漸開(kāi)線齒輪檢測(cè)儀

1、-作者xxxx-日期xxxx漸開(kāi)線齒輪檢測(cè)儀【精品文檔】單盤式檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)目的單盤式齒形檢查儀的基本原理是利用基圓盤與直尺的相對(duì)運(yùn)動(dòng)-無(wú)滑動(dòng)滾動(dòng),使固定于直尺上的測(cè)頭相對(duì)于基圓盤產(chǎn)生正確的漸開(kāi)線軌跡,通過(guò)與實(shí)際齒形比較得到齒形誤差。由于這類儀器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,尺寸鏈短,能達(dá)到很高的測(cè)量準(zhǔn)確度,因此應(yīng)用廣泛。然而,目前這類齒形檢查儀大多采用千分表讀數(shù),一般只能得到齒形誤差值,難以得到準(zhǔn)確的齒形誤差曲線,從而限制了對(duì)齒形誤差的進(jìn)一步分析,如:不能進(jìn)行齒形形狀誤差和齒形壓力角誤差的分離,并對(duì)齒形誤差進(jìn)行頻譜分析,以尋找加工誤差源, 建立齒輪制造誤差的技術(shù)檔案,實(shí)施制造誤差的微機(jī)化管理與質(zhì)量控制,不能準(zhǔn)確地

2、檢測(cè)諸如修緣齒、凸齒等漸開(kāi)線修形齒輪的齒形誤差,不可避免地存在著人為的讀數(shù)誤差。為此,本文提出了一種基于現(xiàn)有的機(jī)械式單盤齒形檢查儀的微機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)主要內(nèi)容是對(duì)單盤式漸開(kāi)線齒輪檢查儀的機(jī)械式測(cè)量和指針式顯示進(jìn)行改進(jìn)，用傳感器測(cè)量，單片機(jī)進(jìn)行處理顯示的小型檢測(cè)控制系統(tǒng)。設(shè)計(jì)過(guò)程一、序言：齒輪是各種機(jī)械設(shè)備中經(jīng)常用到的一種重要的傳動(dòng)零件。由于科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)的發(fā)展，對(duì)其工作精度的要求也愈來(lái)愈高，為此，對(duì)齒輪這一傳動(dòng)件的設(shè)計(jì)、制造和測(cè)試等提出了更高的要求。由于漸開(kāi)線圓柱齒輪具有許多優(yōu)點(diǎn)，所以，在齒輪傳動(dòng)中用的十分廣泛，因此對(duì)其漸開(kāi)線是否合格的檢測(cè)就顯得很重要，漸開(kāi)線齒輪齒形誤差的測(cè)量對(duì)象是齒輪的齒

3、廓，研究齒輪漸開(kāi)線檢查儀的檢查結(jié)果，對(duì)提高工廠齒輪生產(chǎn)有很大的影響。單盤式檢測(cè)儀的主要優(yōu)點(diǎn)就是它的構(gòu)造比較簡(jiǎn)單，由此得到下列的良好性質(zhì)：（1） 用戶維護(hù)比較方便；（2） 測(cè)量過(guò)程簡(jiǎn)單而且也能達(dá)到預(yù)期的準(zhǔn)確度；（3） 可操作性強(qiáng)，沒(méi)有專業(yè)知識(shí)的工作人員只要略加培訓(xùn)就能獨(dú)自上崗；（4） 操作的安全性與可靠性高。儀器有測(cè)量端：在造作是利用銳角的鋒口。這種測(cè)量端的構(gòu)造使得檢查時(shí)不會(huì)累積漸開(kāi)線的偏差，而當(dāng)它和測(cè)量齒輪接觸時(shí)，能觀察到漸開(kāi)線上任意一點(diǎn)的實(shí)際偏差。這對(duì)齒輪切削工藝的深入分析和研究特別重要，齒輪切削刀具齒形的測(cè)量，普通只能在帶銳角鋒口的測(cè)量端的漸開(kāi)線檢查儀上才有可能。另外，漸開(kāi)線檢查儀不僅適用

