所述數(shù)據(jù)采集卡為同步數(shù)據(jù)采集卡。[0009]作為優(yōu)選，所述電源電壓為直流電池。
[0010]具體地，所述數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)為通用PC計(jì)算機(jī)或嵌入式計(jì)算機(jī)。
[0011]本實(shí)用新型包括以下幾個(gè)步驟:
[0012]步驟(I):在所述數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)上設(shè)置所述電容測(cè)微儀的采樣頻率和通道量程。
[0013]步驟(2):啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集后電機(jī)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)工況下，所述數(shù)據(jù)采集卡分別對(duì)所述電源電壓和所述信號(hào)調(diào)理器執(zhí)行同步采集，所述數(shù)據(jù)采集卡的第一輸入端與第二輸入端的采樣頻率相同，獲得第一通道信號(hào)和第二通道信號(hào)。
[0014]步驟(3):所述第一通道信號(hào)與所述第二通道信號(hào)通過所述數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)內(nèi)的軟件濾波模塊執(zhí)行相減執(zhí)行差分運(yùn)算，消除強(qiáng)電磁干擾后得到消磁信號(hào)。
[0015]步驟(4):所述消磁信號(hào)加偏置電壓后執(zhí)行偏置運(yùn)算得到有效測(cè)試信號(hào)。
[0016]步驟(5):判斷是否完成測(cè)試，如果測(cè)試未完成則自動(dòng)轉(zhuǎn)到步驟2，若完成測(cè)試則退出。
[0017]步驟(6):停止采集后，將所述有效測(cè)試信號(hào)傳輸至所述數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)并顯示。
[0018]本實(shí)用新型的有益效果在于:
[0019]本實(shí)用新型通過采集同步測(cè)量信號(hào)后，對(duì)測(cè)量信號(hào)進(jìn)行差分變換和對(duì)電壓進(jìn)行偏置運(yùn)算，，實(shí)現(xiàn)了電磁干擾信號(hào)與電容測(cè)微儀的有效測(cè)試信號(hào)有效分離，適用于電機(jī)運(yùn)行連續(xù)強(qiáng)電磁干擾下的各類微弱信號(hào)有效采集與處理。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是本實(shí)用新型的硬件結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖2是本實(shí)用新型的工作示意圖。
[0022]圖3是所述數(shù)據(jù)采集卡的第一輸入端AInO通道采集到電容測(cè)微儀原始信號(hào)波形圖，
[0023]圖4是所述數(shù)據(jù)采集卡的第二輸入端AInl通道采集到的精密電源模塊通道波形圖，
[0024]圖5是對(duì)AInO通道測(cè)試信號(hào)A與AInl通道測(cè)試信號(hào)B執(zhí)行減法濾波運(yùn)算和IV偏置運(yùn)算后，AInO原始波形圖與數(shù)據(jù)處理后的波形圖比較圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明:
[0026]如圖1所示，本實(shí)用新型包括信號(hào)調(diào)理器、第一屏蔽同軸電纜、電源電壓、第二屏蔽同軸電纜、數(shù)據(jù)采集卡和數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)，電容測(cè)微儀的輸出端與信號(hào)調(diào)理器的輸入端連接，信號(hào)調(diào)理器的輸出端通過第一屏蔽同軸電纜與數(shù)據(jù)采集卡的第一輸入端連接，電源電壓的輸出端通過第二屏蔽同軸電纜與數(shù)據(jù)采集卡的第二輸入端連接，數(shù)據(jù)采集卡的輸出端與數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)的輸入端連接。
[0027]第一屏蔽同軸電纜和第二屏蔽同軸電纜長(zhǎng)度、材質(zhì)和阻抗均相同，兩通道的信號(hào)采集點(diǎn)數(shù)相同，采樣點(diǎn)的時(shí)間對(duì)應(yīng)一致，確保了每個(gè)通道采集到的強(qiáng)電磁脈沖干擾信號(hào)的幅度相同、相位相同，因此，在采集的同時(shí)對(duì)兩路采集的信號(hào)實(shí)時(shí)執(zhí)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信號(hào)值相減，執(zhí)行差分運(yùn)算則可將強(qiáng)電磁干擾完全消除掉。減少由于傳輸電纜帶來的測(cè)量誤差。
