CN103528490B - 大量程亚微米级高精度气电转换器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一大量程亚微米级高精度气电转换器，其包括双稳气压测量室、精密信号调理部及PC机；气体稳压过滤器连接双稳气压测量室，所述双稳气压测量室连接压电传感器，精密可调双稳压基准电源分别与压电传感器及调零器连接；压电传感器依次与高增益放大器、调零器、有源滤波器、A/D转换器、单片机连接；所述有源滤波器连接模拟输出接口；所述单片机连接232串行接口；所述232串行接口连接PC机，PC机通过232串行接口与单片机进行快速实时通讯，能实时地获取单片机获得的气电转换器的测量值。本发明有效提高了转换器的转换精度；在测量范围精度高；测量范围在±40um时，从而适合了多品种、高精密柔性生产线的现场测量需求。

Description

大量程亚微米级高精度气电转换器

技术领域

本发明涉及一种转换器，尤其涉及一种大量程亚微米级高精度气电转换器。

背景技术

气电转换器可进行诸如内径、外径、锥度、平行度等多种尺寸公差及形位公差的测量，被广泛应用于汽车零部件，家用空调/冰箱压缩机，轴承及航空航天等高精密零件测量。已有的气电转换器精度相对较低，测量范围在±20um时，精度为0.8um；测量范围在±40um时，精度在1.6um。并且在进行多品种，高精度测量时，需频繁调整测量线性段倍率，给现场使用和调整带来较大不便，也影响了测量设备自身的柔性。

实用新型内容

本发明的目的在于克服上述不足之处，提供一种大量程亚微米级高精度的气电转换器，该气电转换器能提高测量室气体的稳定性，保证了压电传感器测量值的高精度和稳定性。

按照本发明提供的技术方案，大量程亚微米级高精度气电转换器包括双稳气压测量室、精密信号调理部及PC机；精密信号调理部由压电传感器，精密可调双稳压基准电源，高增益放大器，调零器，有源滤波器，模拟输出接口，A/D转换器，单片机，232串行接口组成；所述压缩空气进入气体稳压过滤器，所述气体稳压过滤器输出端连接双稳气压测量室的输入端，所述压缩空气进入双稳气压测量室进行气压比较测量，所述双稳气压测量室的输出端连接到压电传感器的输入端，所述精密可调双稳压基准电源的一路电源输出端连接到压电传感器的电源输入端，所述精密可调双稳压基准电源的另一路电源输出端连接到调零器的电源输入端，所述压电传感器的检测信号输出端连接到高增益放大器的输入端，所述高增益放大器的输出端连接到调零器的信号输入端，所述调零器的输出端连接到有源滤波器的输入端，所述有源滤波器的一路模拟信号输出端连接到模拟输出接口的输入端，所述有源滤波器的另一路模拟信号输出端连接到A/D转换器输入端，所述A/D转换器的输出端连接到单片机的数字信号输入端，所述单片机的串行信号输入/输出端连接到232串行接口的串行信号输出/输入端；所述232串行接口与PC机相连，PC机通过232串行接口与单片机进行快速实时通讯，能实时地获取单片机获得的气电转换器的测量值。

作为本发明的进一步改进，所述双稳气压测量室由进气接口、总节流器、第一稳压腔、倍率调整阀、节流孔、第二稳压腔、调零阀、出气接口及基体组成。基体上部设有进气接口，进气接口后端设有总节流器，总节流器下端设有第一稳压腔，总节流器后端设有倍率调整阀，倍率调整阀后端设有节流口，节流口后端设有第二稳压腔，第二稳压腔后端设有节流口，基体下部设有出气接口，出气接口后端设有调零阀。

所述的大量程亚微米级高精度气电转换器，模拟输出接口输出与被测工件尺寸对应的直流电压信号，范围为-5VDC~+5VDC。

所述精密可调双稳压基准电源由LM317线性稳压器和两个TL431精密可调基准电源组成。所述LM317线性稳压器3脚分别与第一电容的一端及第一电阻的一端相连；所述第一电容的另一端分别依次与第一TL431可调基准电源3脚、第三电阻的一端、第二电容的一端、第二TL431可调基准电源3脚及第三电容的一端相连；所述第一TL431可调基准电源1脚分别与LM317线性稳压器1脚及第一电阻的另一端相连；所述LM317线性稳压器2脚分别依次与第二电阻的一端、第二电容的另一端、第四电阻的一端及电源VO1相连；所述第一TL431可调基准电源2脚分别与第二电阻的另一端及第三电阻的另一端相连；第三电阻并接地；所述第二TL431可调基准电源1脚分别与第四电阻的另一端及电源VO2相连；所述第二TL431可调基准电源2脚分别与第四电阻的另一端及电源VO2相连；第三电容的另一端分别与第二TL431可调基准电源2脚、第二TL431可调基准电源1脚、第四电阻的另一端及电源VO2相连。

