本发明属于钟表检测技术领域，特别是涉及一种手表摆轮偏重检查仪及检测方法。
背景技术：
摆轮游丝系统在手表中的调速系统中是机械手表的核心部分。该系统保持一定速度在表机中来回旋转振荡，确保了手表准确计时。游丝摆轮系统元件的加工质量直接决定了钟表的好坏。游丝摆轮系统中摆轮是系统的重要元件，摆轮的偏重量指的是摆轮重心的不平衡程度，用摆轮质量m和重心的偏心距e的乘积em表示，其单位为微克-厘米(μg.cm)。摆轮的偏重量对钟表走时有很大影响，例如由一个直径为9.75mm，重量为84mg的摆轮构成的游丝摆轮系统，在节拍18000，摆幅180°的情况下工作，如果偏重量为10μg.cm，则会产生±22秒/天的偏差。因此，如何测量和消除摆轮的偏重是钟表生产中一个重要的课题。
目前，各个手表厂家使用的摆轮偏重检测仪大部分是使用瑞士表厂早年生产的测量仪器，这些仪器大多在上世纪七八十年代设计生产，仪器内部采用的是老式的电子管，这种仪器测量精度低，散热量大。而且故障发生频繁，难以维修。
技术实现要素：
针对上述存在的技术问题，本发明提供一种手表摆轮偏重检查仪及检测方法，它是利用光电传感器对摆轮角速度进行测量，保证每次检测都在同一个角速度下完成，实现信号的稳定测量，再通过微振动传感器，将摆轮由于偏重量产生的振动信号转换成感应电动势，摆轮偏重检查仪将通过信号调理电路将该电动势放大检测出来，之后经过模数转换送入单片机，单片机将测量结果在数码管上显示。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明一种手表摆轮偏重检查仪，包括摆轮、微振动传感器、信号调理电路、光电传感器、模数转换器及单片机，摆轮安放在微振动传感器的运动部分，摆轮摆动带动微振动传感器的检测部分产生的信号，经信号调理电路放大滤波后，经模数转换器转换后输入至单片机；光电传感器用来检测摆轮转动的转速信号，并输入至单片机，单片机检测到速度信号后，控制摆轮的摆动速度，使摆轮始终在39转/秒的速度下测量，将摆轮的偏重量值显示在数码管显示器上。
优选地，所述微振动传感器包括运动部分和检测部分，其中运动部分包括摆轮支架和弹性件，摆轮安装在摆轮支架上，摆轮支架底部通过弹性件连接在检测部分的支撑座上。
优选地，所述弹性件为弹片或弹簧。
优选地，所述检测部分包括支撑座、动线圈框、永磁铁和磁轭，所述支撑座下方设置磁轭，动线圈框置于磁轭内，在动线圈框外缠绕有线圈，在磁轭内底部设置永磁铁，所述永磁铁的n极位于动线圈框内，s极与磁轭接触，形成封闭磁路；摆轮支架通过两个弹性件支撑在动线圈框上的极掌之上，测量时，摆轮安装在摆轮支架上，摆轮在支架上旋转带动支架及支架下方的动线圈框上下振动，动线圈框上缠绕的线圈在封闭磁路中也随着上下振动切割磁力线，产生的感应电动势通过线圈连接的信号线连接信号调理电路，经模数转换器后传递至单片机。
优选地，所述磁轭内壁还设置有补偿线圈，所述补偿线圈与动线圈框伸入磁轭端的线圈相对应。
优选地，所述光电传感器设置在摆轮支架上，检测摆轮转速。
优选地，所述信号调理电路包括两级信号放大电路和滤波电路，第一级为仪表放大器ad620信号放大电路，第二级为通用放大器op07电路，滤波电路包括两个由通用放大器op27组成的二阶巴特沃斯带通滤波器。
优选地，所述两个带通滤波器的中心频率都是39hz，品质因数为8.3，通频带宽为4.68hz。
优选地，所述单片机上还连接有吹动摆轮旋转的气源。
本发明手表摆轮偏重检查仪的检测方法，包括如下步骤：
s1：通过单片机控制摆轮转速，将摆轮转动的角速度ω提高到40转/秒，之后使摆轮的角速度ω自由减速到39转/秒；
s2：通过微振动传感器测量得到由于摆轮旋转带动支架及动线圈框振动而在线圈上生成的感应电动势e，
其中：em为摆轮的偏重量，b为磁场的磁感应强度；ω为线圈的匝数，e为摆轮偏心距，m为摆轮的质量，e*m即为测量的偏重量，ω为摆轮的角速度，k为弹性件的刚度，t为时间；
