大量程亞微米級高精度氣電轉(zhuǎn)換器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一大量程亞微米級高精度氣電轉(zhuǎn)換器，其包括雙穩(wěn)氣壓測量室、精密信號調(diào)理部及PC機；氣體穩(wěn)壓過濾器連接雙穩(wěn)氣壓測量室，所述雙穩(wěn)氣壓測量室連接壓電傳感器，精密可調(diào)雙穩(wěn)壓基準(zhǔn)電源分別與壓電傳感器及調(diào)零器連接；壓電傳感器依次與高增益放大器、調(diào)零器、有源濾波器、A/D轉(zhuǎn)換器、單片機連接；所述有源濾波器連接模擬輸出接口；所述單片機連接232串行接口；所述232串行接口連接PC機，PC機通過232串行接口與單片機進行快速實時通訊，能實時地獲取單片機獲得的氣電轉(zhuǎn)換器的測量值。本發(fā)明有效提高了轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度；在測量范圍精度高；測量范圍在±40um時，從而適合了多品種、高精密柔性生產(chǎn)線的現(xiàn)場測量需求。
【專利說明】大量程亞微米級高精度氣電轉(zhuǎn)換器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種轉(zhuǎn)換器，尤其涉及一種大量程亞微米級高精度氣電轉(zhuǎn)換器。
【背景技術(shù)】
[0002]氣電轉(zhuǎn)換器可進行諸如內(nèi)徑、外徑、錐度、平行度等多種尺寸公差及形位公差的測量，被廣泛應(yīng)用于汽車零部件，家用空調(diào)/冰箱壓縮機，軸承及航空航天等高精密零件測量。已有的氣電轉(zhuǎn)換器精度相對較低，測量范圍在±20um時，精度為0.8um;測量范圍在±40um時，精度在1.6um。并且在進行多品種，高精度測量時，需頻繁調(diào)整測量線性段倍率，給現(xiàn)場使用和調(diào)整帶來較大不便，也影響了測量設(shè)備自身的柔性。
實用新型內(nèi)容
[0003]本發(fā)明的目的在于克服上述不足之處，提供一種大量程亞微米級高精度的氣電轉(zhuǎn)換器，該氣電轉(zhuǎn)換器能提高測量室氣體的穩(wěn)定性，保證了壓電傳感器測量值的高精度和穩(wěn)定性。
[0004]按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，大量程亞微米級高精度氣電轉(zhuǎn)換器包括雙穩(wěn)氣壓測量室、精密信號調(diào)理部及PC機；精密信號調(diào)理部由壓電傳感器，精密可調(diào)雙穩(wěn)壓基準(zhǔn)電源，高增益放大器，調(diào)零器，有源濾波器，模擬輸出接口，A/D轉(zhuǎn)換器，單片機，232串行接口組成；所述壓縮空氣進入氣體穩(wěn)壓過濾器，所述氣體穩(wěn)壓過濾器輸出端連接雙穩(wěn)氣壓測量室的輸入端，所述壓縮空氣進入雙穩(wěn)氣壓測量室進行氣壓比較測量，所述雙穩(wěn)氣壓測量室的輸出端連接到壓電傳感器的輸入端，所述精密可調(diào)雙穩(wěn)壓基準(zhǔn)電源的一路電源輸出端連接到壓電傳感器的電源輸入端，所述精密可調(diào)雙穩(wěn)壓基準(zhǔn)電源的另一路電源輸出端連接到調(diào)零器的電源輸入端，所述壓電傳感器的檢測信號輸出端連接到高增益放大器的輸入端，所述高增益放大器的輸出端連接到調(diào)零器的信號輸入端，所述調(diào)零器的輸出端連接到有源濾波器的輸入端，所述有源濾波器的一路模擬信號輸出端連接到模擬輸出接口的輸入端，所述有源濾波器的另一路模擬信號輸出端連接到A/D轉(zhuǎn)換器輸入端，所述A/D轉(zhuǎn)換器的輸出端連接到單片機的數(shù)字信號輸入端，所述單片機的串行信號輸入/輸出端連接到232串行接口的串行信號輸出/輸入端；所述232串行接口與PC機相連，PC機通過232串行接口與單片機進行快速實時通訊，能實時地獲取單片機獲得的氣電轉(zhuǎn)換器的測量值。