4、于齒輪生產(chǎn)上的測(cè)量，而且小心的調(diào)整后，也可用來(lái)測(cè)定測(cè)量用的齒輪切削刀具的齒形。所以，本次設(shè)計(jì)的即是單盤式漸開(kāi)線檢查儀機(jī)構(gòu)及其信號(hào)檢測(cè)。二、總體設(shè)計(jì)思想：齒廓總偏差是由于刀具的制造誤差（如齒廓偏差、壓力角誤差等）和安裝誤差（如刀具在刀桿上的安裝偏心及傾斜），以及機(jī)床傳動(dòng)鏈中短周期誤差等造成。而齒廓總誤差的大小對(duì)一對(duì)齒嚙合過(guò)程中的平穩(wěn)性會(huì)造成很大的影響，故本檢測(cè)儀是針對(duì)檢測(cè)齒廓偏差而設(shè)計(jì)的單盤式檢測(cè)儀。檢查儀機(jī)構(gòu)被測(cè)齒輪放大濾波傳感器 LED顯示采樣保持 AD轉(zhuǎn)換器 單片機(jī)已知被測(cè)齒輪的基本參數(shù)（模數(shù)m，齒數(shù)z等），將其通過(guò)檢查儀機(jī)構(gòu)及角度傳感器檢測(cè)出齒輪圓周每個(gè)齒距長(zhǎng)度齒形偏差所對(duì)應(yīng)的電信號(hào)，通

5、過(guò)放大濾波（濾去高頻噪音）進(jìn)入采樣保持，進(jìn)而進(jìn)入AD轉(zhuǎn)換器量化，最后進(jìn)入單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并將結(jié)果用LED顯示出來(lái)，通過(guò)檢查儀上的千分表人為的進(jìn)行齒形偏差最大、最小值讀數(shù)、量化后，通過(guò)鍵盤輸入到單片機(jī)，通過(guò)調(diào)用處理程序后得出結(jié)果，并與測(cè)得的齒距誤差進(jìn)行比較，得出儀器的誤差最后將其顯示.3、 齒輪漸開(kāi)線檢查儀的基本測(cè)量原理：圖1.1是單盤式漸開(kāi)線檢查儀的原理圖。其中被檢齒輪4與基圓盤6安裝在同一軸5上，而基圓盤的直徑等于被檢齒輪的基圓直徑。尺板1與基圓盤相接觸，當(dāng)按箭頭方向移動(dòng)尺板時(shí)，基圓盤6就與尺板作純滾動(dòng)，這時(shí)被檢齒輪也隨基圓盤一起轉(zhuǎn)動(dòng)，由于基圓盤與尺板之間沒(méi)有滑動(dòng)，所以和尺板相連并與它一

6、起移動(dòng)的測(cè)頭尖端，在與齒輪固連的平面上的運(yùn)動(dòng)軌跡是一條正確的漸開(kāi)線，因此若齒形有誤差就可以在記錄紙3上畫出圖中所示的波紋線來(lái)，若齒形是正確的漸開(kāi)線，則畫出的是一條直線。圖1.1 單盤式漸開(kāi)線檢查儀工作原理單盤式漸開(kāi)線檢查儀示意圖如圖1.2所示。被測(cè)齒輪2與基圓盤1裝在同一軸上，基圓盤直徑等于被測(cè)齒輪的理論基圓直徑，并與裝在托板上的直尺相切，由彈簧產(chǎn)生大約50100N的接觸壓力。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)手輪4通過(guò)絲杠3帶動(dòng)托板5作直線移動(dòng)時(shí)，直尺7便與基圓盤1作純滾動(dòng)，此時(shí)被測(cè)齒輪也隨著轉(zhuǎn)動(dòng)。在托板5上裝有測(cè)量杠桿8，它的一端裝有測(cè)量頭與被測(cè)齒面接觸，其接觸點(diǎn)剛好在直尺7與基圓盤1相切的平面上，杠桿的另一端與指示

7、表6的量桿接觸，并將指示表調(diào)到零位。根據(jù)漸開(kāi)線形成原理，基圓盤與直尺的相對(duì)運(yùn)動(dòng)無(wú)滑動(dòng)滾動(dòng)。當(dāng)直尺與基圓盤按箭頭方向作無(wú)滑動(dòng)滾動(dòng)時(shí)，固定于直尺上的測(cè)頭相對(duì)于基圓盤產(chǎn)生正確的漸開(kāi)線軌跡。圖1.2 單盤式漸開(kāi)線檢查儀示意圖1-基圓盤 2-被測(cè)齒輪 3-絲杠 4、9-手輪 5-托板 6-指示表 7-直尺 8-測(cè)量杠桿若被測(cè)齒形也為理論漸開(kāi)線時(shí)，則在純滾動(dòng)過(guò)程中，指示表指針不動(dòng)；若被測(cè)齒形有誤差，如圖1.3所示，則測(cè)量頭就會(huì)發(fā)生偏移，由指示表讀數(shù)或記錄器畫出誤差曲線。圖1.3 旋轉(zhuǎn)平面上形成1條漸開(kāi)線軌跡,如圖1.4所示。圖1.4 齒輪漸開(kāi)線形成原理假設(shè)此圓就是被測(cè)齒輪的基圓盤,直線就是滑尺板。使儀器的