s3：对测得的摆轮偏重产生的感应电势e通过信号调理电路进行放大和滤波，得到有效稳定的偏重量信号；
s4：对测得的偏重量信号进行模数转换传至单片机，单片机将偏重信号对应的数字信号转换为具体数值，在通过数码管在屏幕上显示。
本发明的有益效果为：
1.本发明检测仪由微振动传感器、巴特沃兹带通滤波器、高精度高速12位模数转换器、光电测速传感器和stc单片机组成。本检测仪采用集成运算放大电路实现信号的放大和滤波，采用一个仪表放大器和两个二阶巴特沃兹帯通滤波器将摆轮在转速为39转/秒时的产生的摆轮偏重信号检测出来放大、滤波并显示出来。其中一级信号放大器采用ad620仪表放大器，两个巴特沃兹滤波器的是基于高速运算放大器op27芯片实现，经过两级滤波后，杂散噪声全部抑制掉，同时将有效信号进行放大，得到稳定的偏重信号。
2.本发明采用独特的微振动传感器来检测摆轮的偏重信号，通过摆轮的偏重造成支架垂直方向的振动，产生垂直方向的位移，摆轮振动带动动线圈框上下振动，使得缠绕在动线圈框上线圈在封闭磁路中垂直方向切割磁力线，产生与偏重量em和摆轮转速成比例的感应电动势e，由于单片机控制使摆轮转动的气源，可以使摆轮始终在同一个转速测量，因此，本系统得到稳定重复的与摆轮偏重成比例的电动势信号。
3.本发明利用仪表放大器和运算放大器构成的信号放大以及带通滤波等信号调理电路，实现滤处噪声信号，放大和提取有用信号。。
4.本发明检测速度快，单个摆轮的检测时间在2s以内，提高了生产效率；功耗低，全系统采用低功耗芯片，具备自动休眠功能，即：当超过微振动传感器启动5分钟时间内没有信号输入，单片机程序使气源关闭，单片机系统休眠，当微振动传感器再次有信号输入时，单片机系统唤醒；本发明利用单片机组成的控制系统和总线控制系统，可以将检测工件的数量、质量数据上传到管理者办公室，实现网络化管理，具体为：单片机系统具有modbus通信模块，可以通过modbus协议和上位机的软件通信，实现数据上传。
附图说明
图1是本发明的整机工作示意图。
图2是本发明微振动传感器支架部分示意图。
图3是图2的结构示意图。
图4是本发明微振动传感器检测部分示意图。
图5是本发明信号调理电路的两级信号放大电路图。
图6是本发明信号调理电路的滤波电路图。
图7是本发明帯通滤波器电路图。
图中：1.摆轮，2.支架，3.弹性件，
4.微振动传感器，41.支撑座，42.动线圈框，43.永磁铁，44.磁轭，45.线圈，46.补偿线圈；
5.极掌。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细描述。
实施例：如图1所示，本发明一种手表摆轮偏重检查仪，包括摆轮、微振动传感器4、信号调理电路、光电传感器、模数转换器及单片机,所述摆轮1连接在微振动传感器4的运动部分，摆轮1摆动使微振动传感器4的检测部分产生的信号经信号调理电路放大滤波后，经模数转换器转换后输入至单片机，由光电传感器测得的转速信号输入至单片机，单片机检测到速度信号后，控制摆轮1的摆动，使摆轮1始终在39转/秒的速度下测量，最终测量显示出摆轮1的偏重量值。
所述微振动传感器4包括运动部分和检测部分，其中运动部分包括摆轮支架2和弹性件3，摆轮1安装在摆轮支架2上，摆轮支架2底部通过弹性件3固定在检测部分的支撑座41上，使摆轮支架1悬空在动线圈框42上的极掌5上方，即：支架、弹性件和动线圈悬空在极掌5上方；检测部分包括支撑座41、动线圈框42、永磁铁43和磁轭44，所述支撑座41下方设置磁轭44，动线圈框42置于磁轭44内，在动线圈框42外缠绕有线圈45，在磁轭44内底部设置永磁铁43，所述永磁铁43的n极位于动线圈框42内，s极与磁轭44接触，形成封闭磁路；测量时，摆轮1安装在摆轮支架2上，当有外部气流吹动摆轮1时，摆轮1在支架2上旋转，由于摆轮1自身偏重量的影响，摆轮1转动时会在垂直方向产生微弱的振动，由于此时支架2垂直方向上处于悬空状态，摆轮1旋转带动支架2在垂直方向上上下振动，产生垂直方向的位移，同时支架2振动也带动动线圈框42上下振动，使得缠绕在动线圈框42上线圈45在封闭磁路中垂直方向切割永磁铁产生的磁场磁力线，使动线圈框42上产生与偏重量em和摆轮1转速成比例的感应电动势e，通过线圈45连接的信号线连接信号调理电路，该偏重信号经信号调理电路的放大滤波转换、模数转换后输入至单片机，并最终转换和显示出摆轮的偏重量值。
