專利名稱：一種便攜式電子塞規的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種內徑測量儀器，具體的說是一種便攜式電子塞規。
背景技術：
目前，現有電感式內徑測量儀主要是以測量裝置配合顯示處理系統(多為電子柱 或測量電箱)的一整套檢測裝置。精密的電感式位移傳感器通過感知孔徑尺寸的變化，并 通過引線將信號傳遞給顯示處理裝置，將處理結果顯示出來。例如中國專利一種雙柔性鉸 鏈電感內藏式電子塞規，其申請號96203363. 4和中國專利一種精密電子塞規，其申請號 200820062450.3。此類電子塞規有明顯的缺點其一、測量和顯示處理系統分開設置，顯 示處理系統一般為一整套檢測裝置，體積較大、攜帶與使用非常不便；其二、由于電子塞規 與顯示處理裝置采用較長的引線連接，接頭與引線電阻的不確定性勢必對檢測精度產生影 響，造成測量后顯示不穩定、誤差較大；其三，由于顯示裝置采用220V交流供電，當檢測環 境缺少外接電源時，量儀將無法使用。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種便攜式電子塞規，它不僅攜帶方便、便于使 用，而且將測量和顯示采用一體結構，從而減少了接頭和較長引線電阻的不確定性對檢測 精度產生的影響，提高了其測量精度。 本發明為解決上述技術問題的不足而采用的技術方案是一種便攜式電子塞規， 設有一可屏蔽外界信號的外殼，在外殼一端設有測頭，傳感器設置在測頭體內，在其外殼中 設有信號處理器，在外殼上設有顯示器，由傳感器輸出信號輸入信號處理器處理，輸出后經 顯示器顯示，所述信號處理器由信號處理模塊、模數轉換電路、單片機、變壓電路I、變壓電
路n、升壓電路和電源組成，其中信號處理模塊、模數轉換電路和單片機順序串接，電源分
為兩路設置，一路經變壓電路I給模數轉換電路和單片機供電，另一路經變壓電路II與升 壓電路給信號處理模塊供電。 本發明中所述的電源，其輸出電壓為4. 2V。 本發明中所述的變壓電路I，其輸出的直流電壓為3V。 本發明中所述的變壓電路II，輸出的直流電壓為3V。 本發明中所述的升壓電路，其具有兩個輸出端，分別輸出+5乂和-5V的直流電壓。
本發明中所述的信號處理模塊由信號供給電路和信號處理電路構成，信號供給電 路由正弦波信號發生電路、信號放大電路和信號反向放大電路構成，信號處理電路由開關 式全波相敏檢波電路、濾波電路和直流放大電路構成，由正弦信號發生電路產生的正弦信 號經放大電路和反向放大電路得到幅值相等、相位相差180度的兩路正弦信號輸入測頭內 的傳感器，感應出與位移相關的正弦信號，經由開關式全波相敏檢波電路，和濾波電路處理 后，產生與位移變化成線性關系的直流信號，再由直流放大電路放大后，輸入模數轉換電路 采樣。
本發明中所述的變壓電路II通過單片機控制。 本發明在現有測量部分的基礎上將測量和顯示作為一體化結構設計，不但便于攜
帶和使用，而且測量信號直接接入顯示處理裝置的信號轉換電路中，從而減少了接頭和較 長引線電阻的不確定性對檢測精度產生的影響，提高了其測量精度，其次，在不接入外界電 源的情況下，合理設計內部低工作電壓電路，保證了其測量精度，為攜帶使用時的精確度提 供了有力的保證。 本發明將單片機的一個控制端控制信號處理支路，通過程序設置系統的空閑時 間，10 90秒可選，即在設定的時間范圍內，如果未進行任何操作，系統進入節電模式。當 系統進入節電模式時，單片機關斷變壓電路II的輸出電壓，并且自身進入掉電狀態，此時， 整個儀器進入微功耗狀態，其功耗小于工作狀態功耗的1%，省電效果明顯；其次當按下 HOLD鍵時，系統重新返回工作狀態，操作非常方便。 本發明整個顯示處理系統采用了具有開關功能的變壓電路和升壓電路，一方面保 證了整個系統穩定的工作電壓(由于長時間使用，鋰電池輸出電壓下降的情況下)，另一方 面在儀器較長時間不使用的情況下，系統能夠較好的進入節電模式(關斷信號處理模塊的 供電)，這樣最大限度的提高了儀器的使用時間。
