表面粗糙度測(cè)量系統(tǒng)

1、精密儀器專業(yè)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 姓 名： 學(xué) 號(hào)：U200910840 班 級(jí)：測(cè)控0903班 指導(dǎo)老師：2013年3月22日目錄一、需求分析 .21、設(shè)計(jì)題目 .22、粗糙度定義 .23、系統(tǒng)性能要求 .2二、設(shè)計(jì)方案及原理 41、系統(tǒng)原理 .42、系統(tǒng)分析 .53、系統(tǒng)說(shuō)明 .5三、傳感器選型 .6四、系統(tǒng)工作臺(tái)設(shè)計(jì) .71、導(dǎo)軌及支承結(jié)構(gòu)選型 .72、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)選型 .93、電機(jī)選型 114、光柵尺選型 135、限位開(kāi)關(guān)選型 146、工作臺(tái)精度分析 .15五、信號(hào)處理電路設(shè)計(jì) .171、 正弦波發(fā)生器 172、 信號(hào)跟隨及反相電路 193、比較器電路 .194、信號(hào)輸入及帶通濾波電路 .205

2、、相敏檢波電路 .216、低通濾波電路 .227、工頻陷波電路 .22六、設(shè)計(jì)不足及可擴(kuò)展之處 .24七、總結(jié) .26附錄 參考文獻(xiàn) .27一、需求分析1、設(shè)計(jì)題目二維表面粗糙度自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)2、粗糙度定義表面粗糙度是指加工表面上具有的較小間距和峰谷所組成的微觀幾何形狀特性，一般是由所采用的加工方法或其它外部因素造成，它是評(píng)定機(jī)械零件表面質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。根據(jù)定義，非切削加方法所獲得的表面微觀幾何形狀特性屬于表面粗糙度的范疇，但是，零件表面的物理特性(如表面應(yīng)力、硬度、光亮程度、顏色及斑紋等)和表面缺陷(如硬傷、劃傷、裂紋、毛刺、砂眼及鼓包等)則不屬于表面粗糙度的范疇。零件表面粗糙度的形成，首

3、先要受加工方法的影響。這是因?yàn)榱慵砻娴拇植诙?，主要?lái)自金屬被加工時(shí)切削工具的切削刀刃在其上留下的切削痕跡。不同的加工方法、機(jī)床的精度、振動(dòng)及調(diào)整狀況、工件的裝夾、塑性變形和刀具與工件之間的摩擦、操作技術(shù)以及加工環(huán)境的溫度、振動(dòng)等主要因素，都會(huì)不同程度地直接影響零件加工表面的粗糙度。綜上所述，切削加工方法不同，所得的零件加工表面粗糙度也不同。由于表面粗糙度是在切削加工過(guò)程中上述諸種因素共同作用的結(jié)果，而且這些因素的作用過(guò)程是極其復(fù)雜和不斷變化的，因此，即使采用一種加工方法，在同樣的切削條件下，加工出同一批零件，甚至同一零件的同一表面上的不同部位，所得的表面粗糙度也不盡相同。3、系統(tǒng)性能要求1&

4、gt;工作臺(tái)運(yùn)行范圍25mm；2>運(yùn)行速度：最大達(dá)1mm/s；3>工作臺(tái)定位分辨率<0.002mm；4>垂直分辨率：+-0.01um；5>測(cè)量范圍Ra：+-100um；6>測(cè)量精度<2%。 二、設(shè)計(jì)方案及原理本設(shè)計(jì)擬采用電感傳感器，觸針掃描則由工作臺(tái)帶動(dòng)工件相對(duì)觸針運(yùn)動(dòng)的方式。觸針式輪廓儀是最廣泛使用的接觸式測(cè)量?jī)x，典型產(chǎn)品是英國(guó)RanklaylorHobson公司的Taylor Surf和Nanosurf等系列輪廓儀。它們一般采用金剛石探針，通過(guò)驅(qū)動(dòng)桿控制探針沿著工件表面作上下往復(fù)的運(yùn)動(dòng)，從而正確地反映被測(cè)表面的實(shí)際輪廓曲線。它的優(yōu)點(diǎn)是:分辨率高、測(cè)

