CN101718517B - 一种便携式电子塞规 - Google Patents

Abstract

一种便携式电子塞规，涉及一种测量仪器，设有一个可屏蔽外界信号的外壳，在外壳一端连接有测头，传感器设置在测头体内，在其外壳中设有信号处理器，在外壳上设有显示器，由传感器输出信号输入信号处理器处理，输出后经显示器显示，本发明将测量和显示一体模块设计，结构简单而且便于携带使用，其整个系统采用了具有开关功能的变压电路和升压电路模块，一方面保证了整个系统稳定的工作电压，另一方面在仪器较长时间不使用的情况下，系统能够较好的进入节电模式，这样最大限度的提高了仪器的使用寿命。

Description

一种便携式电子塞规

技术领域

本发明涉及一种内径测量仪器，具体的说是一种便携式电子塞规。

背景技术

目前，现有电感式内径测量仪主要是以测量装置配合显示处理系统(多为电子柱或测量电箱)的一整套检测装置。精密的电感式位移传感器通过感知孔径尺寸的变化，并通过引线将信号传递给显示处理装置，将处理结果显示出来。例如中国专利一种双柔性铰链电感内藏式电子塞规，其申请号：96203363.4和中国专利一种精密电子塞规，其申请号：200820062450.3。此类电子塞规有明显的缺点：其一、测量和显示处理系统分开设置，显示处理系统一般为一整套检测装置，体积较大、携带与使用非常不便；其二、由于电子塞规与显示处理装置采用较长的引线连接，接头与引线电阻的不确定性势必对检测精度产生影响，造成测量后显示不稳定、误差较大；其三，由于显示装置采用220V交流供电，当检测环境缺少外接电源时，量仪将无法使用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种便携式电子塞规，它不仅携带方便、便于使用，而且将测量和显示采用一体结构，从而减少了接头和较长引线电阻的不确定性对检测精度产生的影响，提高了其测量精度。

本发明为解决上述技术问题的不足而采用的技术方案是：一种便携式电子塞规，设有一可屏蔽外界信号的外壳，在外壳一端设有测头，传感器设置在测头体内，在其外壳中设有信号处理器，在外壳上设有显示器，由传感器输出信号输入信号处理器处理，输出后经显示器显示，所述信号处理器由信号处理模块、模数转换电路、单片机、变压电路I、变压电路II、升压电路和电源组成，其中信号处理模块、模数转换电路和单片机顺序串接，电源分为两路设置，一路经变压电路I给模数转换电路和单片机供电，另一路经变压电路II与升压电路给信号处理模块供电。

本发明中所述的电源，其输出电压为4.2V。

本发明中所述的变压电路I，其输出的直流电压为3V。

本发明中所述的变压电路II，输出的直流电压为3V。

本发明中所述的升压电路，其具有两个输出端，分别输出+5V和-5V的直流电压。

本发明中所述的信号处理模块由信号供给电路和信号处理电路构成，信号供给电路由正弦波信号发生电路、信号放大电路和信号反向放大电路构成，信号处理电路由开关式全波相敏检波电路、滤波电路和直流放大电路构成，由正弦信号发生电路产生的正弦信号经放大电路和反向放大电路得到幅值相等、相位相差180度的两路正弦信号输入测头内的传感器，感应出与位移相关的正弦信号，经由开关式全波相敏检波电路，和滤波电路处理后，产生与位移变化成线性关系的直流信号，再由直流放大电路放大后，输入模数转换电路采样。

本发明中所述的变压电路II通过单片机控制。

本发明在现有测量部分的基础上将测量和显示作为一体化结构设计，不但便于携带和使用，而且测量信号直接接入显示处理装置的信号转换电路中，从而减少了接头和较长引线电阻的不确定性对检测精度产生的影响，提高了其测量精度，其次，在不接入外界电源的情况下，合理设计内部低工作电压电路，保证了其测量精度，为携带使用时的精确度提供了有力的保证。

本发明将单片机的一个控制端控制信号处理支路，通过程序设置系统的空闲时间，10～90秒可选，即在设定的时间范围内，如果未进行任何操作，系统进入节电模式。当系统进入节电模式时，单片机关断变压电路II的输出电压，并且自身进入掉电状态，此时，整个仪器进入微功耗状态，其功耗小于工作状态功耗的1％，省电效果明显；其次当按下HOLD键时，系统重新返回工作状态，操作非常方便。

本发明整个显示处理系统采用了具有开关功能的变压电路和升压电路，一方面保证了整个系统稳定的工作电压(由于长时间使用，锂电池输出电压下降的情况下)，另一方面在仪器较长时间不使用的情况下，系统能够较好的进入节电模式(关断信号处理模块的供电)，这样最大限度的提高了仪器的使用时间。