[0005]作為本發(fā)明的進一步改進，所述雙穩(wěn)氣壓測量室由進氣接口、總節(jié)流器、第一穩(wěn)壓腔、倍率調(diào)整閥、節(jié)流孔、第二穩(wěn)壓腔、調(diào)零閥、出氣接口及基體組成?；w上部設(shè)有進氣接口，進氣接口后端設(shè)有總節(jié)流器，總節(jié)流器下端設(shè)有第一穩(wěn)壓腔，總節(jié)流器后端設(shè)有倍率調(diào)整閥，倍率調(diào)整閥后端設(shè)有節(jié)流口，節(jié)流口后端設(shè)有第二穩(wěn)壓腔，第二穩(wěn)壓腔后端設(shè)有節(jié)流口，基體下部設(shè)有出氣接口，出氣接口后端設(shè)有調(diào)零閥。
[0006]所述的大量程亞微米級高精度氣電轉(zhuǎn)換器，模擬輸出接口輸出與被測工件尺寸對應(yīng)的直流電壓信號，范圍為-5VDCT+5VDC。
[0007]所述精密可調(diào)雙穩(wěn)壓基準(zhǔn)電源由LM317線性穩(wěn)壓器和兩個TL431精密可調(diào)基準(zhǔn)電源組成。所述LM317線性穩(wěn)壓器3腳分別與第一電容的一端及第一電阻的一端相連；所述第一電容的另一端分別依次與第一 TL431可調(diào)基準(zhǔn)電源3腳、第三電阻的一端、第二電容的一端、第二 TL431可調(diào)基準(zhǔn)電源3腳及第三電容的一端相連；所述第一 TL431可調(diào)基準(zhǔn)電源I腳分別與LM317線性穩(wěn)壓器I腳及第一電阻的另一端相連；所述LM317線性穩(wěn)壓器2腳分別依次與第二電阻的一端、第二電容的另一端、第四電阻的一端及電源VOl相連；所述第一 TL431可調(diào)基準(zhǔn)電源2腳分別與第二電阻的另一端及第三電阻的另一端相連；第三電阻并接地；所述第二 TL431可調(diào)基準(zhǔn)電源I腳分別與第四電阻的另一端及電源V02相連；所述第二 TL431可調(diào)基準(zhǔn)電源2腳分別與第四電阻的另一端及電源V02相連；第三電容的另一端分別與第二 TL431可調(diào)基準(zhǔn)電源2腳、第二 TL431可調(diào)基準(zhǔn)電源I腳、第四電阻的另一端及電源V02相連。
[0008]本發(fā)明與己有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點:
本發(fā)明是將目前常用的氣電轉(zhuǎn)換器的氣壓比較測量部分及信號調(diào)理部分優(yōu)化，使氣電轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度，工作穩(wěn)定度得到有效提高，測量范圍在±20um時，精度為±0.2um;測量范圍在±40um時，精度為±0.4um,比現(xiàn)有產(chǎn)品精度提高了一倍。雙穩(wěn)氣壓測量室可提高測量室氣體的穩(wěn)定性，保證了壓電傳感器測量值的高精度和穩(wěn)定性。高精度可調(diào)雙穩(wěn)壓基準(zhǔn)電源作為壓電傳感器和調(diào)零器的工作電源，有效的減小了壓電傳感器的輸出信號的噪聲干擾。有源濾波器進一步濾除混雜在信號上的有害干擾噪聲。24位A/D轉(zhuǎn)換器有效提高了轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度。在測量范圍精度高；測量范圍在±40um時，從而適合了多品種、高精密柔性生產(chǎn)線的現(xiàn)場測量需求。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是本發(fā)明的工作結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖2是本發(fā)明雙穩(wěn)壓氣體測量室的主視圖。
[0011]圖3是本發(fā)明精密可調(diào)雙穩(wěn)壓基準(zhǔn)電源的電路連接示意圖。