5、量范圍大、結(jié)果穩(wěn)定可靠、重復(fù)性好，其橫向和縱向分辨率分別為20nm和0.01um。此外它還作為其它粗糙度測(cè)量技術(shù)的對(duì)比方法。目前正在對(duì)觸針的形狀、大小、接觸力、觸針動(dòng)態(tài)特性以及儀器智能化等方面加以不斷完善。其最大缺點(diǎn)為:探針常常會(huì)劃傷被測(cè)表面。因此，這類觸針式表面輪廓儀對(duì)輕金屬、塑料以及超精加工表面等都不適用。1、系統(tǒng)原理圖2.1表面粗糙度是指加工表面上具有較小間距和峰谷所組成的微觀幾何形狀特性。它主要是由所采用的加工方法形成的，如在切削過(guò)程中工件加工表面上刀具痕跡以及切削撕裂時(shí)的材料塑性變形等。二維表面粗糙度測(cè)量系統(tǒng)組成方框圖如圖所示，其工作情況如下：表面粗糙度測(cè)量?jī)x測(cè)量工件表面粗糙度時(shí)，將

6、傳感器放置在被測(cè)表面上。接通電源后，由內(nèi)置驅(qū)動(dòng)電機(jī)推動(dòng)工作臺(tái)以某一恒定的速度直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，傳感器觸針對(duì)工件表面掃描并隨著工件表面的圍觀起伏問(wèn)作上下運(yùn)動(dòng)，此時(shí)傳感器的內(nèi)部感應(yīng)線圈的感應(yīng)電量發(fā)生變化，觸針的運(yùn)動(dòng)由傳感器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，從而在相敏整流器的輸出端產(chǎn)生與被測(cè)表面粗糙度成比例的模擬信號(hào)，再經(jīng)測(cè)微放大和預(yù)處理電路后，由計(jì)算機(jī)分析處理即可得到工件表面粗糙度參數(shù)值并予以輸出。2、系統(tǒng)分析表面粗糙度測(cè)量系統(tǒng)各環(huán)節(jié)中由工作臺(tái)的直線運(yùn)動(dòng)形成粗糙度的測(cè)量基準(zhǔn)，由傳感器實(shí)現(xiàn)被測(cè)信息的拾取和轉(zhuǎn)換成信號(hào)，由信號(hào)處理電路完成信號(hào)的放大和預(yù)處理，由信號(hào)采集電路將被測(cè)對(duì)象轉(zhuǎn)化為一系列的數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)則實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析和

7、參數(shù)評(píng)定。這些環(huán)節(jié)缺一不可，其中最為關(guān)鍵則是傳感器，傳感器的特性和可靠性直接左右整個(gè)系統(tǒng)的性能和可靠性：工作臺(tái)的運(yùn)行精度包括定位精度也是至關(guān)重要的，沒(méi)有好的測(cè)量基準(zhǔn)，測(cè)量同樣是不可靠的；信號(hào)處理和采集電路則需要保證信息的不失真，不丟失；計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理則需要評(píng)定原則與統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)相一致。3、系統(tǒng)說(shuō)明對(duì)于這個(gè)系統(tǒng)而言，精度是它最基本也是最重要的要求，本設(shè)計(jì)中應(yīng)從進(jìn)一步改善工作臺(tái)的工作特性和運(yùn)行精度，傳感器的線性范圍和穩(wěn)定性以及信號(hào)處理電路的集成化，簡(jiǎn)化、分析處理軟件等幾個(gè)方面著手，從而達(dá)到設(shè)計(jì)要求。最后還要對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行誤差分析。針描法測(cè)量技術(shù)的準(zhǔn)確度，不僅與觸針尖端的半徑有關(guān)，而且與觸針的測(cè)量力有關(guān)

