电感传感器数字化测量技术及测量仪器

摘要

随着现代工业化的发展，对小尺寸孔类工件提出精密或超精密加工工艺要求的同时，也对其检测精度提出了更高的要求。如何在工件的内孔加工及检测过程中，对工件孔径进行精确、方便、快速的测量已经成为精密计量领域的一项关键技术，而且对检测的精度要求越来越高。然而，国内大部分厂商生产的还是气动测量仪器，存在数字化和集成化程度低、功能单一、操作不便和对测量结果显示不直观等不足。因此，国内的测量仪器已经不能很好的满足企业的高效率生产的检测要求。
　　本课题针对上面的问题，在分析了电子柱测微仪国内外发展和研究现状的基础上，进行了系统方案总设计。根据检测的需要设计了基于高精度LVDT的电子塞规，及其信号调理电路，然后构造了以C8051F020单片机为核心，CPLD驱动三色LED光柱/数码管双显示装置为架构的电感测微仪，研究了用于电子柱量仪系统的电子塞规测量系统、数字处理系统、电子柱显示等系统，并且完成电子柱结构的设计。
　　为了使软件结构清晰、易于维护和修改，系统软件的编写采用模块化、分层、独立的设计思想，并且在给每个模块设计时都列出了各个任务的程序流程图。系统软件又分为单片机控制系统软件与CPLD驱动模块软件两部分。其中，单片机控制系统软件采用KeilC51语言来开发，CPLD驱动模块程序采用VHDL语言来开发。
　　最后，通过系统硬件和软件共同完成对被测工件尺寸的实时显示，将被测量与预先设定的数值比较，判断后的结果以不同的颜色在LED电子柱条上显示出来。
　　总之，本文并完成了硬件和软件的理论研究工作，并利用仿真软件对相关电路进行仿真分析，通过对仿真结果的比较和分析来验证设计的可行性，为下一步电感测微仪制作打下了良好的基础。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 课题研究的主要内容

1．4 论文结构安排

2 系统总体方案分析与设计

2．1 电感测微仪工作原理

2．2 电感测微仪设计技术指标

2．3 电子塞规测量系统分析与设计

2．4 三色LED电子柱分析与设计

2．5 电感测微仪软件系统分析与设计

2．6 本章小结

3 电子塞规测量系统的研制

3．1 引言

3．2 内尺寸塞规的分析与设计

3．2．1 内尺寸塞规的结构与测量原理

3．2．2 内尺寸塞规的设计

3．3 LVDT传感器的研制

3．3．1 LVDT传感器的工作原理

3．3．2 传感器的分析与设计

3．3．3 基于MAXWELL的仿真分析

3．4 信号调理电路设计

3．4．1 激励信号源电路

3．4．2 差分放大电路

3．4．3 相敏检波电路

3．4．4 低通滤波电路

3．5 电子塞规测量系统的误差分析

3．5．1 电子塞规对工件的偏心误差

3．5．2 电子塞规对工件的倾斜误差

3．5．3 标准件的不确定度引入的误差

3．5．4 传感器的测量误差

3．5．5 其他因素产生的误差

3．5．6 误差合成

3．6 本章小结

4 三色LED电子柱的研制

4．1 引言

4．2 三色LED电子柱的结构设计

4．2．1 建立电子柱模型

4．2．2 电子柱主要参数及功能实现

4．3 单片机的选型及其硬件电路设计

4．3．1 单片机的选型

4．3．2 单片机与CPLD的电路设计

4．3．3 单片机与其它外围接口的电路设计

4．4 CPLD光柱显示驱动模块电路设计

4．4．1 光柱显示原理

4．4．2 光柱显示驱动模块的方案选择

4．4．3 CPLD与外设的驱动模块设计

4．4．4 CPLD外围接口电路设计

4．5 CPLD下载接口电路设计

4．6 系统电源设计及硬件电路抗干扰设计

4．6．1 系统电源设计

4．6．2 硬件电路抗干扰设计

4．7 本章小结

5 电感测微仪软件系统程序设计

5．1 引言

5．2 电感测微仪软件系统概述

5．3 单机片控制系统程序设计

5．3．1 按键与数码管显示模块程序设计

5．3．2 A／D采样模块程序设计

5．3．3 LED电子柱显示模块程序设计

5．3．4 RS-485通讯模块程序设计

5．4 CPLD光柱显示驱动模块程序设计

5．4．1 CPLD开发环境介绍

5．4．2 Quartus Ⅱ设计流程

5．4．3 CPLD驱动模块状态机扫描的设计与实现

5．5 本章小结

6 总结与展望

6．1 总结

6．2 未来工作展望

参考文献

致谢

个人简历、在学校期间发表的学术论文与研究成果