8、測(cè)量頭位于A 點(diǎn),則當(dāng)基圓盤與滑尺板作無(wú)滑動(dòng)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí), 測(cè)量頭就沿著齒面滑行。此時(shí),若齒形為理論漸開(kāi)線,無(wú)齒形誤差及其它誤差,則測(cè)量頭相對(duì)于A 點(diǎn)靜止不動(dòng),反之,若齒形有誤差,則測(cè)量頭便會(huì)有跳動(dòng), 將被測(cè)齒形與儀器復(fù)現(xiàn)的理論漸開(kāi)線軌跡進(jìn)行比較，從而得出如圖1.3 所示實(shí)際齒形誤差。單盤式漸開(kāi)線檢查儀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)鏈短、調(diào)整比較容易，故其測(cè)量精度較高，可達(dá)4級(jí)。不足之處是每測(cè)一種齒輪要更換一個(gè)與之對(duì)應(yīng)的基圓盤，具體應(yīng)用此種原理的儀器有：瑞士PH60型、日本GC-3H型、蘇聯(lián)MN3型等齒形測(cè)量?jī)x。如圖1.5所示,根據(jù)漸開(kāi)線檢查儀的原理,以被測(cè)齒輪回轉(zhuǎn)軸線為基準(zhǔn),通過(guò)和被測(cè)齒輪同軸的基圓盤在直尺

9、上滾動(dòng),形成理論的漸開(kāi)線軌跡,測(cè)頭的擺動(dòng)形成實(shí)際的漸開(kāi)線軌跡,實(shí)際漸開(kāi)線與理論漸開(kāi)線比較,通過(guò)與測(cè)頭連接的千分表讀出差值?，F(xiàn)在,將千分表拆掉,安裝一個(gè)可測(cè)微小位移的傳感器,齒輪回轉(zhuǎn)軸上安裝一個(gè)角位移傳感器。通過(guò)線位移傳感器感受齒廓偏差,角位移傳感器感受展角。再把傳感器的輸出信號(hào)放大,經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換送入單片機(jī)。通過(guò)軟件程序計(jì)算處理,求得齒廓偏差、齒廓形狀偏差、齒廓傾斜偏差,可用顯示器直接顯示出來(lái)。根據(jù)需要,外接一臺(tái)打印機(jī),可將齒形輪廓線打印出來(lái),作進(jìn)一步的分析。圖1.5 漸開(kāi)線檢查儀改造方案圖4、 滾珠絲杠副的計(jì)算：1、 初步確定滾珠絲杠副的參數(shù)（1） 滾珠直徑取5mm 滾珠直徑（2） 初步確定螺旋

10、升角和公稱直徑 取絲杠傳動(dòng)效率為95%,取 ，得 而 則求出： 查表取為2、 主要參數(shù)的確定：（1） 滾珠絲杠副可承受的最大軸向力【1】不發(fā)生彎曲變形時(shí)，絲杠可承受的最大軸向力 式中：為支撐系數(shù)，取 為材料的縱向彈性模量 為絲杠的最小斷面慣性矩 為滾珠絲杠螺紋底徑， 為支撐長(zhǎng)度取 將上述數(shù)據(jù)代入1式，可得; 按計(jì)算結(jié)果的60%確定無(wú)用軸向力P （2） 臨界轉(zhuǎn)速的確定【1】計(jì)算方法： Lb為支撐長(zhǎng)度取600mm g為重力加速度（/s） A為絲杠最小截面積將常數(shù)代入，得臨界速度為 按計(jì)算結(jié)果的80%確定臨界轉(zhuǎn)速故臨界轉(zhuǎn)速為3440*0.8=2752r/min【2】臨界轉(zhuǎn)速還要滿足 即綜上，臨界轉(zhuǎn)速

