【正文】 電感式位移傳感器是把被測(cè)移量轉(zhuǎn)換為線圈的自感或互感的變化，從而實(shí)現(xiàn)位移的測(cè)量的一類傳感器。但它也存在著一些缺點(diǎn)，主要是輸出特性的非線性和對(duì)絕緣電阻要求比較高，為了克服寄生電容的影響，降低電容的內(nèi)阻，要求對(duì)傳感器及輸出導(dǎo)線采取屏蔽措施和采用較高的電源頻率等。這時(shí)，表示它們之間關(guān)系的是一個(gè)含有時(shí)間變量的微分方程，與被測(cè)量相對(duì)應(yīng)的輸出響應(yīng)特性稱為動(dòng)態(tài)特性。從茫茫的太空到浩瀚的海洋，以至各種復(fù)雜的工程系統(tǒng)，幾乎每一個(gè)現(xiàn)代化項(xiàng)目，都離不開各種各樣的傳感器。檢測(cè)系統(tǒng)或檢測(cè)裝置目前正迅速地由模擬式、數(shù)字式向智能化方向發(fā)展。所謂自動(dòng)化，就是用各種技術(shù)工具與方法代替人來(lái)完成檢測(cè)、分析、判斷和控制工作。因此，位移測(cè)量的精密和超精密測(cè)量已經(jīng)成為整個(gè)超精密加工體系中一項(xiàng)至為關(guān)鍵的技術(shù)。目錄 3 3 主要解決問(wèn)題 4 5圖1系統(tǒng)的整體方框圖 5 5 8051單片機(jī)簡(jiǎn)介 5二．引腳極其功能 7 8 10 12 13 14 A/D轉(zhuǎn)換及顯示電路 152．軟件執(zhí)行部分的設(shè)計(jì) 172．1本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的程序流程圖 17 17 前言測(cè)量技術(shù)是實(shí)現(xiàn)超精加工的前提和基礎(chǔ)。檢測(cè)技術(shù)和裝置是自動(dòng)化系統(tǒng)中不可缺少的組成部分。一個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)通常由多個(gè)環(huán)節(jié)組成，分別完成信息獲取、信息轉(zhuǎn)換、信息處理、信息傳送及信息執(zhí)行等功能。帶有微處理機(jī)的各種智能化儀表已經(jīng)出現(xiàn)，這類儀表選用微處理機(jī)做控制單元，利用計(jì)算機(jī)可編程的特點(diǎn)，使儀表內(nèi)的各個(gè)環(huán)節(jié)自動(dòng)地協(xié)調(diào)工作，并且具有數(shù)據(jù)處理和故障診斷功能，成為一代嶄新儀表，把檢測(cè)技術(shù)自動(dòng)化推進(jìn)到一個(gè)新水平。 傳感器是獲取被測(cè)量信息的元件，其質(zhì)量和性能的好壞直接影響到測(cè)量結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確度，衡量其質(zhì)量的特性有許多，主要包括靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩個(gè)方面。 位移傳感器主要有以下幾種：電容式位移傳達(dá)室感器、差動(dòng)式電感受式位移傳感器和電阻應(yīng)變式位移傳感器一般用于小位移的測(cè)量（幾微米至毫米）；差動(dòng)變壓器用于中等位移的測(cè)量，這種傳感器在工業(yè)測(cè)量中應(yīng)用得最多；電阻電位器式傳感器適用于較大范圍位移的測(cè)量，但精度不高；感應(yīng)同步器、光柵、磁柵、激光位移傳感器等用于精密檢測(cè)系統(tǒng)的位移的測(cè)量，測(cè)量精度高（可達(dá)1pm )量程也可大到幾米。光柵是一種新型的位移檢測(cè)元件，是把位移變?yōu)閿?shù)字量的位移數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置。它具有靈敏度高、分辨力大，能測(cè)出177。正弦波振蕩器為電感式傳感器和相敏檢波器提供了頻率和幅值穩(wěn)定的激勵(lì)電壓，正弦波振蕩器輸出的信號(hào)加到測(cè)量頭中。交流阻抗相應(yīng)地變化，電橋失去平衡從而輸出了一個(gè)幅值與位移成正比，頻率與振蕩器頻率相同，相位與位移方向相對(duì)應(yīng)的調(diào)制信號(hào)。兩個(gè)完全相同的單個(gè)線圈的電感式傳感器共用一個(gè)活動(dòng)銜鐵就構(gòu)成了差動(dòng)式電感傳感器。其數(shù)值約為零點(diǎn)幾毫伏，有時(shí)甚至可達(dá)幾十毫伏，并且無(wú)論怎樣調(diào)節(jié)銜鐵的位置均無(wú)法消除。微控制器對(duì)它進(jìn)行信號(hào)處理、存儲(chǔ)以及顯示，獲得較高精度的測(cè)量結(jié)果，然后按系統(tǒng)組成態(tài)設(shè)定的輸出方式，以要求的信號(hào)形式將測(cè)量結(jié)果輸出。最高允許振蕩頻率是12MHZ。算術(shù)邏輯單元的硬件結(jié)構(gòu)與典型微型機(jī)相似。