[0028]數(shù)據(jù)采集卡為同步數(shù)據(jù)采集卡，每個(gè)輸入通道對(duì)應(yīng)一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器；采集卡的本底噪聲低，對(duì)于用電容測(cè)微儀精確測(cè)量微位移，采集卡的A/D分辨率應(yīng)> 16位，本底噪聲(5mV ;數(shù)據(jù)采集卡各通道的量程應(yīng)能覆蓋實(shí)際測(cè)試時(shí)的連續(xù)強(qiáng)電磁干擾信號(hào)的最大幅度。
[0029]電源電壓為直流電池，其本底噪聲為mV級(jí)甚至μ V級(jí)，應(yīng)低于數(shù)據(jù)采集卡的本底噪聲，且精密電源板的靜態(tài)輸出電壓應(yīng)穩(wěn)定，可確保測(cè)試精度。
[0030]數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)為通用PC計(jì)算機(jī)或嵌入式計(jì)算機(jī)。取決于數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)與數(shù)據(jù)采集卡的連接方式。數(shù)據(jù)采集卡采用PCI總線、PC1-E總線、ISA總線等通用PC類總線時(shí)，數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)為通用PC機(jī)；數(shù)據(jù)采集卡采用PXI總線、PX1-E總線、VXI總線等儀器類總線時(shí)，數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)為對(duì)應(yīng)總線類PC儀器；數(shù)據(jù)采集卡為片上系統(tǒng)時(shí)，數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)為MCU嵌入式控制計(jì)算機(jī)，數(shù)據(jù)采集卡與MCU嵌入式控制計(jì)算機(jī)集成為一體；
[0031]本實(shí)用新型的工作原理如下:電機(jī)啟動(dòng)或持續(xù)運(yùn)行時(shí)，產(chǎn)生的連續(xù)強(qiáng)電磁脈沖同步耦合到電源電壓所在測(cè)試通道B，傳輸線纜上和電容測(cè)微儀與信號(hào)調(diào)理器組成的有效測(cè)試通道A傳輸電纜上，在采集的同時(shí)對(duì)兩路采集的信號(hào)實(shí)時(shí)執(zhí)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信號(hào)值相減，執(zhí)行差分運(yùn)算則可將強(qiáng)電磁干擾完全消除掉。由于在執(zhí)行減法運(yùn)算時(shí)，電容測(cè)微儀測(cè)試通道A的信號(hào)幅值減掉了測(cè)試通道B的精密電源板輸出的固定直流電壓幅值，減法運(yùn)算出現(xiàn)了固定電壓偏置，因此，將執(zhí)行減運(yùn)算后的信號(hào)加上精密電源板的靜態(tài)直流輸出電壓值即得到精確有效的電容測(cè)微儀測(cè)試信號(hào)值，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)強(qiáng)電磁干擾下的電容測(cè)微儀微弱信號(hào)采集與處理。
[0032]如圖1和2所示，在本實(shí)施例中，電容測(cè)微儀選擇為德國米依公司生產(chǎn)的CS05型量程為500 μ m測(cè)微儀。信號(hào)調(diào)理器選擇為與CS05型電容測(cè)微儀輸出配套的DT6100型單通道信號(hào)調(diào)理器，屏蔽同軸電纜長(zhǎng)度為20米，電阻為I歐，電容測(cè)微儀通過第一屏蔽同軸電纜與型號(hào)為DT6100信號(hào)調(diào)理器連接，信號(hào)調(diào)理器與同步數(shù)據(jù)采集卡的模擬輸入通道連接，同步數(shù)據(jù)采集卡采用NIPC1-6123，數(shù)據(jù)采集卡A/D分辨率為16位，本底噪聲為5mV，模擬輸入通道共8個(gè)，采樣頻率最大為500kHz。數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)為研華工控機(jī)，通過內(nèi)置的PCI總線接口與同步數(shù)據(jù)采集卡的PCI接口相連，實(shí)現(xiàn)工控機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)采集卡的動(dòng)作控制，電源電壓為精密電源板，采用TI公司生產(chǎn)的線性LDO電源模塊TPS79710設(shè)計(jì)，精密電源板的輸入為5V直流電壓，輸出為IV，通過應(yīng)用大量濾波電容和電感構(gòu)成多級(jí)濾波器使其本底噪聲為
