專利名稱：單片機多路位移巡測儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種以采用電或磁的方法為特征的計量設(shè)備。
對于準(zhǔn)靜態(tài)(即變化較緩的動態(tài)過程)條件下的位移測量，常規(guī)的方法是采用各種機械式比較儀、電動式電渦流測微儀、電感式測微儀等。在多路位移測量中，則反映出它們的自動化程度不高、示值誤差大、操作不方便等不足之處?，F(xiàn)有一種，如專利號88214126.0，名稱為“單片機多點通用測微儀”，所公開的采用電感——頻率轉(zhuǎn)換方法的儀器，雖具有精度高、測點多、自成系統(tǒng)等優(yōu)點，但只適用于特定參數(shù)的測量顯示，不便于準(zhǔn)靜態(tài)條件下，大數(shù)據(jù)量的存貯和處理，且每個傳感器需要兩次切換采樣和頻率計數(shù)檢測，在一定程度上限制了測量速度的進一步提高。
本實用新型的目的是，以單片機為核心，在單臺測微儀(單通道或手動雙通道)的基礎(chǔ)上，采用對稱式的抑制溫漂切換處理，實現(xiàn)多點位移自動巡回測量，并能與微機經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)RS－232C串行口通訊，不但能將檢測數(shù)據(jù)直接顯示，而且根據(jù)實際測試需要，將數(shù)據(jù)傳送到上位微機，以滿足大量數(shù)據(jù)的存貯及各種特定要求的分析處理。
為實現(xiàn)上述的目的，本實用新型所采用的技術(shù)方案是，它由若干個電感傳感器，經(jīng)多路模擬開關(guān)電路的切換后，連到測微儀，其輸出的毫伏級直流模擬電壓，經(jīng)放大、模／數(shù)轉(zhuǎn)換后，由單片機系統(tǒng)根據(jù)相應(yīng)的程序進行采集、濾波、轉(zhuǎn)換和計算等處理，送顯示器顯示，還可與上位微機通訊，將大量的實時測試數(shù)據(jù)傳送至上位微機進行存貯、圖顯、分析等進一步的處理。
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步的描述。


圖1.單片機多路位移巡測儀的電路框圖；圖2.電感傳感器多路切換部份的電路圖。
如圖1、圖2所示，本實用新型采用若干個三抽頭電感傳感器14、經(jīng)多路模擬切換開關(guān)6與測微儀7連接，多路模擬切換開關(guān)6是由特性相同并對稱設(shè)計的兩片芯片16、17組成，分別切換測微儀7中振蕩器20發(fā)出的對電感傳感器14進行激勵的正弦電源，同時各傳感器14并聯(lián)在一起的輸出信號線與測微儀7中的放大與相敏檢波電路18連接，其輸出為毫伏級直流電壓信號，進入由運算放大器19、電阻R1、R2、R3、W和電容C1、C2組成的放大器8進行放大和濾波。放大后的電壓經(jīng)模／數(shù)轉(zhuǎn)換器9成為數(shù)字量，進入接口芯片10，接至由串行口1、單片機2、鎖存器3、存貯器4、通道數(shù)設(shè)置開關(guān)13組成的單片機系統(tǒng)，對輸入信號進行采集、濾波、轉(zhuǎn)換和計算等處理，經(jīng)驅(qū)動電路11、12送顯示器顯示。其中通道數(shù)設(shè)置開關(guān)13包括復(fù)位按鈕及測試通道選擇開關(guān)。又可在串行口1上接有標(biāo)準(zhǔn)RS－232C串行通訊口的上位微機15，將大量的實時測試數(shù)據(jù)傳送到上位微機15，進行存貯、圖顯和分析等進一步的處理。
本實用新型選用單片機MCS－51系列8031芯片，采用8個GC－8ZG電感傳感器，一臺DGH－5型電感測微儀，兩片CD4051八選一多路模擬切換開關(guān)芯片，選用353型運算放大器與R1、W組成40倍左右放大倍數(shù)的放大器(一級或二級均可)，模／數(shù)轉(zhuǎn)換器選用3 1/2 位CMOS自校零雙積分型的MC14433芯片，顯示器是5位共陰極LED，上位微機采用有標(biāo)準(zhǔn)通訊口的如IBM／PC286或386系列。儀器采用模塊化設(shè)計，共有信號輸入處理板、單片機主板、顯示板及電源板等四塊模板，對不同的傳感器信號，只要適當(dāng)改換信號處理板即可。
本儀器的測量方法由于測微儀7可為單路電感傳感器14提供激勵信號及處理交變的反饋輸出信號，且可輸出與位移量成線性比例關(guān)系的直流電壓信號，故通過在多路傳感器與測微儀之間加入多路模擬切換開關(guān)6，同時對測微儀輸出的直流信號經(jīng)放大、模／數(shù)轉(zhuǎn)換后，由單片機系統(tǒng)接收處理，實現(xiàn)了多路位移的自動巡測。通過兩個切換開關(guān)的同時動作，每次接通一個傳感器與測微儀的信號連接，測完后再測下一路，需測的通道數(shù)由通道數(shù)設(shè)置開關(guān)13選擇，當(dāng)所有的通道都測試一遍后，再將各路的位移值循環(huán)顯示輸出，這樣可保證各點的測試時間間隔為最小，使測試時間具有一致性，這在準(zhǔn)靜態(tài)條件下的測試中是必要的，當(dāng)然通過軟件的改動，也可每測一點即顯示一點的值。必要時可將數(shù)據(jù)定時向上位微機發(fā)送。