另外，由于检测时，摆轮需稳定在39转/s的速度检测，因此微振动传感器4上方设置在摆轮支架2上的光电传感器可用来测量摆轮1的转速，并将转速输入至单片机，使单片机控制吹气起源，保持摆轮固定转速。
所述磁轭44内壁还设置有补偿线圈46，所述补偿线圈46与动线圈框42伸入磁轭44端的线圈45相对应。
本发明的测量过程：
本发明的摆轮支架2采用音叉形支架，该支架2的槽宽度等同于摆轮1轴长，使摆轮1架在支架2上，而且可以沿着中心轴自由转动。
具体测量方法如下：
s1：通过单片机控制摆轮转速，将摆轮转动的角速度ω提高到40转/秒，之后使摆轮的角速度ω自由减速到39转/秒；
s2：通过微振动传感器测量得到由于摆轮旋转带动支架及动线圈框振动而在线圈上生成的感应电动势e，
其中：em为摆轮的偏重量，b为磁场的磁感应强度；ω为线圈的匝数，e为摆轮偏心距，m为摆轮的质量，e*m即为测量的偏重量，ω为摆轮的角速度，k为弹性件的刚度，t为时间；
s3：对测得的摆轮偏重产生的感应电势e通过信号调理电路进行放大和滤波，得到有效稳定的偏重量信号。
本发明当摆轮1在摆轮支架2的槽内转动时，由于摆轮1偏重量的缘故，摆轮1存在垂直方向的振动，并带动摆轮支架2运动。当摆轮1按照角速度ω转动时，摆轮1偏重量在重心s处产生的离心力f：
f＝ω2em
其中e为偏心距，m为摆轮1的质量，当ω为常数时，则摆轮支架2沿重力方向所受垂直方向的力f为：
f＝emω2cosωt
其中：t为时间，单位为秒；
摆轮1转动时沿着竖直方向的力f作用在弹性件3上，使弹性件3产生位移x，即f＝kx，k为弹簧的刚度，那么垂直方向的位移x为：
x＝f/k＝ω2emcosωt/k
弹性件3运动带动支架2运动，弹性件3沿竖直方向的位移就是摆轮支架2沿竖直方向的位移，那么摆轮支架2的运动速度就是位移对时间的微分，即：
当摆轮支架2上的摆轮1旋转时，摆轮1带动摆轮支架2以及摆轮支架2下方的动线圈框42上下振动，动线圈框42上缠绕的线圈45在封闭磁路中上下振动切割磁力线，在线圈45上产生和摆轮支架运动速度成比例的感应电动势e，其关系式为：
式中b为磁场的磁感应强度；ω为线圈的匝数；
e＝-k0emsinωt(3)
其中：k0为常数；
当摆轮1转动的角速度ω一定时，微振动传感器的感应电势e和摆轮1的偏重量em成正比。若要提高传感器的灵敏度，必须增大常数k0。由于感应电势e和ω的立方成正比，所以提高摆轮1的转速是提高灵敏度最有效的方法。但由于摆轮1的质量很小，速度过快会使摆轮甩出支架2。根据实际工作经验，通常将摆轮1角速度保持在39转/秒。测量时，可将摆轮1转速提高达到40转/秒，之后使摆轮1自由减速到39转/秒，并采集信号。这样既保证角速度一致，又避免外部的干扰，得到稳定重复的偏重信号。
如图3-图5所示，所述信号调理电路包括两级信号放大电路和滤波电路，第一级为仪表放大器ad620信号放大电路，第二级为通用放大器op07电路，对进行信号放大。ad620的输入阻抗高，具有很高的共模抑制比，能有效的抑制放大过程中的噪声。由(3)式可知，偏重信号是和摆轮角速度一致的正弦波信号，信号的频率与角速度同为39hz，本发明的滤波电路包括两个由通用放大器op27组成的二阶巴特沃斯带通滤波器，如图5所示，两个带通滤波器的中心频率都是39hz，品质因数为8.3，通频带宽为4.68hz。经过两级滤波后，全部抑制杂散噪声，同时有效信号也可以得到3.3倍的信号，得到稳定的偏重信号。