11、?。?） 滾珠絲杠副的剛性：【1】絲杠的剛性因?yàn)闄C(jī)構(gòu)中的絲杠為一端固定，一端自由，絲杠的剛度代入相關(guān)數(shù)值可得;【2】滾珠絲杠、螺母間的預(yù)加負(fù)荷FP為了消除軸向間隙，增加滾珠絲杠副的剛性和定位精度，在絲杠螺母間加以預(yù)加負(fù)荷FP。過(guò)大的FP值將引起滾珠絲杠副壽命下降及摩擦力矩增大，而FP過(guò)小，會(huì)出現(xiàn)軸向間隙，影響定位精度，因此在一般情況下：取 Fp=Fm/3 試中:Fp-預(yù)加載荷；Fm-當(dāng)量載荷（N）；當(dāng)軸向載荷不能確定時(shí)取Fp=Ca/(8-10)【3】對(duì)預(yù)拉但滾珠絲杠副的行程補(bǔ)償值C和預(yù)拉伸力FPL為補(bǔ)償因工作溫度升高而引起的絲杠伸長(zhǎng)，保證滾珠絲杠在正常使用時(shí)的定位精度和滾珠絲杠的系統(tǒng)剛度要求較

12、高的高精度滾珠絲杠副，其絲杠軸需進(jìn)行預(yù)加負(fù)荷拉伸。3、 滾珠絲杠副壽命的計(jì)算 （1）在軸向負(fù)荷下的壽命計(jì)算查表其動(dòng)載荷壽命轉(zhuǎn)數(shù)其中為一定工作條件下餓負(fù)荷系數(shù)，取1代入得：轉(zhuǎn)（2） 在一定轉(zhuǎn)速下的壽命時(shí)間其中為轉(zhuǎn)速取，代入得：（3） 在達(dá)到回轉(zhuǎn)距離時(shí)的運(yùn)行壽命其中，為導(dǎo)程代入得： 五、齒輪漸開(kāi)線檢查儀機(jī)構(gòu)誤差分析與計(jì)算：【1】在儀器工作時(shí)，必須小心精細(xì)的處理:沒(méi)有震動(dòng)、沖擊、顛簸、受大力等。在儀器零件的工作表面不應(yīng)有微小打擊，毛刺等。假若發(fā)現(xiàn)這些情況，則應(yīng)用正確的方法消除。 影響儀器示值準(zhǔn)確度的主要原因有下列幾點(diǎn)：1、 影響圓盤直徑對(duì)理論尺寸的偏差；2、 測(cè)量端的工作點(diǎn)和直尺的工作面不相重合；3

13、、 被檢測(cè)齒輪的軸線和接觸基圓盤的軸線不相重合；4、 儀器連接件可動(dòng)和固定件之間的間隙?！?】求基圓盤與主動(dòng)板運(yùn)動(dòng)副的作用誤差（1）引起的作用誤差 那么，這項(xiàng)誤差的最大值為（2） 引起的作用誤差 顯然基圓盤半徑同樣可以轉(zhuǎn)化成瞬時(shí)臂誤差,則引起的誤差為： 該運(yùn)動(dòng)副上的作用誤差為; 【3】求直尺與測(cè)量托板運(yùn)動(dòng)副的作用誤差直尺直線度所引起的作用誤差，顯然，它所引起的誤差為總之，設(shè)計(jì)齒輪跡線是一條直線，（它表示理論漸開(kāi)線）。如果實(shí)際被測(cè)齒廓為理論漸開(kāi)線，則在測(cè)量過(guò)程中測(cè)量杠桿側(cè)頭的位移為0，齒廓偏差記錄圖形是一條直線。當(dāng)被測(cè)齒廓存在齒廓偏差時(shí)，則齒廓偏差記錄圖形是一條不規(guī)則的曲線。按坐標(biāo)方向，最小限度

14、的包容這條不規(guī)則曲線的兩條設(shè)計(jì)齒廓跡線之間的距離所代表的數(shù)值，即為齒廓總偏差的數(shù)值。評(píng)定齒輪傳動(dòng)平穩(wěn)性的精度時(shí)，應(yīng)在被測(cè)齒輪圓周上測(cè)量均勻分布的三個(gè)輪齒或更多的輪齒左、右齒面的齒廓總偏差，去其中最大值作為評(píng)定值，如果不大于齒廓總公差，則表示合格六、傳感器的選擇：檢查齒廓偏差實(shí)際上就是檢查齒面上各點(diǎn)的展開(kāi)長(zhǎng)度是否等于理論展開(kāi)長(zhǎng)度。理論展開(kāi)長(zhǎng)度等于基圓半徑與展開(kāi)角的乘積。無(wú)論是用逐點(diǎn)展開(kāi)法測(cè)量漸開(kāi)線齒形，還是用漸開(kāi)線儀器測(cè)量齒形，都是測(cè)齒形上各點(diǎn)實(shí)際展開(kāi)長(zhǎng)度與理論展開(kāi)長(zhǎng)度的差值。因此，在測(cè)量過(guò)程中，選擇測(cè)量角度的傳感器，用于測(cè)量展開(kāi)角的大小；選擇測(cè)量位移的傳感器，用于測(cè)量齒形誤差；考慮到改進(jìn)后的檢