其測量過程(1)在準(zhǔn)靜態(tài)條件，如機床的熱變形量測試，先布置好各傳感器，在測微儀和本機都工作的狀態(tài)下，調(diào)整傳感器的初始位置，到顯示值接近于零，然后固定傳感器，按復(fù)位鍵，記下各點的初始值。
(2)儀器按通道數(shù)設(shè)置開關(guān)所確定的通道循環(huán)檢測顯示，顯示值與初始值之差，就是位移變化值。
(3)單路測量時，只要將通道數(shù)設(shè)置開關(guān)都置于向下的位置即可。
(4)在靜態(tài)條件下的各種測量，如產(chǎn)品的幾何尺寸或誤差量等的測量，則先在基準(zhǔn)件上調(diào)整好各傳感器的初始值，再放上被測件，顯示值與初始值之差，就是被測值與基準(zhǔn)件的尺寸差。
本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比較其優(yōu)點是(1)本巡測儀可獨立使用，具有精度高、點數(shù)多、數(shù)顯化。
(2)采用模塊化設(shè)計，通用性好、開發(fā)、維修方便。
(3)以對稱式的電路設(shè)計及軟件補償?shù)却胧┮种茰仄?，穩(wěn)定性好，適用范圍廣。
(4)備有串行接口，后繼處理方便，以充分享用上位微機豐富的軟硬件資源。
(5)電路結(jié)構(gòu)簡單、成本低。
(6)測量指標(biāo)測量范圍0～30μm；分辨率0.01μm；精 度0.1μm；單次測量時間0.1秒；系統(tǒng)溫度特性帶軟件校正，長時間運行，≤0.05μm的溫漂。
因此，本實用新型適用于幾何形狀參數(shù)及數(shù)據(jù)量較大的準(zhǔn)靜態(tài)條件下的微小位移量的測量。
權(quán)利要求1.一種單片機多路位移巡測儀，本實用新型的特征是，三抽頭電感傳感器[14]，經(jīng)多路模擬切換開關(guān)[6]與測微儀[7]連接，輸出的電壓信號經(jīng)放大器[8]、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器[9]、接口芯片[10]，接至由串行口[1]、單片機[2]、鎖存器[3]、存貯器[4]、通道數(shù)設(shè)置開關(guān)[13]組成的單片機系統(tǒng)，對輸入信號進行采集、濾波、轉(zhuǎn)換和計算，經(jīng)驅(qū)動電路[11]、[12]送顯示器[5]顯示。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單片機多路位移巡測儀，其特征是，多路模擬切換開關(guān)〔6〕是由特性相同并對稱設(shè)計的兩片芯片〔16〕、〔17〕組成，分別切換測微儀〔7〕中振蕩器〔20〕發(fā)出的對電感傳感器〔14〕進行激勵的正弦電源，各電感傳感器〔14〕并聯(lián)在一起的輸出信號線與測微儀〔7〕中的放大與相敏檢波電路〔18〕連接，其信號進入由運算放大器〔19〕、電阻R1、R2、R3、W和電容C1、C2組成的放大器〔8〕進行放大和濾波。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的單片機多路位移巡測儀，其特征是，經(jīng)串行口〔1〕可與有標(biāo)準(zhǔn)通訊口的上位微機〔15〕進行數(shù)據(jù)通訊。
專利摘要一種單片機多路位移巡測儀，采用若干個電感傳感器，經(jīng)對稱設(shè)計的多路模擬切換開關(guān)，連接到單臺測微儀，取得與位移量對應(yīng)的電壓信號，經(jīng)放大器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，成為數(shù)字量輸送到單片機系統(tǒng)進行處理后，由顯示器顯示，并可經(jīng)RS-232C串行口，將數(shù)據(jù)傳送到上位微機，進行大量數(shù)據(jù)的存貯和特定要求的分析處理。本儀器具有自動測量、顯示及通訊功能，溫漂小、穩(wěn)定性好、精度高、便于維修，適用于幾何形狀參數(shù)及數(shù)據(jù)量較大的準(zhǔn)靜態(tài)條件下的微小位移量的測量。
文檔編號G01B7/02GK2125123SQ9222247
公開日1992年12月16日 申請日期1992年5月22日 優(yōu)先權(quán)日1992年5月22日
發(fā)明者陳子辰, 何春富, 胡旭曉 申請人:浙江大學(xué)