【具體實施方式】
[0012]下面本發(fā)明將結(jié)合附圖中的實施例作進一步描述:
【具體實施方式】:如圖1所示:本實施方式包括雙穩(wěn)氣壓測量室1、信號調(diào)理部分12及及PC機7。所述信號調(diào)理部分由壓電傳感器2，精密可調(diào)雙穩(wěn)壓基準(zhǔn)電源3，高增益放大器11，調(diào)零器10，有源濾波器4，模擬輸出接口 9，A/D轉(zhuǎn)換器5，單片機6，232串行接口 8組成。
[0013]所述壓縮空氣進入氣體穩(wěn)壓過濾器，所述氣體穩(wěn)壓過濾器輸出端連接雙穩(wěn)氣壓測量室I的輸入端，所述壓縮空氣進入雙穩(wěn)氣壓測量室I進行氣壓比較測量，所述雙穩(wěn)氣壓測量室I的輸出端連接到壓電傳感器2的輸入端，所述精密可調(diào)雙穩(wěn)壓基準(zhǔn)電源3的電源輸出端連接到壓電傳感器2的電源輸入端，所述精密可調(diào)雙穩(wěn)壓基準(zhǔn)電源3的另一路電源輸出端連接到調(diào)零器10的電源輸入端，所述壓電傳感器2的檢測信號輸出端連接到高增益放大器11的輸入端，所述高增益放大器11的輸出端連接到調(diào)零器10的信號輸入端，所述調(diào)零器10的輸出端連接到有源濾波器4的輸入端，所述有源濾波器4的模擬信號輸出端連接到模擬輸出接口 9的輸入端，所述有源濾波器4的另一路模擬信號輸出端連接到A/D轉(zhuǎn)換器5輸入端，所述A/D轉(zhuǎn)換器5的輸出端連接到單片機6的數(shù)字信號輸入端，所述單片機6的串行信號輸入/輸出端連接到232串行接口 8的串行信號輸出/輸入端；所述232串行接口 8與PC機7相連，PC機7通過232串行接口 8與單片機6進行快速實時通訊，能實時地獲取單片機6獲得的氣電轉(zhuǎn)換器的測量值。
[0014]所述的模擬輸出接口 9的模擬電壓輸出端輸出的電壓在-5VDCT+5VDC之間。
[0015]本發(fā)明的信號調(diào)理部分的高增益放大器11的型號是AD620，A/D轉(zhuǎn)換器5的型號是ADS1251,單片機6的型號是M430F149。氣體穩(wěn)壓過濾器壓電傳感器2是己有技術(shù)中公知。
[0016]如圖2所示:壓縮空氣進氣IN(輸入)、0UT (輸出)、ZER0(調(diào)零)；由進氣接口 1-6，總節(jié)流器1-5，第一穩(wěn)壓腔1-4，倍率調(diào)整閥1-3，第一節(jié)流孔1-2，第二節(jié)流孔1-1，第二穩(wěn)壓腔1-10，調(diào)零閥1-9，出氣接口 1-8，基體1-7組成?；w1-7上部設(shè)有進氣接口 1-6，進氣接口 1-6后端設(shè)有總節(jié)流器1-5，總節(jié)流器1-5下端設(shè)有第一穩(wěn)壓腔1-4，總節(jié)流器1-5后端設(shè)有倍率調(diào)整閥1-3，倍率調(diào)整閥1-3后端設(shè)有第一節(jié)流孔1-2，第一節(jié)流孔1-2后端設(shè)有第二穩(wěn)壓腔1-10，第二穩(wěn)壓腔10后端設(shè)有第二節(jié)流孔1-1，基體1-7下部設(shè)有出氣接口1-8，出氣接口 1-8后端設(shè)有調(diào)零閥1-9。
[0017]如圖3所示:所述精密可調(diào)雙穩(wěn)壓基準(zhǔn)電源3由LM317線性穩(wěn)壓器和兩個TL431精密可調(diào)基準(zhǔn)電源組成。