基于數(shù)字位移傳感器的位移測(cè)量系統(tǒng)

摘要：數(shù)字位移傳感器位移測(cè)量系統(tǒng)中的數(shù)字位移傳感器具有高精度、高分辨率和穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，并且系統(tǒng)中SPP轉(zhuǎn)RS 232接口電路，解決上位機(jī)與位置反饋環(huán)節(jié)之間的傳輸距離短的問題。云臺(tái)的一米紅外太陽望遠(yuǎn)鏡終端為了得到清晰的太陽光譜，將采用該位移測(cè)量系統(tǒng)。介紹系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和位移傳感器工作原理，闡述了數(shù)據(jù)采集部分SPP轉(zhuǎn)RS 232接口電路的硬件設(shè)計(jì)和系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，并且進(jìn)行位移測(cè)量實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明。該位移測(cè)量結(jié)果達(dá)到了紅外太陽望遠(yuǎn)鏡主鏡調(diào)焦的精度和實(shí)時(shí)性要求，系統(tǒng)將于2009年年底投入試用。
關(guān)鍵詞：數(shù)字位移傳感器；機(jī)電控制；SPP轉(zhuǎn)RS 232接口；位移測(cè)量

0 引言
在許多計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，并行接口和RS 232串行通用接口是使用最為普遍的兩種標(biāo)準(zhǔn)接口。標(biāo)準(zhǔn)并行接口采用8位數(shù)據(jù)的并行正向傳輸，其特點(diǎn)是傳輸速度快、傳輸距離短。而RS 232串行接口常用于數(shù)據(jù)終端設(shè)備和數(shù)據(jù)通信設(shè)備之間的連接，其特點(diǎn)是傳輸速度相對(duì)較慢，但傳送距離較遠(yuǎn)。
云臺(tái)一米紅外太陽望遠(yuǎn)鏡(以下簡(jiǎn)稱YNST)的主鏡調(diào)焦將采用基于數(shù)字位移傳感器的位移測(cè)量系統(tǒng)，在所提出來的科學(xué)目標(biāo)中，要求主鏡調(diào)焦中M3鏡調(diào)焦范圍為O～20 mm，并且位移測(cè)量值實(shí)時(shí)地顯示在數(shù)顯表或控制軟件上，傳輸速率要求不高，但傳輸距離要在10～15 m。而系統(tǒng)選擇的高精度數(shù)字位移傳感器只提供標(biāo)準(zhǔn)并行接口(standard Parallel Port，SPP)，它與上位機(jī)連接的SPP數(shù)據(jù)傳輸線較短，為此在保證系統(tǒng)反饋環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到系統(tǒng)要求的前提條件下，在上位機(jī)與數(shù)字位移傳感器之間接入SPP轉(zhuǎn)RS 232接口電路，解決傳輸距離短的問題。

1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及位移傳感器工作原理
1．1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，系統(tǒng)主要由上位機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制環(huán)節(jié)和位移反饋環(huán)節(jié)組成。上位機(jī)為至少含有兩個(gè)COM口的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。運(yùn)動(dòng)控制環(huán)節(jié)主要由運(yùn)動(dòng)控制器、驅(qū)動(dòng)器、混合式步進(jìn)電機(jī)和水平機(jī)械運(yùn)動(dòng)裝置組成；位移反饋環(huán)節(jié)主要由帶數(shù)顯表的數(shù)字位移傳感器和SPP轉(zhuǎn)RS 232接口電路組成。數(shù)字位移傳感器型號(hào)為5CB～10C，位移測(cè)量范圍為0～20 mm，數(shù)顯表讀數(shù)范圍為O～19．999 mm，分辨率為1μm，線性度達(dá)到滿量程的0．05％，即精度達(dá)到10μm。

1．2 數(shù)字位移傳感器工作原理
數(shù)字位移傳感器由差動(dòng)變壓器(LVDT)和電測(cè)儀器組成。LVDT是把被測(cè)位移量變換成電信號(hào)的傳感器，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單使用方便、使用壽命長等特點(diǎn)，可直接用于測(cè)量物體間的相對(duì)變位，物體的長度變化。它不但可測(cè)靜態(tài)位移也可測(cè)量動(dòng)態(tài)位移，電測(cè)儀器由電子測(cè)量線路和數(shù)字面板表、A／D轉(zhuǎn)換板組成。A／D轉(zhuǎn)換板有單端16路模擬量輸入，A／D轉(zhuǎn)換位數(shù)為14位，轉(zhuǎn)換速度達(dá)到10μs。LVDT最基本的結(jié)構(gòu)是由在圓柱形骨架上繞有螺旋形的原邊和兩個(gè)付邊繞組所組成的線圈及一可動(dòng)鐵芯構(gòu)成，其原理如圖2所示。