激光位移传感器数据采集技术

　　激光位移传感器是一种非接触式的精密激光测量装置, 它具有适应性强、速度快、精度高等特点, 适用于检测各种回转体、箱体零件的尺寸和形位误差。该传感器可与快速的反馈跟踪系统配合使用, 能够准确快速地测出表面的形状与轮廓。它克服了接触式检测中的诸多缺点, 既提高了检测速度, 又保护了被测工件表面免受划伤及防止传感器变形。

　　1 激光位移传感器介绍

　　激光位移传感器是基于激光光三角原理设计和制造的, 如图1 所示, 由半导体激光机发出波长为670nm 的激光光束, 经过发射光学系统后会聚在被测物体表面, 形成漫反射。该漫反射像经过接收光学系统后成像在CCD 上, 并被转换成电信号。当被测面相对传感器在Y 方向移动时, 漫反射像也将移动, 在CCD 光敏面上的成像必将跟着移动位置, 这样即输出不同的电信号。根据光三角原理制成的激光位移传感器, 就这样将位移量最终转换成电信号, 从而与其它设备进行接口。

　　如图1 中所示的激光位移传感器, 其测量距离为65mm～95mm, 也就是80±15mm, 分辨率3μm。在使用时应注意, 不能将CCD 的成像的光路空间(图中阴影部分)给遮蔽住, 否则无法接收激光漫反射像的传感器将输出超出测量范围的报警信号。

　　传感器输出的电信号最终将被转换成一个连续的模拟电压信号, 如图2 所示, 该电压信号与传感器检测到的位移量具有一定的线性关系。传感器检测到的位移量以X 方向表示, 范围±15mm; 经由传感器控制器输出连续的模拟信号以Y 轴方向表示, 范围±5V。该电压信号与检测到的位移量具有正比例关系,并且模拟信号的大小及符号表达了激光位移传感器所测量出来的距离的大小及方向, 亦即电压与检测位移的关系。所以, 对该电压信号的正确采集, 即成为了激光位移传感器的数据数据采集的关键。

　　2 位移传感器的数据采集技术

　　激光位移传感器输出的模拟电压信号首先应该进行模数转换, 然后将数字信号缓存后发送给上位机进行其它的处理和运算。针对被采集电压量的大小及范围, 最终选定ADS7805 作为模数转换器件; 在通常环境下使用 RS- 232C 协议传输检测数据给股上位机(在恶劣的电磁环境下可选用RS- 485 协议); 而主控MCU 则选用廉价易用的 AT89C51 型单片机。

　　2.1 ADS7805 介绍

　　该芯片采用28 脚0.3 英寸DIP (瘦型双列直插式) 和SOIC(小输出线集成电路)封装。单一+5V 电源供电; 芯片内部含有采样保持、电压基准和时钟等电路, 可极大简化用户的电路设计和硬件开销, 并可提高系统的稳定性。ADS7805 采用CMOS 工艺制造, 转换速度快、功耗低(最大功耗为100mW)。该A/D 转换器采用逐次逼近式工作原理, 单通道输入, 模拟输入电压的范围为±10V, 采样速率为100kHz,转换结果由16 位数据线并行输出。值得注意的是, 为了提高抗干扰能力, 对电路的供电要将模拟电源和地以及数字电源和地分开布线, 所以ADS7805 的VDIG和DGND引脚用数字电源(+5V)和数字的地, 引脚VANA和AGND1、AGND2接到模拟电源(+5V)和模拟地。当然, 在正常使用时, 数字地和模拟地需要在远端共地。