本发明的有益效果是：

1、本发明将测量装置和显示系统一体结构设计，便于携带使用；测量数据直接输入信号处理模块，从而减少了接头和较长引线电阻的不确定性对检测精度产生的影响，并且合理设计其内部电路系统，从整体提高了其测量精度，经多次试验证明：其示值误差(线性)≤1.0μm，示值变动性(重复性)≤1.0μm，示值稳定性(四小时)≤1.0μm，温飘≤3.0μm/℃。

2、本发明低功耗，待机功耗≤10mW，可连续工作时间≥12小时，通过在电路系统内设置单片机控制变压电路，由于电池通过变压电路给信号处理模块供电，因此，可设置程序控制其工作状态，如果未进行任何操作，系统进入节电模式。此时，整个仪器进入微功耗状态，其功耗小于工作状态功耗的1％，省电效果明显。

3，其次信号处理模块中采用了开关式全波相敏检波电路，并对其做出改进，合理设计其内部电路，将电路中的主要运算放大器(U1、U2)调整为±5V工作电压的运算放大器，并将起开关作用的场效应管调整为3DJ6F，其滤波效果更好，将其用在电子塞规上，使其在±5V工作电压下能保证了测量时的精度。

4，将测量装置连接外壳的一端，另一端设置显示器，在外壳内设有信号处理器，整体设计非常紧凑便于携带使用；此外所使用的外壳为可屏蔽外界信号的铝质构件，有效防止外界信号干扰，提高其测量精度，而且在铝质构件外部还设有防滑槽，不仅质轻，而且便于握紧测量。

5、由于现有技术中，测量装置和显示处理装置为独立部件，测量时将测量装置通过连接引线接入显示处理装置，而显示处理装置采用220V交流供电，当检测环境缺少外接电源时，量仪将无法使用。本发明采用锂电池独立供电，电路采用低工作电压，并采用了变压电路和升压电路，将电压稳定值所需值后供给信号处理模块、模数转换电路和单片机，有效的保证其工作时所需电压，保证测量的精度，从而改变了原装置使用时的局限性。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的原理框图。

图3是本发明的信号处理流程图。

图4是本发明中信号处理模块的开关式全波相敏检波电路图。

图中标记：1、传感器，2、外壳，3、信号处理器，4、显示器，5、信号处理模块，6、模数转换电路，7、单片机，8、变压电路I，9、变压电路II，10、升压电路，11、电源，12、HOLD键，13、控制键，14、测头。

具体实施方式

本发明，一种便携式电子塞规，其具体的实施方式为：

如图1所示，一种便携式电子塞规，将测量和显示一体结构设计，在外壳2的一端设有测头14，最前端的测头14采用双柔性铰链机构，将传感器1中的核心部件(即为磁芯和电感线圈)直接镶装在双柔性铰链体内，显示器4镶嵌在外壳2外部，在外壳2内设有信号处理器3，传感器1、信号处理器3和显示器4顺序串接，在外壳2上还设有HOLD键12和控制键13。

本发明，其外壳2可采用铝制外壳，不仅有效的将外界的电场和磁场屏蔽，保证了测量的精度，而且由于铝制外壳重量轻，更便于携带；所述的外壳2其外表面沿轴向还设有条状的凸起，从而增大摩擦可更好的握紧去测量，避免了因微小滑动影响测量精度。

如图2所示，本发明的原理框图，所述信号处理器3由信号处理模块5、模数转换电路6、单片机7、变压电路I 8、变压电路II 9、升压电路10和电源11组成，其中信号处理模块5、模数转换电路6和单片机7顺序串接，电源11分为两路设置，一路经变压电路I 8给模数转换电路6和单片机7供电，另一路经变压电路II 9与升压电路10给信号处理模块5供电。由测头14将孔径尺寸传递到精密位移传感器1内，而后传感器1的信号输入信号处理模块13，再经模数转换电路8处理后，输入单片机6处理，处理后的数据将在在外部显示器4上显示出来。

所述的显示器4镶嵌在外壳2外部，在外壳2内部单片机7的输出端接入显示器，测量结果从显示器上显示出来。

本发明中所述的稳压电路II 11通过单片机6控制。

图2为本发明的原理框图，由电源11(例如锂电池)分两路供电，电路采用低工作电压、低功耗的IC，锂电池输出电压为3.7V-4.2V(随电池电量变化)，一路经过变压电路I 8(REG102)后将电压稳定在3V，稳定后的电压供给单片机7(STC89LE58)和模数转换电路6；另外一路经过变压电路II 9(REG102)后电压稳定在3V，经升压电路10(DC-DC)后，升压电路10具有两个输出端，分别输出+5V和-5V的直流电压供给信号处理模块5。

