GJK-3型高准确度长度测量仪

1问题的提出

目前，在我国仪表虽已开始向智能化阶段迈进，但在大多数场合，由中小规模集成电路巧妙的组合而设计成的数字显示仪表，其低成本和简单实用，仍具有强大的竞争力.

使用计数的原理来测量长度、转数(圈数)，是人们应用较多的一种方法.但当被测体存在往复的运动或转动时，则要靠具有加计数和减计数功能的可逆计数器来完成.其误差主要来自两个方面:一是机械方面，而对于长度测量则主要是转换机构，这个间题一般可以靠转换机构的设计巧妙和零部件的精加工来减小;二是电信号的转换方面，也即传感机构与传感器件之间的方面，这个间题虽可着手在传感器件的合理选用与安装、传感机构的正确设计与配合等方面得到改善，但如果再在后面加一个信号处理电路厂一般就可以得到彻底解决.在长度、转数测量这方面，近年来虽有文章发表，但他们却都没有解决被测体出现经常性的往复运动或转动时所产生的误差间题，尤其是被测体在某一小范围内、或是在能使传感器产生计数脉冲的某一边缘上抖动或晃动时，便会产生一连串的脉冲信号进入计数器，由此而产生的误差则更大.比如《电子技术应用》1991年n期介绍的用于纺织厂验布机上的长度测量电路(’’加减计数器CD4510的u/D控制电路及应用”一文)，就存在这样问题.本文所要介绍的GJK一3型高准确度长度测量仪的电路，就彻地解决了这个问题.

2 GJK一3的工作原理

该测量仪是为我厂生产的油田井下测试车而最新设计的测量仪器，用来实时测量送入油井的钢丝长度.可测量的最大长度(也即油井深度)为9999.gm，并具有非常高的测量准确度.尤其适用于被测体存在往复运动和抖动的场合.它是取两个光电信号来判断被测体运动方向的，见图1所示.从测试车绞盘机放出来的钢丝(4500m/盘)，在图中所示的测量轮上绕一圈后进入油井.轮的旁边有个7个均匀方齿的圆盘，是与轮同轴转动的，圆盘上端装有两个槽型的光电祸合器.轮的直径是经过精确计算、加工的，绕在上面的钢丝的周长与旁边的圆盘齿数严格对应的，即一圈为0.7m，对应7个齿，每齿对应0.1m.每转动一个齿，也就是转过0.1m长的钢丝;转动一圈，就转过7个齿，也就是通过0.7m钢丝，长度测量仪就计7个数，数码管就显示0.7m.当测试车绞盘机将纲丝放出时为加法计数，往回收钢丝时则为减法计数.

我们之所以将此长度测量仪称之为“高准确度”，就是因为它解决了上述那些产生误差的问题，单就电气测量系统(从传感机构的7齿圆盘一槽型光电祸合器一测量仪本身)而言，它几乎不存在测量误差.因为它不管钢丝怎样的往复运动、忽快忽慢，或在某一齿的边缘上怎样抖动、怎样转来转去，最终，通过槽型光电祸合器的真正齿数必定和数码管显示的数字保持严格一致(0.1m/齿).不会多计或少计一个数.而当我们使用2mm又2mm的TLN104和TLP104红外线发射接收对管时，也可将它的分辨能力提高一个数量级，即1cm/齿，在电线、橡胶、纺织、印染等行业中作长度计量，则更显示出它突出的优点.总之，凡是使用加减计数来作测量的仪器，都可以使用这个电路来提高自己的测量准确度.