15、查儀的對(duì)準(zhǔn)問(wèn)題以及基圓盤與尺板之間的力的控制，所以應(yīng)該再選擇一個(gè)傳感器用于測(cè)量基圓盤與尺板接觸力的大小。【一】角度傳感器的選擇由于測(cè)量角度的傳感器很多，而杠桿本身的擺動(dòng)是很小的，若采用力矩式，會(huì)由于負(fù)載的運(yùn)動(dòng)慣性及自身的運(yùn)動(dòng)不穩(wěn)定性而影響到杠桿的擺動(dòng)，進(jìn)而會(huì)導(dǎo)致測(cè)量的誤差增大。若采用編碼盤，則杠桿本身的擺動(dòng)小就要求編碼器的編碼足夠精細(xì)，則會(huì)提高檢測(cè)儀的成本，從經(jīng)濟(jì)性角度考慮是不符合要求的。進(jìn)一步分析，則發(fā)現(xiàn)，采用差動(dòng)式電感傳感器測(cè)杠桿的擺角（即傾斜角度傳感器）在經(jīng)濟(jì)性、可行性、精度等方面有很大的優(yōu)勢(shì)，故本檢測(cè)儀的傳感器采用傾斜角度擺角傳感器。傳感器測(cè)量原理：圖2中1為E型鐵芯，2為能做角位移的

16、銜鐵。 和 分別為左右電感線圈。和 分別為左極和右極與銜鐵的原始?xì)庀丁?為銜鐵平面與E型鐵芯端面的夾角，3為擺錘，4為軸承。當(dāng)2當(dāng)傳感器基準(zhǔn)面傾斜角度時(shí)，那么由于擺錘的重力作用 使銜鐵亦產(chǎn)生n角位移。此時(shí)由于 角的存在，致使左右電感線圈的氣隙分別產(chǎn)生和的增量其值用下式計(jì)算： 因?yàn)闉楹苄〉慕嵌?，所?為 式中 ： 銜鐵有效平均半徑mm 銜鐵角位移，或稱傾斜角度rad 銜鐵平面與E型鐵芯端面之夾角rad從而得到傾斜角度傳感器的輸出特性： 設(shè) 設(shè)電感線圈 那么傳感器的電壓靈敏度為 傳感器的電壓靈敏度 與電橋電壓銜鐵半徑 及銜鐵傾角 成正比 ，與原始空氣隙成反比。顯而易見(jiàn)，電橋輸出電壓與傾斜角度成單值

17、函數(shù)關(guān)系。擺式傾斜角度傳感器設(shè)計(jì)(1) 電感線圈設(shè)計(jì)如圖3所示， 圖3 原理圖鐵芯采用E型在兩邊磁極繞有線圈 和，其電感量L為 式中: 0-真空磁導(dǎo)率 W- 線圈匝數(shù) L-磁路長(zhǎng)度 S-過(guò)磁通面積 -鐵芯材料的磁導(dǎo)率 0 -原始空氣隙 S0-氣隙過(guò)磁通面積當(dāng)原始?xì)庀陡淖儠r(shí)(中問(wèn)磁極的平均氣隙并未發(fā)生改變)，此時(shí)電感的相對(duì)增量為 因?yàn)殍F芯材料的 且 ，上式可近似寫成 例如：電感的相對(duì)增量L=3%0.003%時(shí)對(duì)應(yīng)的相對(duì)氣隙增量=0O6O00006。通常設(shè)計(jì)=05mm那么氣隙的變化范圍為30- 003；對(duì)應(yīng)的傾斜角變化范圍為± (5度20分)。應(yīng)該指出在一般情況下中間磁極不會(huì)因磁場(chǎng)強(qiáng)度較