本发明与己有技术相比具有以下优点：

本发明是将目前常用的气电转换器的气压比较测量部分及信号调理部分优化，使气电转换器的转换精度，工作稳定度得到有效提高，测量范围在±20um时，精度为±0.2um；测量范围在±40um时，精度为±0.4um，比现有产品精度提高了一倍。双稳气压测量室可提高测量室气体的稳定性，保证了压电传感器测量值的高精度和稳定性。高精度可调双稳压基准电源作为压电传感器和调零器的工作电源，有效的减小了压电传感器的输出信号的噪声干扰。有源滤波器进一步滤除混杂在信号上的有害干扰噪声。24位A/D转换器有效提高了转换器的转换精度。在测量范围精度高；测量范围在±40um时，从而适合了多品种、高精密柔性生产线的现场测量需求。

附图说明

图1是本发明的工作结构示意图。

图2是本发明双稳压气体测量室的主视图。

图3是本发明精密可调双稳压基准电源的电路连接示意图。

具体实施方式

下面本发明将结合附图中的实施例作进一步描述：

具体实施方式：如图1所示：本实施方式包括双稳气压测量室1、信号调理部分12及及PC机7。所述信号调理部分由压电传感器2，精密可调双稳压基准电源3，高增益放大器11，调零器10，有源滤波器4，模拟输出接口9，A/D转换器5，单片机6，232串行接口8组成。

所述压缩空气进入气体稳压过滤器，所述气体稳压过滤器输出端连接双稳气压测量室1的输入端，所述压缩空气进入双稳气压测量室1进行气压比较测量，所述双稳气压测量室1的输出端连接到压电传感器2的输入端，所述精密可调双稳压基准电源3的电源输出端连接到压电传感器2的电源输入端，所述精密可调双稳压基准电源3的另一路电源输出端连接到调零器10的电源输入端，所述压电传感器2的检测信号输出端连接到高增益放大器11的输入端，所述高增益放大器11的输出端连接到调零器10的信号输入端，所述调零器10的输出端连接到有源滤波器4的输入端，所述有源滤波器4的模拟信号输出端连接到模拟输出接口9的输入端，所述有源滤波器4的另一路模拟信号输出端连接到A/D转换器5输入端，所述A/D转换器5的输出端连接到单片机6的数字信号输入端，所述单片机6的串行信号输入/输出端连接到232串行接口8的串行信号输出/输入端；所述232串行接口8与PC机7相连，PC机7通过232串行接口8与单片机6进行快速实时通讯，能实时地获取单片机6获得的气电转换器的测量值。

所述的模拟输出接口9的模拟电压输出端输出的电压在-5VDC~+5VDC之间。

本发明的信号调理部分的高增益放大器11的型号是AD620，A/D转换器5的型号是ADS1251，单片机6的型号是M430F149。气体稳压过滤器压电传感器2是己有技术中公知。

如图2所示：压缩空气进气IN(输入)、OUT(输出)、ZERO(调零)；由进气接口1-6，总节流器1-5，第一稳压腔1-4，倍率调整阀1-3，第一节流孔1-2，第二节流孔1-1，第二稳压腔1-10，调零阀1-9，出气接口1-8，基体1-7组成。基体1-7上部设有进气接口1-6，进气接口1-6后端设有总节流器1-5，总节流器1-5下端设有第一稳压腔1-4，总节流器1-5后端设有倍率调整阀1-3，倍率调整阀1-3后端设有第一节流孔1-2，第一节流孔1-2后端设有第二稳压腔1-10，第二稳压腔10后端设有第二节流孔1-1，基体1-7下部设有出气接口1-8，出气接口1-8后端设有调零阀1-9。

如图3所示：所述精密可调双稳压基准电源3由LM317线性稳压器和两个TL431精密可调基准电源组成。所述LM317线性稳压器3脚分别与第一电容C1的一端及第一电阻R1的一端相连；所述第一电容C1的另一端分别依次与第一TL431可调基准电源3脚、第三电阻R3的一端、第二电容C2的一端、第二TL431可调基准电源3脚及第三电容C1的一端相连；所述第一TL431可调基准电源1脚分别与LM317线性稳压器1脚及第一电阻R1的另一端相连；所述LM317线性稳压器2脚分别依次与第二电阻R2的一端、第二电容C2的另一端、第四电阻R4的一端及电源VO1相连；所述第一TL431可调基准电源2脚分别与第二电阻R2的另一端及第三电阻R3的另一端相连；第三电阻R3并接地；所述第二TL431可调基准电源1脚分别与第四电阻R4的另一端及电源VO2相连；所述第二TL431可调基准电源2脚分别与第四电阻R4的另一端及电源VO2相连；第三电容C1的另一端分别与第二TL431可调基准电源2脚、第二TL431可调基准电源1脚、第四电阻R4的另一端及电源VO2相连。

本发明在使用时，通过232串行接口8与PC机7相连，PC机7通过232串行接口8与单片机6进行快速实时通讯，可实时地获取单片机6获得的气电转换器的测量值。

所述双稳气压测量室的工作原理是：测试时，经过滤稳压后的压缩空气进入进气接口1-6和总节流器1-5后，流入第一稳压腔1-4，压缩空气经第一稳压腔1-4稳压后，经倍率调整阀1-3一路流入出气口1-8，对被测工件进行测试，另一路经倍率调整阀1-3和第一节流孔1-2流入第二稳压腔1-10，第二节流孔1-1对第二稳压腔1-10的压力进行稳压调节。压电传感器5通过比较第二稳压腔1-10与出气接口1-8的气压差来进行精密测量。倍率调整阀1-3对流入出气接口1-8的气体流量进行调节。调零阀1-9对出气接口1-8的气压进行调节。

