机械几何量智能测量仪的研究

　　1前言

　　目前，随着铁路大规模提速，对机车检修的质量要求越来越高。而在机车部件的几何量的测量和检测方面，目前还停留在手工测量(或目测)、人工记录等阶段。这种方法精度低，工作量较大，检测数据的可靠性建立在个人的工作经验和责任心的基础上，某种程度上制约了检修质量的提高。在科学技术现代化飞速发展的今天，如何实现对机车部件的自动测量、存储、分析、处理是目前检修工作关注的主要问题之一〕机械几何量智能测试系统就是集数据采集、存储、传送、处理等多项功能为一体的系统。本系统由数字测量尺、智能测量仪和微机数据管理系统3部分组成。

　　数字测量尺用来测量几何量尺寸，并通过接口线同步显示到智能测量仪。智能测量仪记录准确数据，通过串行通讯传到上位机进行分析处理。

　　2容栅式数显尺

　　容栅式传感器与其他大位移传感器(如光栅、感应同步器、磁栅)相比，具有体积小、造价低、环境适应能力强和机电一体化等特点，在国内主要用于电子数显量尺中。在智能测量仪系统中，要读取数显量尺的测量数据，需研制与数显尺的连接接口。本套系统采用PIC单片机，加上简单的电平转换电路，来接收检测时钟信号和数据信号。

　　2.1数显尺数据协议

　　容栅式传感器的输人输出共有4根引线，以颜色区分，分别为黄色地线、蓝色数据线、红色时钟线和白色电源线。这种传感器的优点在于量程大、精度高、无温漂及时漂等特点。传感器的输出为数字信号，且输出的频率较高，具体格式如图1所示。

　　从图中可以看出，一帧输出数据分为两组，每1组包含24bit。第1组表示包含基准零位的数据，第2组是减去基准零位以后的数据。数据线上输出的码型为单极性不归零码。以时钟每次下跳变时刻为准读取数据线上的电平，高则该位为l，低则该位为。。24bit表示一个整形数，编码形式为二进制原码，低位在前，高位在后。传感器每250ms输出一帧数据，输出时钟频率为90kHz，两帧数据之间为低电平。

　　2.2接口方案设计

　　接口要完成的工作包括时钟跳变的捕获，信号电平的判别与储存，以及将数据变成Pc机标准接口所能接受的形式。为此，设计了专门的电平转换电路，如图2所示。

　　数显尺接口输出时钟信号和数据信号，经过LM393电压比较器组成的电平转换电路，转换为标准的TTL电平信号，送到Plc单片机的Pl口卜。通过检测这两个接口信号的变化，经过分析和处理，得到数显尺当前的测量数据。