18、大而飽和。為保證兩個(gè)電感線圈初始電感量、銅電阻相等除保證線圈參數(shù)的一致性、鐵芯磁特性的均勻性以外，還要求E型鐵芯的磁極端面有很高的平面度，電感線圈的具體設(shè)計(jì)與計(jì)算不做具體介紹。將該檢查儀的杠桿部分做成長(zhǎng)寬固定的具有導(dǎo)磁作用的長(zhǎng)方體，且其質(zhì)量要求要輕。并將測(cè)角傳感器的E型磁鐵按圖（3）固定。之后即可通過(guò)測(cè)得的電壓值去求得擺角，進(jìn)而求得漸開(kāi)線齒輪的齒廓偏差。杠桿擺角與齒廓偏差之間的關(guān)系： 式中：R杠桿的有效轉(zhuǎn)動(dòng)桿長(zhǎng)基圓半徑【二】位移傳感器的選擇根據(jù)漸開(kāi)線檢查儀的技術(shù)參數(shù)可知，該檢查儀能測(cè)量的齒輪直徑為60240mm，模數(shù)為110mm。查GB/T10095.1-2001標(biāo)準(zhǔn)中表2.1可得相應(yīng)的齒廓公

19、差為0.1。所以測(cè)頭的擺動(dòng)范圍至少為±?？紤]到不合格齒輪的偏差會(huì)超出這個(gè)范圍，所以取±為測(cè)頭的實(shí)際擺動(dòng)范圍。根據(jù)這個(gè)值可選擇量程合適的線位移傳感器。通過(guò)查表分析確定了直流差動(dòng)變壓器式位移傳感器LVDT-1。使用時(shí)只要把LVDT-1的殼體夾在參照物上,調(diào)節(jié)傳感器測(cè)頭在測(cè)桿頂?shù)谋粶y(cè)點(diǎn)上,就可以直接將位移變化量±轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷旱淖兓?#177;。圖4 差動(dòng)變壓器等效電路其中： ， ， ， ；所以：差動(dòng)變壓器輸出電壓的有效值：（1）銜鐵位于中間位置（2）當(dāng)銜鐵上移 ，與E2a同相（3）當(dāng)銜鐵下移，與E2b同相當(dāng)初級(jí)線圈參數(shù)和激磁電壓確定后，變壓器輸出由M決定。在一定范圍內(nèi)，

20、M與鐵芯位移近似成線性關(guān)系，差動(dòng)變壓器的線性范圍約為骨架長(zhǎng)度的1/101/4?！救繅毫鞲衅鞯倪x擇由于選用壓力傳感器只是用來(lái)測(cè)量尺板與基圓盤接觸時(shí)的壓力大小，因此要在接觸點(diǎn)安裝一個(gè)壓力應(yīng)變片 ?？紤]到正常的測(cè)量過(guò)程中，確保測(cè)量的正確性，壓力有一個(gè)范圍，而這個(gè)范圍需要用試驗(yàn)的方法確定，而實(shí)際條件有限，故不作具體的介紹。七、放大及濾波電路如圖4所示：從傳感器出來(lái)的電壓經(jīng)過(guò)整流后輸出，緊接著，采用濾波器消除噪音引號(hào)后，在對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大。因?yàn)楸緳z測(cè)儀的側(cè)頭在齒廓偏差大時(shí)存在不同程度的高頻噪音，它會(huì)影響傳感器的電感部分進(jìn)而對(duì)后續(xù)的處理產(chǎn)生影響。故需要在采集信號(hào)之前對(duì)它進(jìn)行低通濾波，濾去高頻信號(hào)，減弱或

21、者消除它對(duì)信號(hào)測(cè)量的影響。放大器采用儀用放大器。儀用放大器是一種高性能的放大器，其對(duì)稱性結(jié)構(gòu)可同時(shí)滿足對(duì)放大器的抗模干擾能力、輸入阻抗、閉環(huán)增益的時(shí)間和溫度穩(wěn)定性等不同的性能要求。它由三個(gè)通用運(yùn)算放大器構(gòu)成，第一級(jí)為兩個(gè)對(duì)稱的同相放大器，第二級(jí)是一個(gè)差動(dòng)放大器。圖5 儀用放大器設(shè)電路中電阻R4、R5、R6、R7的偏差均為，考慮最嚴(yán)重的情況，即R4=R40(1+)、R5=R50(1+)、R6=R60(1+)、R7=R70(1+)，且R40=R60,R50=R70,這里，R40、R50、R60、R70分別表示電阻R4、R5、R6、R7的名義值，則該放大電路輸出的共模增益為：其中，儀用放大器上下對(duì)稱