本發明的有益效果是 1、本發明將測量裝置和顯示系統一體結構設計，便于攜帶使用；測量數據直接輸 入信號處理模塊，從而減少了接頭和較長引線電阻的不確定性對檢測精度產生的影響，并 且合理設計其內部電路系統，從整體提高了其測量精度，經多次試驗證明其示值誤差(線 性)《1. 0 ii m，示值變動性(重復性)《1. 0 ii m，示值穩定性(四小時)《1. 0 ii m，溫飄 《3. 0iim,C。 2、本發明低功耗，待機功耗《10mW，可連續工作時間^ 12小時，通過在電路系統 內設置單片機控制變壓電路，由于電池通過變壓電路給信號處理模塊供電，因此，可設置程 序控制其工作狀態，如果未進行任何操作，系統進入節電模式。此時，整個儀器進入微功耗 狀態，其功耗小于工作狀態功耗的1%，省電效果明顯。 3，其次信號處理模塊中采用了開關式全波相敏檢波電路，并對其做出改進，合理 設計其內部電路，將電路中的主要運算放大器(U1、U2)調整為士5V工作電壓的運算放大 器，并將起開關作用的場效應管調整為3DJ6F，其濾波效果更好，將其用在電子塞規上，使其 在士5V工作電壓下能保證了測量時的精度。 4，將測量裝置連接外殼的一端，另一端設置顯示器，在外殼內設有信號處理器，整 體設計非常緊湊便于攜帶使用；此外所使用的外殼為可屏蔽外界信號的鋁質構件，有效防 止外界信號干擾，提高其測量精度，而且在鋁質構件外部還設有防滑槽，不僅質輕，而且便 于握緊測量。 5、由于現有技術中，測量裝置和顯示處理裝置為獨立部件，測量時將測量裝置通 過連接引線接入顯示處理裝置，而顯示處理裝置采用220V交流供電，當檢測環境缺少外接 電源時，量儀將無法使用。本發明采用鋰電池獨立供電，電路采用低工作電壓，并采用了變 壓電路和升壓電路，將電壓穩定值所需值后供給信號處理模塊、模數轉換電路和單片機，有 效的保證其工作時所需電壓，保證測量的精度，從而改變了原裝置使用時的局限性。
圖1是本發明的結構示意圖。
圖2是本發明的原理框圖。
圖3是本發明的信號處理流程圖。 圖4是本發明中信號處理模塊的開關式全波相敏檢波電路圖。 圖中標記1、傳感器，2、外殼，3、信號處理器，4、顯示器，5、信號處理模塊，6、模數
轉換電路，7、單片機，8、變壓電路1，9、變壓電路II， 10、升壓電路，11、電源，12、H0LD鍵，13、
控制鍵，14、測頭。
具體實施例方式
本發明，一種便攜式電子塞規，其具體的實施方式為 如圖1所示，一種便攜式電子塞規，將測量和顯示一體結構設計，在外殼2的一端 設有測頭14，最前端的測頭14采用雙柔性鉸鏈機構，將傳感器1中的核心部件(即為磁芯 和電感線圈)直接鑲裝在雙柔性鉸鏈體內，顯示器4鑲嵌在外殼2外部，在外殼2內設有信 號處理器3，傳感器1、信號處理器3和顯示器4順序串接，在外殼2上還設有HOLD鍵12和 控制鍵13。 本發明，其外殼2可采用鋁制外殼，不僅有效的將外界的電場和磁場屏蔽，保證了 測量的精度，而且由于鋁制外殼重量輕，更便于攜帶；所述的外殼2其外表面沿軸向還設有 條狀的凸起，從而增大摩擦可更好的握緊去測量，避免了因微小滑動影響測量精度。
