基于數(shù)字位移傳感器的位移測量系統(tǒng)

摘要：數(shù)字位移傳感器位移測量系統(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)行位移測量實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明。該位移測量結(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)是傳輸速度相對較慢，但傳送距離較遠(yuǎn)。
云臺一米紅外太陽望遠(yuǎn)鏡(以下簡稱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，并且位移測量值實(shí)時地顯示在數(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COM口的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。運(yùn)動控制環(huán)節(jié)主要由運(yùn)動控制器、驅(qū)動器、混合式步進(jìn)電機(jī)和水平機(jī)械運(yùn)動裝置組成；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)字位移傳感器型號為5CB～10C，位移測量范圍為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變壓器(LVDT)和電測儀器組成。LVDT是把被測位移量變換成電信號的傳感器，它具有結(jié)構(gòu)簡單使用方便、使用壽命長等特點(diǎn)，可直接用于測量物體間的相對變位，物體的長度變化。它不但可測靜態(tài)位移也可測量動態(tài)位移，電測儀器由電子測量線路和數(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付邊繞組所組成的線圈及一可動鐵芯構(gòu)成，其原理如圖2所示。