22、，即圖中R1=R2,R4=R6,R5=R7.可以退出儀用放大器的閉環(huán)增益為： 假設(shè)R4=R5,即第二級(jí)運(yùn)算放大器增益為1，則可以推出一用放大器閉環(huán)增益為 由上式可知，通過(guò)調(diào)節(jié)電阻,可以很方便地改變易用放大器的閉環(huán)增益。當(dāng)采用集成儀用放大器時(shí)，一般為外接電阻。在設(shè)計(jì)中我們假定為定值，且為已知量。八、采樣保持電路的設(shè)計(jì)：圖5 采樣保持電路采樣保持器是具有采集某一瞬間的模擬輸入信號(hào)，并保持其值的功能。在采樣狀態(tài)下：電路的輸出跟蹤輸入模擬信號(hào)；在保持狀態(tài)下：電路的輸出保持采樣結(jié)束時(shí)刻的瞬時(shí)模擬輸入信號(hào)，直至進(jìn)入下一次采樣狀態(tài)為止。開(kāi)關(guān)的閉合與斷開(kāi)可以有微機(jī)控制：Uc=1，S閉合：Uo=ui,輸出跟隨輸

23、入變化。并向電容C充電。Uc=0，S斷開(kāi)：Uc保持?jǐn)嚅_(kāi)瞬間的輸入信號(hào)。模擬信號(hào)采樣如下圖6所示：圖6 為了使所采集的信號(hào)能夠正確反映輸入模擬信號(hào)，除保證采樣/保持器精度要求外，還必須符合采樣定理，即若被采樣的信號(hào)f(t)的最高頻率為fmax， 為了復(fù)現(xiàn)該波形，必須要求采樣間隔小于1/(2fmax). 也就是說(shuō)采樣頻率fs大于模擬信號(hào)中最高頻率的2倍， 這便是采樣定理的要求。如果采樣保持器的孔徑時(shí)間，則限定的被轉(zhuǎn)化信號(hào)的最高頻率為： 式中m為后續(xù)ADC的位數(shù)典型的，而信號(hào)經(jīng)過(guò)放大濾波后的最大頻率為：,即有 從而求出m值：（即之后只要選8位ADC即可滿足要求）九、單片機(jī)及ADC的設(shè)計(jì)利用單片機(jī)對(duì)該

24、檢測(cè)儀測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理顯示，是比較廉價(jià)，而且能滿足要求，單片機(jī)采用80C51,因?yàn)槠涫且环N低功耗/DIDIANYA 、高性能的8位處理器。它采用了CMOS工藝和高密度非易失存儲(chǔ)器技術(shù)，而且其引腳和指令系統(tǒng)都與MCS-51兼容，還具有功能強(qiáng)、靈活性高等優(yōu)點(diǎn)。由上面可知，ADC采用8位的就能滿足要求，而且，被測(cè)量只有一個(gè)，只需要一路模擬量輸入。故可以采用使用比較廣泛，且技術(shù)比較成熟的AD574A。AD574A是一種逐次逼近式ADC，且具有轉(zhuǎn)換速度快，精度較高，價(jià)格適中的優(yōu)點(diǎn)。單片機(jī)與AD574A的連接如圖7所示；無(wú)論是啟動(dòng)轉(zhuǎn)換還是讀轉(zhuǎn)換結(jié)果，都要保證CE為高電平，故8051的RD、WR信號(hào)通過(guò)與

25、非門后與AD574A的CE端相連。轉(zhuǎn)換結(jié)果分高8位和低4位與8051的8位數(shù)據(jù)線相連，故12/8接地。這樣對(duì)地址A7-A0=0×××××00進(jìn)行寫操作時(shí)，啟動(dòng)一次12位轉(zhuǎn)換；對(duì)地址A7-A0=0×××××10進(jìn)行寫操作時(shí)，啟動(dòng)一次8位轉(zhuǎn)換；對(duì)地址A7-A0=0×××××01進(jìn)行讀操作時(shí)，讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果高8位；對(duì)地址A7-A0=0×××××11進(jìn)行讀操作時(shí)，讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果低4位。本設(shè)計(jì)中只需要8位轉(zhuǎn)換器

