大量程亞微米級(jí)高精度氣電轉(zhuǎn)換器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一大量程亞微米級(jí)高精度氣電轉(zhuǎn)換器，其包括雙穩(wěn)氣壓測(cè)量室、精密信號(hào)調(diào)理部及PC機(jī)；氣體穩(wěn)壓過(guò)濾器連接雙穩(wěn)氣壓測(cè)量室，所述雙穩(wěn)氣壓測(cè)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(jī)連接；所述有源濾波器連接模擬輸出接口；所述單片機(jī)連接232串行接口；所述232串行接口連接PC機(jī)，PC機(jī)通過(guò)232串行接口與單片機(jī)進(jìn)行快速實(shí)時(shí)通訊，能實(shí)時(shí)地獲取單片機(jī)獲得的氣電轉(zhuǎn)換器的測(cè)量值。本實(shí)用新型有效提高了轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度；在測(cè)量范圍精度高；測(cè)量范圍在±40um時(shí)，從而適合了多品種、高精密柔性生產(chǎn)線的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量需求。
【專利說(shuō)明】大量程亞微米級(jí)高精度氣電轉(zhuǎn)換器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種轉(zhuǎn)換器，尤其涉及一種大量程亞微米級(jí)高精度氣電轉(zhuǎn)換器?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]氣電轉(zhuǎn)換器可進(jìn)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(cè)量，被廣泛應(yīng)用于汽車零部件，家用空調(diào)/冰箱壓縮機(jī)，軸承及航空航天等高精密零件測(cè)量。已有的氣電轉(zhuǎn)換器精度相對(duì)較低，測(cè)量范圍在±20um時(shí)，精度為0.8um;測(cè)量范圍在±40um時(shí)，精度在1.6um。并且在進(jìn)行多品種，高精度測(cè)量時(shí)，需頻繁調(diào)整測(cè)量線性段倍率，給現(xiàn)場(chǎng)使用和調(diào)整帶來(lái)較大不便，也影響了測(cè)量設(shè)備自身的柔性。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型的目的在于克服上述不足之處，提供一種大量程亞微米級(jí)高精度的氣電轉(zhuǎn)換器，該氣電轉(zhuǎn)換器能提高測(cè)量室氣體的穩(wěn)定性，保證了壓電傳感器測(cè)量值的高精度和穩(wěn)定性。
[0004]按照本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案，大量程亞微米級(jí)高精度氣電轉(zhuǎn)換器包括雙穩(wěn)氣壓測(cè)量室、精密信號(hào)調(diào)理部及PC機(jī)；精密信號(hào)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(jī)，232串行接口組成；所述壓縮空氣進(jìn)入氣體穩(wěn)壓過(guò)濾器，所述氣體穩(wěn)壓過(guò)濾器輸出端連接雙穩(wěn)氣壓測(cè)量室的輸入端，所述壓縮空氣進(jìn)入雙穩(wěn)氣壓測(cè)量室進(jìn)行氣壓比較測(cè)量，所述雙穩(wěn)氣壓測(cè)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(cè)信號(hào)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(hào)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(hào)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(hào)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(jī)的數(shù)字信號(hào)輸入端，所述單片機(jī)的串行信號(hào)輸入/輸出端連接到232串行接口的串行信號(hào)輸出/輸入端；所述232串行接口與PC機(jī)相連，PC機(jī)通過(guò)232串行接口與單片機(jī)進(jìn)行快速實(shí)時(shí)通訊，能實(shí)時(shí)地獲取單片機(jī)獲得的氣電轉(zhuǎn)換器的測(cè)量值。
[0005]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述雙穩(wěn)氣壓測(cè)量室由進(jìn)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(jìn)氣接口，進(jìn)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(jí)高精度氣電轉(zhuǎn)換器，模擬輸出接口輸出與被測(cè)工件尺寸對(duì)應(yīng)的直流電壓信號(hào)，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(gè)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]本實(shí)用新型與己有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0009]本實(shí)用新型是將目前常用的氣電轉(zhuǎn)換器的氣壓比較測(cè)量部分及信號(hào)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(cè)量范圍在±20um時(shí)，精度為±0.2um ;測(cè)量范圍在±40um時(shí)，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(cè)量室可提高測(cè)量室氣體的穩(wěn)定性，保證了壓電傳感器測(cè)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(hào)的噪聲干擾。有源濾波器進(jìn)一步濾除混雜在信號(hào)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(cè)量范圍精度高；測(cè)量范圍在±40um時(shí)，從而適合了多品種、高精密柔性生產(chǎn)線的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量需求。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1是本實(shí)用新型的工作結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖2是本實(shí)用新型雙穩(wěn)壓氣體測(cè)量室的主視圖。
[0012]圖3是本實(shí)用新型精密可調(diào)雙穩(wěn)壓基準(zhǔn)電源的電路連接示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面本實(shí)用新型將結(jié)合附圖中的實(shí)施例作進(jìn)一步描述:
[0014]【具體實(shí)施方式】:如圖1所示:本實(shí)施方式包括雙穩(wěn)氣壓測(cè)量室1、信號(hào)調(diào)理部分12及及PC機(jī)7。所述信號(hào)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 94/1)轉(zhuǎn)換器5，單片機(jī)6，232串行接口 8組成。
