基于PC104的微小位移检测

　　1　引　　言

　　在机械制造过程中,有很多长度量需要检测,各种不同的机械零件的要求各不相同,除了尺寸精度,还有各种形位公差要求,粗糙度要求。相对尺寸精度,形位公差、轮廓度与粗糙度的误差值更小,测量工具的精度更高,普通机械式测量工具已不能满足测量精度的要求,因此,一般采用光测法和电测法测量。光测法由于受光反射漫射的影响,一般对零件表面有一定的要求;电测法对零件表面要求较小,且测头与工件直接接触,测量精度较高,故实际应用中,电测法的使用范围更广。目前的圆度仪大多采用对板检测的方法,检测结果还需要人工判别,还有部分采用PC机进行采样处理,但PC机体积较大,移动不太方便。因此文中设计了一种新的基于PC104的嵌入式测试系统,该系统用于圆度测量,配合适当的机械部件和算法还可用于粗糙度和其它轮廓度(如圆柱度)的测量,能检测各种微小位移尺寸,最小尺寸小于0.01μm。PC104嵌入式PC具有体积小、可靠性高、寿命长、编程调试方便的特点,而且秉承了IBM2PC开放式总线结构的优点,与IBM2PC完全兼容。近年来,PC104技术的发展迅速,其CPU可根据需要选择X86系列处理器或奔腾的6X86处理器。它本身具备IDE接口可以外接硬盘和光驱,并具备并行接口和串行口,并且可以扩展网络接口。因而可使仪器做得更加便携,体积更小,功能更强。

　　2　系统组成

　　系统由软件、机械部分、传感器、信号模拟通道,开关控制通道,电机及显示部分组成,如图1所示。

　　2.1　硬件电路

　　系统的硬件由传感器、放大电路、量程变换电路、相敏检波电路、A/D转换器、数字电路等组成。

　　2.1.1　传感器

　　为了提高信号的抗干扰能力,传感器采用调频电感传感器,如图2所示。调制信号u0通过变压器加到电感传感器的线圈2上,传感器的测杆头位置沿工件表面移动时,磁芯3位置上下移动,输出信号幅值产生变化,如图3(a),当调制信号u0如图3(b)时,最后可产生图3(c)所示的叠加输出信号。采用调制信号可大大改善信号的抗干扰能力,加上适当的带通滤波,可使干扰减少到最少。

　　2.1.2　信号放大与量程切换电路

　　信号的放大采用TL074运放。TL074为低噪声、高阻抗J2FET输入4运放,具有极低功耗(200μA)、宽共模差分电压范围、低偏置电流、输出电流保护、高输入阻抗、内部频率补偿、高摆率(13V/μs)、低噪声(En=15nV/Hz)、低失真率(0.01%)的特点。传感器输出的调制信号经一级放大后进入量程切换电路,量程的变换采用分压方式由4051电子开关电路切换量程范围。再经二级放大,带通滤波,三级放大完成交流放大,如图4所示。放大电路不仅使传感器的输出信号得到了充分的放大,而且还滤去了高频和低频干扰信号,各级运放之间采用隔直电容隔离失调和干扰电压,带通滤波的通带频率与传感器调制信号频率相等可使干扰信号得到最大的抑制。