枷執(zhí)行指令時(shí)，從程序存儲(chǔ)器中取來(lái)經(jīng)譯碼器譯碼后，根據(jù)不同指令由定時(shí)與控制電路發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)，送到存儲(chǔ)器、運(yùn)算器或I／o接口電路，完成指令功能。有的指令涉及到枷各寄存器之間的關(guān)系；有的指令涉及到單片機(jī)核心電路內(nèi)部各功能部件的關(guān)系；有的則與外部器件如外部程序存儲(chǔ)器發(fā)生聯(lián)系。時(shí)鐘可以由內(nèi)部方式產(chǎn)生或外部方式產(chǎn)生。若采用12MHz的晶體振蕩器，則每個(gè)機(jī)器周期為1us，每個(gè)狀態(tài)周期為1／6us；在一數(shù)情況下，算術(shù)和邏輯操作發(fā)生在N期間，而內(nèi)部寄存器到寄存器的傳輸發(fā)生在P2期間。在加結(jié)束時(shí)完成指令操作。下面按引腳功能分為4個(gè)部分?jǐn)⑹鰝€(gè)引腳的功能。XTAL2（18腳）：接外部晶體的另一端。 控制信號(hào)或與其它電源復(fù)用引腳 控制信號(hào)或與其它電源復(fù)用引腳有RST/VPD、ALE/P、PSEN和EA/VPP等4種形式。（B）．ALE/ P （30腳）：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（允許地址鎖存信號(hào)）以每機(jī)器周期兩次的信號(hào)輸出，用于鎖存出現(xiàn)在P0口的低（C）．PSEN(29腳):片外程序存儲(chǔ)器讀選通輸出端,低電平有效。當(dāng)EA端保持高電平時(shí)，單片機(jī)訪問(wèn)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器4KB（MS—52子系列為8KB）。 （I/O）引腳P0口、P1口、P2口及P3口(A).P0口（39腳～22腳）：～。對(duì)于片內(nèi)含有EPROM的單片機(jī)，當(dāng)EPROM編程時(shí)，從P0口輸入指令字節(jié)，而當(dāng)檢驗(yàn)程序時(shí)，則輸出指令字節(jié)。(C).P2口（21腳～28腳）：～，一般可作為準(zhǔn)雙向I/O接口。它為雙功能口，可以作為一般的準(zhǔn)雙向I/O接口，也可以將每1位用于第2功能，而且P3口的每一條引腳均可獨(dú)立定義為第1功能的輸入輸出或第2功能。氣隙型傳感器靈敏度高，對(duì)后續(xù)測(cè)量電路的放大倍數(shù)要求低，它的缺點(diǎn)是非線性嚴(yán)重，為了限制非線性，示值范圍只能較小，由于銜鐵在運(yùn)動(dòng)方向上受鐵心的限制，故自由行程小。因?yàn)槁莨苄偷倪@些優(yōu)點(diǎn)，所以我們采用螺管型差動(dòng)式電感測(cè)頭。lrxra12 圖2 螺管型電感傳感器1線圈 2銜鐵設(shè)線圈長(zhǎng)度為l、線圈的平均半徑為r、線圈的匝數(shù)為N、銜鐵進(jìn)入線圈的長(zhǎng)度la、銜鐵的半徑為ra、鐵心的有效磁導(dǎo)率為181。圖二是交流電橋的幾種常用形式如圖3所示。L1=L2=L。圖三是軸向式電感測(cè)頭的結(jié)構(gòu)圖。兩線圈輸出由引線1 接至測(cè)量電路。圖4 電感測(cè)頭結(jié)構(gòu)圖 我們?cè)O(shè)計(jì)及測(cè)試系統(tǒng)時(shí)，很多時(shí)侯需要正弦波信號(hào) ?？勺?cè)鲆娣糯笃鱇石英晶振積分放大積分放大比例積分精密整流參考電壓圖5 正弦波發(fā)生電路由差動(dòng)電感傳感器的幅頻特性可知，傳感器的頻率選在平坦區(qū)域偏高點(diǎn)(提高靈敏度)，頻率波動(dòng)將有可能改變傳感器的工作點(diǎn)，引起幅值的變化。對(duì)于頻率單一穩(wěn)定的信號(hào)發(fā)生，最理想的是石英晶體振蕩器，石英的物理特性十分穩(wěn)定，而且品質(zhì)因數(shù)高，選頻特性好，波形失真小，在20186。石英 晶 體 ，經(jīng)振蕩分頻器27， 4KHZ的方波信號(hào)分別作為激勵(lì)信號(hào)和采樣的觸發(fā)信號(hào)實(shí)現(xiàn)峰一峰值采樣以及作為進(jìn)入I/O作為讀取波峰、波谷的參考信號(hào)。在實(shí)際的測(cè)試電路中，主要有直流比較（如圖6所示）和交流比較（如圖7所示）兩種典型電路。這種電路線路相對(duì)比較簡(jiǎn)單，由于是交流瞬時(shí)值的比較，還可補(bǔ)償功率放大的波形失真，缺點(diǎn)是:標(biāo)準(zhǔn)交流信號(hào)與交流輸出信號(hào)之間有靜差，因此線性比較差。 所以在對(duì)變壓器電橋的設(shè)計(jì)和制作時(shí)有必要采用一定的措施。E21E0為零點(diǎn)殘余電動(dòng)勢(shì)，這是由于差動(dòng)變壓器制作上的不對(duì)稱以及鐵心位置等因素所贊成的。在差動(dòng)變壓器二次側(cè)串、并聯(lián)適當(dāng)數(shù)值的電阻電容元件，當(dāng)調(diào)整這些元件時(shí)，可使零點(diǎn)殘余電動(dòng)勢(shì)減小。儀表器