多周期同步测量法在微位移检测中的应用

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多周期同步测量法在微位移检测中的应用

6 ~) G; n0 N5 ]) A. v( g摘要:由于目前微位移检测系统的测量精度受到A/D的限制，为进一步提高测量精度，讨论了多周期同
9 w8 J9 J0 ^% J! T9 E- X1 s/ Z步测量法在微位移检测中的应用,并设计了基于单片机控制的微位移检测电路.实际应用表明，在对实时性
5 e! U' L1 i% x& y. Z# ]& L没有严格要求的情况下，当检测量程为士2 mm时，系统检测精度可达0. 1 μm,并且通过提高计数频率,系
统可以达到更高的测量精度.
+ R) x( P1 r* A4 Q. {关键词:多周期同步测量法; 位移检测;电感式位移传感器;单片机

0 引言
# y- J- {; b( N5 @% r随着现代科学技术的发展,机械产品微小位移高精度检测技术越来越多地被人们重视与研究.目前用
; y: r- j+ F# V' w于微位移检测的原理较多,如光学式、电感式、电容式和压电式等[1。光学式的定位精度可以达到纳米级,
6 g3 @5 ^  x8 q  N2 i但是检测系统庞大,造价昂贵,对测量环境的要求也非常苛刻,多用于实验室.电容式传感器检测存在的缺
) W6 l# y' q6 m2 N- X* \) ]点是寄生电容和分布电容对灵敏度和测量精度的影响较大,电路较复杂.压电式存在迟滞、蠕变、非线性误
6 Q1 E& [; y1 n8 W! S" U差使重复性降低,响应速度变慢，直接影响定位精度.相比较而言,电感式传感器具有分辨率较高、使用寿

" p2 W5 v. k7 G: a4 o+ [9 i1 X' z命长、线性和稳定性好、结构简单可靠、抗干扰能力强、价格便宜、安装简单、对工作环境要求不高等优点，
& d3 f' P$ _7 V+ ^/ Q2 v' n0 q- O因此在精密和超精密位移检测领域得到广泛的应用.电感式位移传感器主要用于接触测量.在超精密测量
8 H  e2 w& ]% C4 G9 ^5 c' `中既可以单独使用,也可以多个传感器一起使用,配以相应的测量装置,可以实现长度(深度、高度、厚度、
' g! G6 l/ T/ u8 }直径、锥度等)测量、形状(圆度、直线度、平面度、垂直度、轮廓度以及台阶厚度)测量和振动测量等.
目前采用的微位移检测方法大多是将被测位移量通过位移传感器和信号变送电路转换成模拟量,然
后供计算机A/D采集处理和显示[2-3].此系统的实时性能较好,但是测量精度会受到A/D转换器的位数的
$ h% x$ A5 @2 I限制.为进一步提高测量精度,本文根据电感式传感器的被测位移量与信号频率在-定范围内成比例的关
& }- k) N% S6 P: b: B! P9 c系,讨论了多周期同步测量法在微位移检测中的应用,此方法不需经过A/D采集,直接由被测位移量得到
/ q' N5 m4 I/ i) h. J+ f) c0 T数字信号,所以位移在相同的量程下,该方法的测量精度会有明显提高.
在对实时性没有严格要求的情况下,设计了一个检测量程为士2 mm,检测精度为0.1 μm的微位移检
测系统.采用半桥式电感差动变压器,设计了基于单片机控制的微位移检测电路来实现这一指标要求.
: W3 E$ G3 t: I/ K; {- d1 多周期同步测量方法
: C6 }- x0 I! ]- V( C5 F$ O时间的测量方法主要有频率测量法和周期测量法,当被测信号为低频信号时,周期测量法测量比较精
确.但是传统的周期测量法存在不能与触发信号同步的问题,使得频率计数上存在士1的误差.为了减小
/ s1 m5 d$ G' O3 ~误差的范围,本文采用多周期同步测量法.
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