8、。為使觸針與被測(cè)表面可靠接觸，還需要有一定的測(cè)量力。測(cè)量力太小，不能保證觸針和被測(cè)表面有效接觸，而且觸針劃過(guò)的速度受到限制，速度太快，容易產(chǎn)生觸針脫開(kāi)的現(xiàn)象;測(cè)量力太大，則表面接觸力很大，將會(huì)劃傷表面，也會(huì)影響測(cè)量的應(yīng)用范圍。系統(tǒng)組成1）傳感器2）一維精密工作臺(tái) 3）信號(hào)處理電路 4）接口電路5）信號(hào)處理軟件三、傳感器選型根據(jù)粗糙度測(cè)量輸出小的特征，本系統(tǒng)選用互感式電感傳感器。電感式傳感器是利用電磁感應(yīng)把被測(cè)的物理量如位移，壓力，流量，振動(dòng)等轉(zhuǎn)換成線圈的自感系數(shù)和互感系數(shù)的變化，再由電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化量輸出，實(shí)現(xiàn)非電量到電量的轉(zhuǎn)換。如下圖所示為電感傳感器，由鐵心和線圈構(gòu)成的將直線或角位

9、移的變化轉(zhuǎn)換為線圈電感量變化的傳感器，又稱電感式位移傳感器。這種傳感器的線圈匝數(shù)和材料導(dǎo)磁系數(shù)都是一定的，其電感量的變化是由于位移輸入量導(dǎo)致線圈磁路的幾何尺寸變化而引起的。當(dāng)把線圈接入測(cè)量電路并接通激勵(lì)電源時(shí)，就可獲得正比于位移輸入量的電壓或電流輸出。電感式傳感器的特點(diǎn)是：無(wú)活動(dòng)觸點(diǎn)、可靠度高、壽命長(zhǎng)；分辨率高；靈敏度高；線性度高、重復(fù)性好；測(cè)量范圍寬（測(cè)量范圍大時(shí)分辨率低）；無(wú)輸入時(shí)有零位輸出電壓，引起測(cè)量誤差；對(duì)激勵(lì)電源的頻率和幅值穩(wěn)定性要求較高；不適用于高頻動(dòng)態(tài)測(cè)量。電感式傳感器主要用于位移測(cè)量和可以轉(zhuǎn)換成位移變化的機(jī)械量（如力、張力、壓力、壓差、加速度、振動(dòng)、應(yīng)變、流量、厚度、液位、比

10、重、轉(zhuǎn)矩等）的測(cè)量。常用電感式傳感器有變間隙型、變面積型和螺管插鐵型。在實(shí)際應(yīng)用中，這三種傳感器多制成差動(dòng)式，以便提高線性度和減小電磁吸力所造成的附加誤差。本系統(tǒng)所選差動(dòng)變壓器式傳感器具有測(cè)量精度高、靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠等優(yōu)點(diǎn)。四、系統(tǒng)工作臺(tái)設(shè)計(jì)本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的粗糙度測(cè)量?jī)x采用測(cè)量頭靜止，而由工作臺(tái)承載著被測(cè)工件運(yùn)動(dòng)的方式測(cè)量，因此需要設(shè)計(jì)一個(gè)運(yùn)行平穩(wěn)的高精度一維直線運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)。設(shè)計(jì)要求：運(yùn)動(dòng)參數(shù)：運(yùn)行范圍25mm；運(yùn)行速度 1mm/s精度參數(shù)：直線基準(zhǔn)0.002mm/25mm；直線度0.002mm（突變小于0.05um）；定位分辨率：<0.002mm；沒(méi)有機(jī)構(gòu)復(fù)合的形位公差附加要求