如圖2所示，本發明的原理框圖，所述信號處理器3由信號處理模塊5、模數轉換電 路6、單片機7、變壓電路I 8、變壓電路I1 9、升壓電路10和電源11組成，其中信號處理模 塊5、模數轉換電路6和單片機7順序串接，電源11分為兩路設置，一路經變壓電路I 8給 模數轉換電路6和單片機7供電，另一路經變壓電路II 9與升壓電路10給信號處理模塊 5供電。由測頭14將孔徑尺寸傳遞到精密位移傳感器1內，而后傳感器1的信號輸入信號 處理模塊13，再經模數轉換電路8處理后，輸入單片機6處理，處理后的數據將在在外部顯 示器4上顯示出來。 所述的顯示器4鑲嵌在外殼2外部，在外殼2內部單片機7的輸出端接入顯示器， 測量結果從顯示器上顯示出來。 本發明中所述的穩壓電路II 11通過單片機6控制。 圖2為本發明的原理框圖，由電源11 (例如鋰電池)分兩路供電，電路采用低工作 電壓、低功耗的IC，鋰電池輸出電壓為3. 7V-4. 2V(隨電池電量變化)，一路經過變壓電路I 8(REG102)后將電壓穩定在3V，穩定后的電壓供給單片機7(STC89LE58)和模數轉換電路6 ; 另外一路經過變壓電路II 9(REG102)后電壓穩定在3V，經升壓電路IO(DC-DC)后，升壓電 路10具有兩個輸出端，分別輸出+5V和-5V的直流電壓供給信號處理模塊5。
本發明，單片機7可程序控制其關斷輸出電壓。所述的單片機7為低功耗單片機 (STC89LE58)，其具有可控的掉電功能，通過程序設置系統的空閑時間，10 90秒可選，即 在設定的時間范圍內，如果未進行任何操作，系統進入節電模式。當系統進入節電模式時， 單片機關斷變壓電路II 9的輸出電壓，并且自身進入掉電狀態，此時，整個儀器進入微功 耗狀態，其功耗小于工作狀態功耗的1 % 。通過HOLD鍵控制單片機，當按下HOLD鍵12時，系統重新返回工作狀態。 本發明所述的信號處理模塊5由信號供給電路和信號處理電路構成，所述的信號 供給電路由正弦波信號發生電路、信號放大電路和信號反向放大電路構成，所述的信號處 理電路由開關式全波相敏檢波電路、濾波電路和直流放大電路構成。 由圖3中信號處理流程可知，信號處理電路要依據信號供給電路提供的正弦信 號，由正弦信號發生電路產生穩定頻率和幅值的正弦信號，經信號放大電路和反向放大電 路得到幅值相等，相位相差180度的兩路正弦信號輸入測頭內的傳感器，感應出與位移相 關的正弦信號輸入圖4中開關式全波相敏檢波電路a端，由信號反向放大電路輸出的信號 輸入開關式全波相敏檢波電路b端，由開關式全波相敏檢波電路綜合處理后，從c端輸出經 濾波電路處理，而后產生與位移變化成線性關系的直流信號，再由直流放大電路放大后，信 號至此處理完成，其后輸入模數轉換電路6采樣。 圖4是開關式全波相敏檢波電路圖，是在現有開關式全波相敏檢波技術的基礎上 的改進將電路中的主要運算放大器(U1、U2)調整為士5V工作電壓的運算放大器(C4558、 TLV2422C)，并將起開關作用的場效應管調整為3DJ6F，其濾波效果更好，同時可更好的使用 電池就可以滿足其測量精度，而不必使用外接電源，其作用是將不同相位的正弦波轉換為