[0015]所述壓縮空氣進(jìn)入氣體穩(wěn)壓過(guò)濾器，所述氣體穩(wěn)壓過(guò)濾器輸出端連接雙穩(wěn)氣壓測(cè)量室I的輸入端，所述壓縮空氣進(jìn)入雙穩(wěn)氣壓測(cè)量室I進(jìn)行氣壓比較測(cè)量，所述雙穩(wěn)氣壓測(cè)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(cè)信號(hào)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(hào)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(hào)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(hào)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(jī)6的數(shù)字信號(hào)輸入端，所述單片機(jī)6的串行信號(hào)輸入/輸出端連接到232串行接口 8的串行信號(hào)輸出/輸入端；所述232串行接口 8與PC機(jī)7相連，PC機(jī)7通過(guò)232串行接口 8與單片機(jī)6進(jìn)行快速實(shí)時(shí)通訊，能實(shí)時(shí)地獲取單片機(jī)6獲得的氣電轉(zhuǎn)換器的測(cè)量值。
[0016]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。
[0017]本實(shí)用新型的信號(hào)調(diào)理部分的高增益放大器11的型號(hào)是AD620，A/D轉(zhuǎn)換器5的型號(hào)是ADS1251,單片機(jī)6的型號(hào)是M430F149。氣體穩(wěn)壓過(guò)濾器壓電傳感器2是己有技術(shù)中公知。
[0018]如圖2所示:壓縮空氣進(jìn)氣IN(輸入)、0UT (輸出)、ZER0(調(diào)零)；由進(jìn)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。基體1-7上部設(shè)有進(jìn)氣接口 1_6，進(jìn)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。
[0019]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(gè)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。
[0020]本實(shí)用新型在使用時(shí)，通過(guò)232串行接口 8與PC機(jī)7相連，PC機(jī)7通過(guò)232串行接口 8與單片機(jī)6進(jìn)行快速實(shí)時(shí)通訊，可實(shí)時(shí)地獲取單片機(jī)6獲得的氣電轉(zhuǎn)換器的測(cè)量值。
[0021]所述雙穩(wěn)氣壓測(cè)量室的工作原理是:測(cè)試時(shí)，經(jīng)過(guò)濾穩(wěn)壓后的壓縮空氣進(jìn)入進(jìn)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(duì)被測(cè)工件進(jìn)行測(cè)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(duì)第二穩(wěn)壓腔1-10的壓力進(jìn)行穩(wěn)壓調(diào)節(jié)。壓電傳感器5通過(guò)比較第二穩(wěn)壓腔1-10與出氣接口 1-8的氣壓差來(lái)進(jìn)行精密測(cè)量。倍率調(diào)整閥1-3對(duì)流入出氣接口 1-8的氣體流量進(jìn)行調(diào)節(jié)。調(diào)零閥1-9對(duì)出氣接口 1-8的氣壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0022]本實(shí)用新型壓縮空氣經(jīng)雙穩(wěn)氣壓測(cè)量室比較測(cè)量后，壓電傳感器通過(guò)雙穩(wěn)氣壓測(cè)量室，將氣壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。電信號(hào)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(hào)。模擬直流電壓信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器和單片機(jī)轉(zhuǎn)換為測(cè)量值。本實(shí)用新型采用了獨(dú)特的雙穩(wěn)氣壓測(cè)量室和精密可調(diào)雙穩(wěn)壓基準(zhǔn)電源，實(shí)現(xiàn)了極高精度轉(zhuǎn)換，超過(guò)國(guó)內(nèi)/外同類產(chǎn)品精度。本實(shí)用新型在測(cè)量范圍±20um時(shí)，精度為±0.2um；測(cè)量范圍在±40um時(shí)，精度為±0.4um，適合多品種，高精密柔性生產(chǎn)線的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量需求。
【權(quán)利要求】
1.大量程亞微米級(jí)高精度氣電轉(zhuǎn)換器，其特征是:包括雙穩(wěn)氣壓測(cè)量室(1)、精密信號(hào)調(diào)理部(12)及PC機(jī)(7);精密信號(hào)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(jī)(6)，232串行接口(8)組成；所述壓縮空氣進(jìn)入氣體穩(wěn)壓過(guò)濾器，所述氣體穩(wěn)壓過(guò)濾器輸出端連接雙穩(wěn)氣壓測(cè)量室(1)的輸入端，所述壓縮空氣進(jìn)入雙穩(wěn)氣壓測(cè)量室(1)進(jìn)行氣壓比較測(cè)量，所述雙穩(wěn)氣壓測(cè)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(cè)信號(hào)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(hào)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(hào)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(hào)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(jī)(6)的數(shù)字信號(hào)輸入端，所述單片機(jī)(6)的串行信號(hào)輸入/輸出端連接到232串行接口(8)的串行信號(hào)輸出/輸入端；所述232串行接口(8)與PC機(jī)(7 )相連，PC機(jī)(7 )通過(guò)232串行接口( 8 )與單片機(jī)(6 )進(jìn)行快速實(shí)時(shí)通訊，能實(shí)時(shí)地獲取單片機(jī)(6)獲得的氣電轉(zhuǎn)換器的測(cè)量值。
2.如權(quán)利要求1所述的大量程亞微米級(jí)高精度氣電轉(zhuǎn)換器，其特征是: 所述雙穩(wěn)氣壓測(cè)量室(1)由進(jìn)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(jī)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(jìn)氣接口(1-6)，進(jìn)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(jī)構(gòu)(1-9)。
3.如權(quán)利要求1所述的大量程亞微米級(jí)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(cè)工件尺寸對(duì)應(yīng)的直流電壓信號(hào)，范圍為-5VDC~+5VDC。
4.如權(quán)利要求1所述的大量程亞微米級(jí)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(gè)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(1)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(1)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(R 4)的另一端及電源(V02)相連。
【文檔編號(hào)】G01D5/56GK203561342SQ201320694419
【公開日】2014年4月23日 申請(qǐng)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(qǐng)人:無(wú)錫市邁日機(jī)器制造有限公司