本发明，单片机7可程序控制其关断输出电压。所述的单片机7为低功耗单片机(STC89LE58)，其具有可控的掉电功能，通过程序设置系统的空闲时间，10～90秒可选，即在设定的时间范围内，如果未进行任何操作，系统进入节电模式。当系统进入节电模式时，单片机关断变压电路II 9的输出电压，并且自身进入掉电状态，此时，整个仪器进入微功耗状态，其功耗小于工作状态功耗的1％。通过HOLD键控制单片机，当按下HOLD键12时，系统重新返回工作状态。

本发明所述的信号处理模块5由信号供给电路和信号处理电路构成，所述的信号供给电路由正弦波信号发生电路、信号放大电路和信号反向放大电路构成，所述的信号处理电路由开关式全波相敏检波电路、滤波电路和直流放大电路构成。

由图3中信号处理流程可知，信号处理电路要依据信号供给电路提供的正弦信号，由正弦信号发生电路产生稳定频率和幅值的正弦信号，经信号放大电路和反向放大电路得到幅值相等，相位相差180度的两路正弦信号输入测头内的传感器，感应出与位移相关的正弦信号输入图4中开关式全波相敏检波电路a端，由信号反向放大电路输出的信号输入开关式全波相敏检波电路b端，由开关式全波相敏检波电路综合处理后，从c端输出经滤波电路处理，而后产生与位移变化成线性关系的直流信号，再由直流放大电路放大后，信号至此处理完成，其后输入模数转换电路6采样。

图4是开关式全波相敏检波电路图，是在现有开关式全波相敏检波技术的基础上的改进：将电路中的主要运算放大器(U1、U2)调整为±5V工作电压的运算放大器(C4558、TLV2422C)，并将起开关作用的场效应管调整为3DJ6F，其滤波效果更好，同时可更好的使用电池就可以满足其测量精度，而不必使用外接电源，其作用是将不同相位的正弦波转换为直流信号。

本发明采用差动式电感原理，最前端的测头采用双柔性铰链机构，传感器直接镶装在双柔性铰链体内(即为磁芯和电感线圈直接镶装在双柔性铰链体内)，测头将孔径尺寸传递到精密位移传感器内，根据电感原理，传感器内产生微弱的交流信号，并将信号输入给信号处理模块，处理后输入给模数转换电路，转换后的信号传递给单片机，根据程序的设定，单片机对数字信号进行处理后，显示在液晶屏上。

本发明，整个系统采用了具有开关功能的稳压电路和直流电压转换模块，一方面保证了整个系统稳定的工作电压(由于长时间使用，锂电池输出电压下降的情况下)，另一方面在仪器较长时间不使用的情况下，系统能够较好的进入节电模式(关断信号处理模块的供电)。这样最大限度的提高了仪器的使用时间。

经实验证明：电子塞规的示值误差(线性)≤1.0μm，示值变动性(重复性)≤1.0μm，示值稳定性(四小时)≤1.0μm，温飘≤3.0μm/℃，连续工作时间≥12小时，待机功耗≤10mW。由此可以看出，本发明有良好的工作性能，此外其结构简单，便于携带和使用，有很大的市场前景。

Claims (2)

1.一种便携式电子塞规，设有一可屏蔽外界信号的外壳(2)，在外壳(2)一端设有测头(14)，传感器(1)设置在测头(14)体内，其特征在于：在其外壳(2)中设有信号处理器(3)，在外壳上设有显示器(4)，由传感器(1)输出信号输入信号处理器(3)处理，输出后经显示器(5)显示，所述信号处理器(3)由信号处理模块(5)、模数转换电路(6)、单片机(7)、变压电路I(8)、变压电路II(9)、升压电路(10)和电源(11)组成，其中信号处理模块(5)、模数转换电路(6)和单片机(7)顺序串接，电源(11)分为两路设置，一路经变压电路I(8)给模数转换电路(6)和单片机(7)供电，另一路经变压电路II(9)与升压电路(10)给信号处理模块(5)供电，所述的信号处理模块(5)由信号供给电路和信号处理电路构成，信号供给电路由正弦波信号发生电路、信号放大电路和信号反向放大电路构成，信号处理电路由开关式全波相敏检波电路、滤波电路和直流放大电路构成，由正弦信号发生电路产生的正弦信号分别经放大电路和反向放大电路输入测头内的传感器(1)，感应出与位移相关的正弦信号，后输入开关式全波相敏检波电路a端，同时由信号反向放大电路输出的信号输入开关式全波相敏检波电路b端，由开关式全波相敏检波电路综合处理后，从c端输出经滤波电路和直流放大电路处理后，输入模数转换电路(6)采样；

所述的电源(11)，其输出电压为4.2V；

所述的变压电路I(8)，其输出的直流电压为3V；

所述的变压电路II(9)，输出的直流电压为3V；

所述的升压电路(10)，其具有两个输出端，分别输出+5V和-5V的直流电压。

2.根据权利要求1所述的一种便携式电子塞规，其特征在于：所述的变压电路II(9)通过单片机(7)控制。

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