直流信號。 本發明采用差動式電感原理，最前端的測頭采用雙柔性鉸鏈機構，傳感器直接鑲 裝在雙柔性鉸鏈體內(即為磁芯和電感線圈直接鑲裝在雙柔性鉸鏈體內)，測頭將孔徑尺 寸傳遞到精密位移傳感器內，根據電感原理，傳感器內產生微弱的交流信號，并將信號輸入 給信號處理模塊，處理后輸入給模數轉換電路，轉換后的信號傳遞給單片機，根據程序的設 定，單片機對數字信號進行處理后，顯示在液晶屏上。 本發明，整個系統采用了具有開關功能的穩壓電路和直流電壓轉換模塊，一方面 保證了整個系統穩定的工作電壓(由于長時間使用，鋰電池輸出電壓下降的情況下)，另一 方面在儀器較長時間不使用的情況下，系統能夠較好的進入節電模式(關斷信號處理模塊 的供電)。這樣最大限度的提高了儀器的使用時間。 經實驗證明電子塞規的示值誤差(線性)《l.Oiim，示值變動性(重復 性)《1. 0 ii m，示值穩定性(四小時)《1. 0 ii m，溫飄《3. 0 ii m/°C ，連續工作時間> 12小 時，待機功耗《10mW。由此可以看出，本發明有良好的工作性能，此外其結構簡單，便于攜帶 和使用，有很大的市場前景。
權利要求
一種便攜式電子塞規，設有一可屏蔽外界信號的外殼(2)，在外殼(2)一端設有測頭(14)，傳感器(1)設置在測頭(14)體內，其特征在于在其外殼(2)中設有信號處理器(3)，在外殼上設有顯示器(4)，由傳感器(1)輸出信號輸入信號處理器(3)處理，輸出后經顯示器(5)顯示，所述信號處理器(3)由信號處理模塊(5)、模數轉換電路(6)、單片機(7)、變壓電路I(8)、變壓電路II(9)、升壓電路(10)和電源(11)組成，其中信號處理模塊(5)、模數轉換電路(6)和單片機(7)順序串接，電源(11)分為兩路設置，一路經變壓電路I(8)給模數轉換電路(6)和單片機(7)供電，另一路經變壓電路II(9)與升壓電路(10)給信號處理模塊(5)供電。
2. 根據權利要求l所述的一種便攜式電子塞規，其特征在于所述的電源(ll)，其輸出電壓為4. 2V。
3. 根據權利要求l所述的一種便攜式電子塞規，其特征在于所述的變壓電路I(8)，其輸出的直流電壓為3V。
4. 根據權利要求1所述的一種便攜式電子塞規，其特征在于所述的變壓電路11(9)，輸出的直流電壓為3V。
5. 根據權利要求l所述的一種便攜式電子塞規，其特征在于所述的升壓電路(10)，其具有兩個輸出端，分別輸出+5V和-5V的直流電壓。
6. 根據權利要求l所述的一種便攜式電子塞規，其特征在于所述的信號處理模塊(5)由信號供給電路和信號處理電路構成，信號供給電路由正弦波信號發生電路、信號放大電路和信號反向放大電路構成，信號處理電路由開關式全波相敏檢波電路、濾波電路和直流放大電路構成，由正弦信號發生電路產生的正弦信號經放大電路和反向放大電路得到的信號輸入測頭內的傳感器(l)，感應出與位移相關的正弦信號，經由開關式全波相敏檢波電路、濾波電路和直流放大電路處理后，輸入模數轉換電路(6)采樣。
7. 根據權利要求1所述的一種便攜式電子塞規，其特征在于所述的變壓電路11(9)通過單片機(7)控制。
全文摘要
一種便攜式電子塞規，涉及一種測量儀器，設有一個可屏蔽外界信號的外殼，在外殼一端連接有測頭，傳感器設置在測頭體內，在其外殼中設有信號處理器，在外殼上設有顯示器，由傳感器輸出信號輸入信號處理器處理，輸出后經顯示器顯示，本發明將測量和顯示一體模塊設計，結構簡單而且便于攜帶使用，其整個系統采用了具有開關功能的變壓電路和升壓電路模塊，一方面保證了整個系統穩定的工作電壓，另一方面在儀器較長時間不使用的情況下，系統能夠較好的進入節電模式，這樣最大限度的提高了儀器的使用壽命。
文檔編號G01B7/13GK101718517SQ20091022745
公開日2010年6月2日 申請日期2009年12月14日 優先權日2009年12月14日
發明者張金英, 李堯, 王偉, 許寧 申請人:力邦測控設備(洛陽)有限公司