0.5mV，精密電源板通過屏蔽同軸電纜與PC1-6123同步數(shù)據(jù)采集卡的模擬輸入通道AInl連接，軟件濾波組件采用LABVIEW軟件平臺(tái)開發(fā)，操作系統(tǒng)為WINXP，采樣頻率設(shè)置為10kHz，PC1-6123的模擬輸入通道的量程設(shè)置為10V，采樣模式設(shè)置為連續(xù)采集模式。設(shè)置完成后，在電機(jī)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)工況下，對(duì)兩個(gè)模擬輸入通道執(zhí)行同步采集，獲得AInO通道測(cè)試信號(hào)A和AInl通道測(cè)試信號(hào)B，同時(shí)利用軟件濾波組件對(duì)測(cè)試信號(hào)A與測(cè)試信號(hào)B作減運(yùn)算得消除強(qiáng)連續(xù)電磁脈沖后的信號(hào)C，然后對(duì)信號(hào)C加入IV偏置電壓，得到電容測(cè)微儀通道的有效測(cè)量信號(hào)D。判斷是否完成測(cè)試，若完成測(cè)試則退出，否則繼續(xù)執(zhí)行數(shù)據(jù)采集與處理過程。
[0033]由圖3可知，數(shù)據(jù)采集卡的第一輸入端耦合了大量不規(guī)則的連續(xù)強(qiáng)電磁脈沖信號(hào)，由圖4可知，數(shù)據(jù)采集卡的第二輸入端在IV基礎(chǔ)上疊加了大量不規(guī)則的連續(xù)強(qiáng)電磁脈沖信號(hào)。由圖5可知，處理后的波形圖保留了電容測(cè)微儀輸出的微弱信號(hào)，完全消除了由電機(jī)運(yùn)行引起的強(qiáng)連續(xù)電磁脈沖干擾。處理后的有效測(cè)試信號(hào)中的噪聲只包含有數(shù)據(jù)采集卡的5mV本底隨機(jī)噪聲。
【權(quán)利要求】
1.一種減少電磁脈沖干擾的電容測(cè)微儀采集處理裝置，其特征在于:包括信號(hào)調(diào)理器、第一屏蔽同軸電纜、電源電壓、第二屏蔽同軸電纜、數(shù)據(jù)采集卡和數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)，電容測(cè)微儀的輸出端與所述信號(hào)調(diào)理器的輸入端連接，所述信號(hào)調(diào)理器的輸出端通過第一屏蔽同軸電纜與所述數(shù)據(jù)采集卡的第一輸入端連接，所述電源電壓的輸出端通過所述第二屏蔽同軸電纜與所述數(shù)據(jù)采集卡的第二輸入端連接，所述數(shù)據(jù)采集卡的輸出端與所述數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)的輸入端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種減少電磁脈沖干擾的電容測(cè)微儀采集處理裝置，其特征在于:所述第一屏蔽同軸電纜和所述第二屏蔽同軸電纜長(zhǎng)度、材質(zhì)和阻抗均相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種減少電磁脈沖干擾的電容測(cè)微儀采集處理裝置，其特征在于:所述數(shù)據(jù)采集卡為同步數(shù)據(jù)采集卡。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種減少電磁脈沖干擾的電容測(cè)微儀采集處理裝置，其特征在于:所述電源電壓為直流電池。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種減少電磁脈沖干擾的電容測(cè)微儀采集處理裝置，其特征在于:所述數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)為通用PC計(jì)算機(jī)或嵌入式計(jì)算機(jī)。
【文檔編號(hào)】G01B7/02GK203587039SQ201320405050
【公開日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2013年7月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月9日
【發(fā)明者】張 榮, 李明海, 王鈺 申請(qǐng)人:中國工程物理研究院總體工程研究所