专利名称：感应同步器位移数显卡的制作方法
技术领域：
本发明涉及机电一体化中的精密测试技术，更具体的说，是一种利用感应同步器作为传感器测量直线或角度位移的电路卡(板)。
直线或旋转位移传感器与数显表配合，被广泛用于机床和仪器上，以实现0.01～0.001毫米的位移显示和0.001～1角秒的角位移显示。以往的普通型数显表由部分分立元件及中、小规模集成电路制成，结构复杂，功能少，可靠性和抗干扰能力差，维修不方便。
随着微电子技术的发展，微处理机在机床、仪表的数字控制和数字显示方面得到了广泛的应用。由于微处理机具有数据存储、逻辑判断、运算和控制等多种硬件和软件功能，用它来组成数显表的控制器，完成数显表的控制、逻辑判断、数据存储及运算等功能，不仅能使数显表的硬件电路大为简化，提高其抗干扰能力及可靠性，而且可以大大扩充数显表的各种功能，使数显表实现多功能化。
早在1976年，意大利奥利维特公司采用微机技术，使RQ82数显表实现了绝对坐标测量及存储，三坐标同时显示，公-英制转换等功能。以后，西德R.S.F电气公司、海登海茵公司、中国武汉湖滨仪器总厂、沈阳工业大学、上海机械学院等都研制或生产了微机感应同步器数显表;日本索尼公司、上海机床研究所等生产或研制了微机磁栅数显表;美国ANILAM公司、中国科学院自动化所等生产了微机光栅数显表。
《感应同步器及其数显技术》(端木时夏等编著，同济大学出版社1990年11月)一书中认为，以上微机数显表一般都是在普通数显表的基础上局部的微机化，其设计思想与普通数显表没有多大区别，位移显示都是用数码管来显示的，显示坐标数最多不过三坐标。近几年来，出现了CNC系统，位移数据显示采用CRT屏幕扫描显示，如美国通用电气(GE)公司的MTC系列数控系统、中国西安交通大学的JUNUC-CNC闭环数控系统等。但是，这些数控系统的数显单元与计算机的连接都是采用串行通讯方式进行的，很不方便，特别是在需要多坐标测量和控制的场合下，系统的硬件和软件都将大大的复杂化。
本发明是采用一种内部带有A/D采样、HSI/O高速输入输出接口、脉宽调制输出PWM等功能的16位单片微机(INTEL96系列)，使数显装置的设计和硬件电路大为简化，而且将全部电路做在一块PC总线或STD总线标准的电路板(卡)上。工作时，将数显板(卡)(以下称数显卡)插在PC微机(或80X86微机)或STD总线工业控制机的插槽内，需要测控几坐标的位移数据就插入几块同样的(板)卡，数显卡将经过处理的位移数据(二进制或十进制BCD码)直接通过总线输出，主计算机只要简单地从总线读取位移数据就可以了。这种工作方式最明显的优点是可以方便的利用PC(80X86)机或STD工业控制机的丰富的软、硬件资源，特别是CRT显示功能，可以显示任意坐标及动态的位移轨迹等等，还可以较方便地实现三坐标以上的多轴联动控制。
以下将结合附图详细说明本发明的一个最佳实施例。
图1.微机化ST2数显表的逻辑框2.本发明最佳实施例的框3.本发明的滤波电路4.本发明的方向判别电路2为本发明最佳实施例-感应同步器数显卡的逻辑框图，与图1微机化ST2脉冲调宽式数显表的逻辑框图相比，可以看出，A/D转换、方向判别、脉宽调制、数据通讯等都进一步微机化。为了便于理解本发明的工作过程，有必要对其位移检测原理作一简单介绍。若给感应同步器的滑尺(或定尺)的正、余弦绕组输入交流激磁信号Us和Uc，在定尺(或滑尺)上输出的检测信号经放大和滤波后为e＝(2kU/π)SinωtSin(θ机-θ电)在式中θ机-定、滑尺相对位移机械角θ电-激磁信号的电气角当定、滑尺位置处于输出信号相对平衡时(即θ机＝θ电)，检测信号e＝0。定、滑尺相对位移△θ机后，θ机≠θ电，则e≠0，且e的数值反映出△θ机的大小。因此可通过给定θ电的数值，用零位检测方法来确定θ机的大小，即鉴别定、滑尺的相对位移量。
本发明利用十六位单片机内部的A/D转换，把机械位移△θ机所对应的检测信号变成位移脉冲，加以记录显示。同时由单片机产生一个与△θ机相等的△θ电去校正激磁信号，使系统处于平衡状态，即θ电跟踪θ机，在跟踪点上信号θ电＝θ机，e＝0，实现零位检测。
为了将数显卡做成PC总线或STD总线标准尺寸，以往数显表的RLC滤波电路体积太大，显然不能满足要求。本发明采用了如图3所示由三个运算放大器U1A、U1B、U1C组成的有源滤波电路，中心频率由R3＝1/(R4ω2C2)决定，品质因数Q由R2＝Q/(ωC)决定，增益H0＝R2/R1，用一块普通四运放即可完成滤波放大。
方向判别利用十六位单片机的高速输入口HSI，如图4所示。输入信号经充分放大后限幅，送给D触发器，D触发器的CLK端也送入一和输入信号相同频率但相位相差π/2的方波，在Q端得0或1，再送入十六位单片机的HSI口，根据HSI口的0或1可以判别方向。
单片机在A/D转换的同时根据HSI口的电平判定方向，加或减位移显示值，同时用软件修正θ电，以改变脉冲宽度，使θ电紧跟θ机，实现闭环跟踪。
如果分辨率为0.01mm，则方波发生器可由十六位单片机的高速输出口HSO来完成。更高的分辨率，则可采用逻辑电路组成的方波发生器。
权利要求
1.一种利用感应同步器作为传感器的直线或旋转位移检测装置，其特征在于除前置放大器外，全部电路(包括二次放大电路、滤波电路、方波激磁发生电路、单片微机电路等)做在一块电路板(卡)上，该电路板(卡)采用PC(AT)总线或者STD工业控制总线标准设计、制作。
2.如权项1所述的位移检测装置，其特征在于A/D转换、方向判别、脉宽调制、及数据处理、通讯都采用INTEL96系列十六位单片机及相应软件实现。
3.如权项1所述的位移检测装置，其特征在于滤波电路采用由三个运算放大器U1A、U1B、U1C组成的有源滤波电路，其中心频率由R3＝1/(R4ω2C2)决定，品质因数Q由R2＝Q/(ωC)决定，增益H0＝R2/R1。
全文摘要
一种利用感应同步器作为传感器测量直线或角度位移的电路卡(板)。将全部电路做在一块PC总线或STD总线标准的电路板(卡)上。工作时，将数显板(卡)插在PC机(80×86机)或STD工控机的插槽内，数显卡将经过处理的位移数据直接通过总线输出，主计算机只需简单地从总线读取位移数据。优点是可以方便地利用PC(80×86)机或STD工业控制机的丰富的软、硬件资源，特别是CRT显示功能，可以显示任意坐标及动态的位移轨迹等等。
文档编号G01B7/02GK1083586SQ92109630
公开日1994年3月9日 申请日期1992年9月2日 优先权日1992年9月2日
发明者陆启湘 申请人:陆启湘