所述LM317線性穩(wěn)壓器3腳分別與第一電容Cl的一端及第一電阻Rl的一端相連；所述第一電容Cl的另一端分別依次與第一 TL431可調(diào)基準(zhǔn)電源3腳、第三電阻R3的一端、第二電容C2的一端、第二 TL431可調(diào)基準(zhǔn)電源3腳及第三電容Cl的一端相連；所述第一 TL431可調(diào)基準(zhǔn)電源I腳分別與LM317線性穩(wěn)壓器I腳及第一電阻Rl的另一端相連；所述LM317線性穩(wěn)壓器2腳分別依次與第二電阻R2的一端、第二電容C2的另一端、第四電阻R4的一端及電源VOl相連；所述第一 TL431可調(diào)基準(zhǔn)電源2腳分別與第二電阻R2的另一端及第三電阻R3的另一端相連；第三電阻R3并接地；所述第二 TL431可調(diào)基準(zhǔn)電源I腳分別與第四電阻R4的另一端及電源V02相連；所述第二 TL431可調(diào)基準(zhǔn)電源2腳分別與第四電阻R4的另一端及電源V02相連；第三電容Cl的另一端分別與第二 TL431可調(diào)基準(zhǔn)電源2腳、第二 TL431可調(diào)基準(zhǔn)電源I腳、第四電阻R4的另一端及電源V02相連。
[0018]本發(fā)明在使用時，通過232串行接口 8與PC機7相連，PC機7通過232串行接口8與單片機6進行快速實時通訊，可實時地獲取單片機6獲得的氣電轉(zhuǎn)換器的測量值。
[0019]所述雙穩(wěn)氣壓測量室的工作原理是:測試時，經(jīng)過濾穩(wěn)壓后的壓縮空氣進入進氣接口 1-6和總節(jié)流器1-5后，流入第一穩(wěn)壓腔1-4，壓縮空氣經(jīng)第一穩(wěn)壓腔1-4穩(wěn)壓后，經(jīng)倍率調(diào)整閥1-3 —路流入出氣口 1-8，對被測工件進行測試，另一路經(jīng)倍率調(diào)整閥1-3和第一節(jié)流孔1-2流入第二穩(wěn)壓腔1-10，第二節(jié)流孔1-1對第二穩(wěn)壓腔1-10的壓力進行穩(wěn)壓調(diào)節(jié)。壓電傳感器5通過比較第二穩(wěn)壓腔1-10與出氣接口 1-8的氣壓差來進行精密測量。倍率調(diào)整閥1-3對流入出氣接口 1-8的氣體流量進行調(diào)節(jié)。調(diào)零閥1-9對出氣接口 1-8的氣壓進行調(diào)節(jié)。
[0020]本發(fā)明壓縮空氣經(jīng)雙穩(wěn)氣壓測量室比較測量后，壓電傳感器通過雙穩(wěn)氣壓測量室，將氣壓信號轉(zhuǎn)換為電信號。電信號先后輸入到高增益放大器、調(diào)零器和有源濾波器，有源濾波器輸出模擬直流電壓信號。模擬直流電壓信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器和單片機轉(zhuǎn)換為測量值。本發(fā)明采用了獨特的雙穩(wěn)氣壓測量室和精密可調(diào)雙穩(wěn)壓基準(zhǔn)電源，實現(xiàn)了極高精度轉(zhuǎn)換，超過國內(nèi)/外同類產(chǎn)品精度。本發(fā)明在測量范圍±20um時，精度為±0.2um;測量范 圍在±40um時，精度為±0.4um，適合多品種，高精密柔性生產(chǎn)線的現(xiàn)場測量需求。
【權(quán)利要求】
1.大量程亞微米級高精度氣電轉(zhuǎn)換器，其特征是:包括雙穩(wěn)氣壓測量室(I)、精密信號調(diào)理部(12)及PC機(7);精密信號調(diào)理部由壓電傳感器(2)，精密可調(diào)雙穩(wěn)壓基準(zhǔn)電源(3)，高增益放大器(11)，調(diào)零器(10)，有源濾波器(4)，模擬輸出接口(9)，A/D轉(zhuǎn)換器(5)，單片機(6)，232串行接口(8)組成；所述壓縮空氣進入氣體穩(wěn)壓過濾器，所述氣體穩(wěn)壓過濾器輸出端連接雙穩(wěn)氣壓測量室(I)的輸入端，所述壓縮空氣進入雙穩(wěn)氣壓測量室(I)進行氣壓比較測量，所述雙穩(wěn)氣壓測量室(I)的輸出端連接到壓電傳感器(2)的輸入端，所述精密可調(diào)雙穩(wěn)壓基準(zhǔn)電源(3)的一路電源輸出端連接到壓電傳感器(2)的電源輸入端，所述精密可調(diào)雙穩(wěn)壓基準(zhǔn)電源(3)的另一路電源輸出端連接到調(diào)零器(10)的電源輸入端，所述壓電傳感器(2)的檢測信號輸出端連接到高增益放大器(11)的輸入端，所述高增益放大器 (11)的輸出端連接到調(diào)零器(10)的信號輸入端，所述調(diào)零器(10)的輸出端連接到有源濾波器(4)的輸入端，所述有源濾波器(4)的一路模擬信號輸出端連接到模擬輸出接口(9)的輸入端，所述有源濾波器(4)的另一路模擬信號輸出端連接到A/D轉(zhuǎn)換器(5)輸入端，所述A/D轉(zhuǎn)換器(5)的輸出端連接到單片機(6)的數(shù)字信號輸入端，所述單片機(6)的串行信號輸入/輸出端連接到232串行接口(8)的串行信號輸出/輸入端；所述232串行接口(8)與PC機(7 )相連，PC機(7 )通過232串行接口( 8 )與單片機(6 )進行快速實時通訊，能實時地獲取單片機(6)獲得的氣電轉(zhuǎn)換器的測量值。
2.如權(quán)利要求1所述的大量程亞微米級高精度氣電轉(zhuǎn)換器，其特征是: 所述雙穩(wěn)氣壓測量室(I)由進氣接口( 1-6)，總節(jié)流器(1-5)，第一穩(wěn)壓腔(1-4)，倍率調(diào)整閥(1-3)，第一節(jié)流孔(1-2)，第二節(jié)流孔(1-1)，第二穩(wěn)壓腔(1-10)，調(diào)零機構(gòu)(1-9)，出氣接口(1-8)，基體(1-7)組成；基體(1-7)上部設(shè)有進氣接口(1-6)，進氣接口(1-6)后端設(shè)有總節(jié)流器(1-5)，總節(jié)流器(1-5)下端設(shè)有第一穩(wěn)壓腔(1-4)，總節(jié)流器(1-5)后端設(shè)有倍率調(diào)整閥(1-3)，倍率調(diào)整閥(1-3)后端設(shè)有第一節(jié)流孔(1-2)，第一節(jié)流孔(1-2)后端設(shè)有第二穩(wěn)壓腔(1-10)，第二穩(wěn)壓腔(1-10)后端設(shè)有第一節(jié)流孔(1-1)，基體(1-7)下部設(shè)有出氣接口(1-8)，出氣接口(1-8)后端設(shè)有調(diào)零機構(gòu)(1-9)。
3.如權(quán)利要求1所述的大量程亞微米級高精度氣電轉(zhuǎn)換器，其特征是: 所述模擬輸出接口(9)輸出與被測工件尺寸對應(yīng)的直流電壓信號，范圍為-5VDC~+5VDC。
4.如權(quán)利要求1所述的大量程亞微米級高精度氣電轉(zhuǎn)換器，其特征是: 所述精密可調(diào)雙穩(wěn)壓基準(zhǔn)電源(3)由LM317線性穩(wěn)壓器和兩個TL431精密可調(diào)基準(zhǔn)電源組成；所述LM317線性穩(wěn)壓器(3)腳分別與第一電容(Cl)的一端及第一電阻(Rl)的一端相連；所述第一電容(Cl)的另一端分別依次與第一 TL431可調(diào)基準(zhǔn)電源(3)腳、第三電阻(R3)的一端、第二電容(C2)的一端、第二 TL431可調(diào)基準(zhǔn)電源(3)腳及第三電容(Cl)的一端相連；所述第一 TL431可調(diào)基準(zhǔn)電源(I)腳分別與LM317線性穩(wěn)壓器(I)腳及第一電阻(Rl)的另一端相連；所述LM317線性穩(wěn)壓器(2)腳分別依次與第二電阻(R2)的一端、第二電容(C2)的另一端、第四電阻(R4)的一端及電源(VOl)相連；所述第一 TL431可調(diào)基準(zhǔn)電源(2)腳分別與第二電阻(R2)的另一端及第三電阻(R3)的另一端相連；第三電阻(R3)并接地；所述第二 TL431可調(diào)基準(zhǔn)電源(I)腳分別與第四電阻(R4)的另一端及電源(V02)相連；所述第二 TL431可調(diào)基準(zhǔn)電源(2)腳分別與第四電阻(R4)的另一端及電源(V02)相連；第三電容(Cl)的另一端分別與第二 TL431可調(diào)基準(zhǔn)電源(2)腳、第二 TL431可調(diào)基準(zhǔn)電源(I)腳、第四電阻(R4)`的另一端及電源(V02)相連。
【文檔編號】G01B7/00GK103528490SQ201310541652
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月5日
【發(fā)明者】蔣文郁, 賀黎明 申請人:無錫市邁日機器制造有限公司