本发明压缩空气经双稳气压测量室比较测量后，压电传感器通过双稳气压测量室，将气压信号转换为电信号。电信号先后输入到高增益放大器、调零器和有源滤波器，有源滤波器输出模拟直流电压信号。模拟直流电压信号经A/D转换器和单片机转换为测量值。本发明采用了独特的双稳气压测量室和精密可调双稳压基准电源,实现了极高精度转换,超过国内/外同类产品精度。本发明在测量范围±20um时，精度为±0.2um；测量范围在±40um时，精度为±0.4um，适合多品种，高精密柔性生产线的现场测量需求。

Claims (2)

1.大量程亚微米级高精度气电转换器，其特征是：包括双稳气压测量室（1）、精密信号调理部（12）及PC机（7）；精密信号调理部由压电传感器（2），精密可调双稳压基准电源（3），高增益放大器（11），调零器（10），有源滤波器（4），模拟输出接口（9），A/D转换器（5），单片机（6），232串行接口（8）组成；压缩空气进入气体稳压过滤器，所述气体稳压过滤器输出端连接双稳气压测量室（1）的输入端，所述压缩空气进入双稳气压测量室（1）进行气压比较测量，所述双稳气压测量室（1）的输出端连接到压电传感器（2）的输入端，所述精密可调双稳压基准电源（3）的一路电源输出端连接到压电传感器（2）的电源输入端，所述精密可调双稳压基准电源（3）的另一路电源输出端连接到调零器（10）的电源输入端，所述压电传感器（2）的检测信号输出端连接到高增益放大器（11）的输入端，所述高增益放大器（11）的输出端连接到调零器（10）的信号输入端，所述调零器（10）的输出端连接到有源滤波器（4）的输入端，所述有源滤波器（4）的一路模拟信号输出端连接到模拟输出接口（9）的输入端，所述有源滤波器（4）的另一路模拟信号输出端连接到A/D转换器（5）输入端，所述A/D转换器（5）的输出端连接到单片机（6）的数字信号输入端，所述单片机（6）的串行信号输入/输出端连接到232串行接口（8）的串行信号输出/输入端；所述232串行接口（8）与PC机（7）相连，PC机（7）通过232串行接口（8）与单片机（6）进行快速实时通讯，能实时地获取单片机（6）获得的气电转换器的测量值；

所述双稳气压测量室（1）由进气接口（1-6），总节流器（1-5），第一稳压腔（1-4），倍率调整阀（1-3），第一节流孔（1-2），第二节流孔（1-1），第二稳压腔（1-10），调零机构（1-9），出气接口（1-8），基体（1-7）组成；基体（1-7）上部设有进气接口（1-6），进气接口（1-6）后端设有总节流器（1-5），总节流器（1-5）下端设有第一稳压腔（1-4），总节流器（1-5）后端设有倍率调整阀（1-3），倍率调整阀（1-3）后端设有第一节流孔（1-2），第一节流孔（1-2）后端设有第二稳压腔（1-10），第二稳压腔（1-10）后端设有第一节流孔（1-1），基体（1-7）下部设有出气接口（1-8），出气接口（1-8）后端设有调零机构（1-9）；

所述精密可调双稳压基准电源（3）由LM317线性稳压器和两个TL431精密可调基准电源组成；所述LM317线性稳压器（3）脚分别与第一电容（C1）的一端及第一电阻（R1）的一端相连；所述第一电容（C1）的另一端分别依次与第一TL431可调基准电源（3）脚、第三电阻（R3）的一端、第二电容（C2）的一端、第二TL431可调基准电源（3）脚及第三电容（C1）的一端相连；所述第一TL431可调基准电源（1）脚分别与LM317线性稳压器（1）脚及第一电阻（R1）的另一端相连；所述LM317线性稳压器（2）脚分别依次与第二电阻（R2）的一端、第二电容（C2）的另一端、第四电阻（R4）的一端及第一电源（VO1）相连；所述第一TL431可调基准电源（2）脚分别与第二电阻（R2）的另一端及第三电阻（R3）的另一端相连；第三电阻（R3）并接地；所述第二TL431可调基准电源（1）脚分别与第四电阻（R4）的另一端及第二电源（VO2）相连；所述第二TL431可调基准电源（2）脚分别与第四电阻（R4）的另一端及第二电源（VO2）相连；第三电容（C1）的另一端分别与第二TL431可调基准电源（2）脚、第二TL431可调基准电源（1）脚、第四电阻（R4）的另一端及第二电源（VO2）相连。

2.如权利要求1所述的大量程亚微米级高精度气电转换器，其特征是：

所述模拟输出接口（9）输出与被测工件尺寸对应的直流电压信号，范围为-5VDC~+5VDC。