26、就能滿足要求，故只要連接高8位。圖7因?yàn)楸巨D(zhuǎn)換器只有一路模擬輸入信號(hào)，故在電路連接時(shí)，將輸入信號(hào)連接到10Vin，并把12/8接口連接到地。而且測(cè)量過(guò)程中要求正負(fù)信號(hào)都要測(cè)，故為了滿足要求，要求AD574A為雙極性輸入，故接線圖如上圖所示。AD574控制狀態(tài)表如下：AD574控制狀態(tài)表十、實(shí)驗(yàn)程序及流程圖系統(tǒng)程序總結(jié)構(gòu)如圖8所示。由圖8可見(jiàn)整個(gè)程序由主程序流程和相應(yīng)配套的子程序構(gòu)成。主流程由系統(tǒng)初始化、鍵盤掃描控制等部分組成。子程序包括A /D轉(zhuǎn)換、數(shù)值計(jì)算、顯示驅(qū)動(dòng)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)保存等子程序組成。開(kāi)始SP指針賦值初始化置中斷狀態(tài)SETB IT0 ；SETB EA；SETB EX0是否有鍵輸

27、入鍵值是否為0啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，同時(shí)LED顯示輸入電壓YNYLED顯示P鍵值是否為1AD轉(zhuǎn)換停止NYLED顯示EERORN圖8系統(tǒng)主程序流程圖初始化將AD574的/CS置0，啟動(dòng)AD執(zhí)行INT_0將B中的數(shù)值除以51，商送LED顯示（整數(shù)部分）將余數(shù)除以5，商送LED顯示（小數(shù)點(diǎn)后第一位）將余數(shù)左移1位，結(jié)果送LED顯示（小數(shù)點(diǎn)后第二位）是否有鍵輸入鍵值是否為0啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，同時(shí)LED顯示輸入電壓YNY鍵值是否為1AD轉(zhuǎn)換停止NYLED顯示EERORN開(kāi)始圖9 AD轉(zhuǎn)換子程序流程圖保存現(xiàn)場(chǎng)置顯示起始地址為80H（RAM地址不自動(dòng)加1）設(shè)定顯示位置（80H+R4）查表（表起始位置+R5）顯示數(shù)據(jù)

28、恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)始結(jié)束圖10 LED顯示子程序流程圖該系統(tǒng)的程序采用C語(yǔ)言編程，其完成的主要功能有：A/D轉(zhuǎn)換，數(shù)值顯示。因?yàn)樵跍y(cè)量時(shí)傳感器出來(lái)的數(shù)據(jù)就是實(shí)際的齒形誤差的數(shù)值，因此可以直接顯示。程序清單如下所示： #include<reg51.h>#include<intrins.h>#include<absacc.h>#define PORT1 P2#define PORT2 P1#define uint unsigned int#define uchar unsigned charsbit CS1=P00;sbit CLK1=P01;sbit DO1=P02;

29、sbit CS2=P06;sbit CLK2=P05;sbit DO2=P04;sbit a0=P30; sbit a1=P31;uchar code Num=0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82, 0xF8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xC6,0x0A1,0x86,0x8E,;uchar dat10,dat11,data12,data13,dat20,dat21,data22,data23;uchar ad_conv1(void) /AD轉(zhuǎn)換uchar i,com1;CS1=1;CLK1=0;_nop_();_nop_();CS1=0;_nop_

30、();_nop_(); CLK1=1;_nop_();_nop_();CLK1=0;_nop_();_nop_();CLK1=1;_nop_();_nop_();for(i=8;i>0;i-)CLK1=0;com1<<=1;if(DO1)com1=com1|0x01;CLK1=1;_nop_(); _nop_();CS1=1;return com1;uchar ad_conv2(void) /AD轉(zhuǎn)換uchar i,com2;CS2=1;CLK2=0;_nop_();_nop_();CS2=0;_nop_();_nop_(); CLK2=1;_nop_();_nop_();CLK2=0;_nop_();_nop_();CLK2=1;_nop_();_nop_();for(i=8;i>0;i-)CLK2=0;com2<<=1;if(DO2)com2=com2|0x01;CLK2=1;_nop_(); _nop_();CS2=1;return com2;void delay(void) /定時(shí)延時(shí)函數(shù)uint i,j;for(i=20;i>0;i-) for(j=100;j>0;j-);void display(void) /定義顯示函數(shù)a0=0; /選中第一個(gè)數(shù)碼管PORT1=Numdat10; /將要顯示的數(shù)據(jù)送到P1口PORT