專利名稱：感應同步器位移數顯卡的制作方法
技術領域：
本發明涉及機電一體化中的精密測試技術，更具體的說，是一種利用感應同步器作為傳感器測量直線或角度位移的電路卡(板)。
直線或旋轉位移傳感器與數顯表配合，被廣泛用于機床和儀器上，以實現0.01～0.001毫米的位移顯示和0.001～1角秒的角位移顯示。以往的普通型數顯表由部分分立元件及中、小規模集成電路制成，結構復雜，功能少，可靠性和抗干擾能力差，維修不方便。
隨著微電子技術的發展，微處理機在機床、儀表的數字控制和數字顯示方面得到了廣泛的應用。由于微處理機具有數據存儲、邏輯判斷、運算和控制等多種硬件和軟件功能，用它來組成數顯表的控制器，完成數顯表的控制、邏輯判斷、數據存儲及運算等功能，不僅能使數顯表的硬件電路大為簡化，提高其抗干擾能力及可靠性，而且可以大大擴充數顯表的各種功能，使數顯表實現多功能化。
早在1976年，意大利奧利維特公司采用微機技術，使RQ82數顯表實現了絕對坐標測量及存儲，三坐標同時顯示，公-英制轉換等功能。以后，西德R.S.F電氣公司、海登海茵公司、中國武漢湖濱儀器總廠、沈陽工業大學、上海機械學院等都研制或生產了微機感應同步器數顯表;日本索尼公司、上海機床研究所等生產或研制了微機磁柵數顯表;美國ANILAM公司、中國科學院自動化所等生產了微機光柵數顯表。
《感應同步器及其數顯技術》(端木時夏等編著，同濟大學出版社1990年11月)一書中認為，以上微機數顯表一般都是在普通數顯表的基礎上局部的微機化，其設計思想與普通數顯表沒有多大區別，位移顯示都是用數碼管來顯示的，顯示坐標數最多不過三坐標。近幾年來，出現了CNC系統，位移數據顯示采用CRT屏幕掃描顯示，如美國通用電氣(GE)公司的MTC系列數控系統、中國西安交通大學的JUNUC-CNC閉環數控系統等。但是，這些數控系統的數顯單元與計算機的連接都是采用串行通訊方式進行的，很不方便，特別是在需要多坐標測量和控制的場合下，系統的硬件和軟件都將大大的復雜化。
本發明是采用一種內部帶有A/D采樣、HSI/O高速輸入輸出接口、脈寬調制輸出PWM等功能的16位單片微機(INTEL96系列)，使數顯裝置的設計和硬件電路大為簡化，而且將全部電路做在一塊PC總線或STD總線標準的電路板(卡)上。工作時，將數顯板(卡)(以下稱數顯卡)插在PC微機(或80X86微機)或STD總線工業控制機的插槽內，需要測控幾坐標的位移數據就插入幾塊同樣的(板)卡，數顯卡將經過處理的位移數據(二進制或十進制BCD碼)直接通過總線輸出，主計算機只要簡單地從總線讀取位移數據就可以了。這種工作方式最明顯的優點是可以方便的利用PC(80X86)機或STD工業控制機的豐富的軟、硬件資源，特別是CRT顯示功能，可以顯示任意坐標及動態的位移軌跡等等，還可以較方便地實現三坐標以上的多軸聯動控制。
以下將結合附圖詳細說明本發明的一個最佳實施例。
圖1.微機化ST2數顯表的邏輯框2.本發明最佳實施例的框3.本發明的濾波電路4.本發明的方向判別電路2為本發明最佳實施例-感應同步器數顯卡的邏輯框圖，與圖1微機化ST2脈沖調寬式數顯表的邏輯框圖相比，可以看出，A/D轉換、方向判別、脈寬調制、數據通訊等都進一步微機化。為了便于理解本發明的工作過程，有必要對其位移檢測原理作一簡單介紹。若給感應同步器的滑尺(或定尺)的正、余弦繞組輸入交流激磁信號Us和Uc，在定尺(或滑尺)上輸出的檢測信號經放大和濾波后為e＝(2kU/π)SinωtSin(θ機-θ電)在式中θ機-定、滑尺相對位移機械角θ電-激磁信號的電氣角當定、滑尺位置處于輸出信號相對平衡時(即θ機＝θ電)，檢測信號e＝0。定、滑尺相對位移△θ機后，θ機≠θ電，則e≠0，且e的數值反映出△θ機的大小。因此可通過給定θ電的數值，用零位檢測方法來確定θ機的大小，即鑒別定、滑尺的相對位移量。
本發明利用十六位單片機內部的A/D轉換，把機械位移△θ機所對應的檢測信號變成位移脈沖，加以記錄顯示。同時由單片機產生一個與△θ機相等的△θ電去校正激磁信號，使系統處于平衡狀態，即θ電跟蹤θ機，在跟蹤點上信號θ電＝θ機，e＝0，實現零位檢測。
為了將數顯卡做成PC總線或STD總線標準尺寸，以往數顯表的RLC濾波電路體積太大，顯然不能滿足要求。本發明采用了如圖3所示由三個運算放大器U1A、U1B、U1C組成的有源濾波電路，中心頻率由R3＝1/(R4ω2C2)決定，品質因數Q由R2＝Q/(ωC)決定，增益H0＝R2/R1，用一塊普通四運放即可完成濾波放大。
方向判別利用十六位單片機的高速輸入口HSI，如圖4所示。輸入信號經充分放大后限幅，送給D觸發器，D觸發器的CLK端也送入一和輸入信號相同頻率但相位相差π/2的方波，在Q端得0或1，再送入十六位單片機的HSI口，根據HSI口的0或1可以判別方向。
單片機在A/D轉換的同時根據HSI口的電平判定方向，加或減位移顯示值，同時用軟件修正θ電，以改變脈沖寬度，使θ電緊跟θ機，實現閉環跟蹤。
如果分辨率為0.01mm，則方波發生器可由十六位單片機的高速輸出口HSO來完成。更高的分辨率，則可采用邏輯電路組成的方波發生器。
權利要求
1.一種利用感應同步器作為傳感器的直線或旋轉位移檢測裝置，其特征在于除前置放大器外，全部電路(包括二次放大電路、濾波電路、方波激磁發生電路、單片微機電路等)做在一塊電路板(卡)上，該電路板(卡)采用PC(AT)總線或者STD工業控制總線標準設計、制作。
2.如權項1所述的位移檢測裝置，其特征在于A/D轉換、方向判別、脈寬調制、及數據處理、通訊都采用INTEL96系列十六位單片機及相應軟件實現。
3.如權項1所述的位移檢測裝置，其特征在于濾波電路采用由三個運算放大器U1A、U1B、U1C組成的有源濾波電路，其中心頻率由R3＝1/(R4ω2C2)決定，品質因數Q由R2＝Q/(ωC)決定，增益H0＝R2/R1。
全文摘要
一種利用感應同步器作為傳感器測量直線或角度位移的電路卡(板)。將全部電路做在一塊PC總線或STD總線標準的電路板(卡)上。工作時，將數顯板(卡)插在PC機(80×86機)或STD工控機的插槽內，數顯卡將經過處理的位移數據直接通過總線輸出，主計算機只需簡單地從總線讀取位移數據。優點是可以方便地利用PC(80×86)機或STD工業控制機的豐富的軟、硬件資源，特別是CRT顯示功能，可以顯示任意坐標及動態的位移軌跡等等。
文檔編號G01B7/02GK1083586SQ92109630
公開日1994年3月9日 申請日期1992年9月2日 優先權日1992年9月2日
發明者陸啟湘 申請人:陸啟湘