11、：承載能力、剛度和外形尺寸等，承載20KG；剛度20KG小于0.1um；對(duì)外形尺寸沒(méi)有要求參考一般的精密運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)設(shè)計(jì)方案，我們知道，它們一般都包括直線導(dǎo)軌副、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)源（一般為電動(dòng)機(jī)）以及工作臺(tái)面這樣幾個(gè)主要部分。 電動(dòng)機(jī)經(jīng)絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)后，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)與螺母相連的工作臺(tái)面運(yùn)動(dòng)；由于工作臺(tái)面放置在直線導(dǎo)軌副的滑塊部分上，因此可以平穩(wěn)地在導(dǎo)軌座上運(yùn)行。通過(guò)選用高精度的導(dǎo)軌，系統(tǒng)可以達(dá)到較高的機(jī)械精度。工作臺(tái)面的側(cè)面安裝有光柵尺，用以實(shí)時(shí)測(cè)量工作臺(tái)的行程。同時(shí)，在工作臺(tái)面下面安裝有兩個(gè)限位開(kāi)關(guān)，防止工作臺(tái)運(yùn)行超出允許的范圍。1、 導(dǎo)軌及支承結(jié)構(gòu)選型導(dǎo)軌一般分為滑動(dòng)導(dǎo)軌、滾動(dòng)

12、導(dǎo)軌、氣浮或液壓導(dǎo)軌。由于本工作臺(tái)用于測(cè)量表面粗糙度，因此其垂直方向不能有明顯的間隙及變動(dòng)，因此不采用氣浮或液壓導(dǎo)軌。目前國(guó)內(nèi)外基本使用如下三種類型導(dǎo)軌，其基本性能比較如下：將滑動(dòng)導(dǎo)軌與滾動(dòng)導(dǎo)軌相比較，雖然前者制造較為容易，成本較低，承載能力大，但其摩擦系數(shù)較大，需要較大的驅(qū)動(dòng)力，且容易磨損，同時(shí)由于動(dòng)靜摩擦系數(shù)差別大因而不易達(dá)到較高的定位分辨率。相比之下，滾動(dòng)導(dǎo)軌更適合本設(shè)計(jì)的要求。這里我們選取HTPM公司生產(chǎn)的滾動(dòng)導(dǎo)軌。由于設(shè)計(jì)的工作臺(tái)行程較小，我們選取其最小系列的導(dǎo)軌即可滿足要求。圖3.2 導(dǎo)軌外形圖3.3 LM/LMW系列微型直線導(dǎo)軌電機(jī)、聯(lián)軸器、軸承、絲杠構(gòu)成了本工作臺(tái)的主軸系統(tǒng)，所

13、以同時(shí)需要設(shè)計(jì)主軸的支承結(jié)構(gòu)。由于絲杠副的螺桿較長(zhǎng)，考慮到熱脹冷縮效應(yīng)，我們把去承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成一端固定，一端游動(dòng)的形式。為了使螺桿能夠承受軸向的雙向載荷，固定端采用兩個(gè)角接觸球軸承，而游動(dòng)端采用深溝球軸承。2、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)選型在這個(gè)直線運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)中，我們需要一個(gè)把電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為導(dǎo)軌的直線運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。一般地，有齒輪齒條機(jī)構(gòu)、皮帶輪機(jī)構(gòu)、絲杠螺母機(jī)構(gòu)等可以選擇。由于齒輪齒條機(jī)構(gòu)減速比小、消除間隙困難，而皮帶輪機(jī)構(gòu)會(huì)有彈性滑動(dòng)現(xiàn)象，且占用空間比較大，它們都難以達(dá)到較高的定位精度，因此我們選擇了最后一種絲杠螺母機(jī)構(gòu)。通過(guò)在螺母與螺桿間配以滾珠，可以大大減小摩擦系數(shù)，不僅提高了傳動(dòng)效率，更可以消除背

14、隙，從而達(dá)到較高的定位精度。同時(shí)，由于螺旋機(jī)構(gòu)本身的減速作用，工作臺(tái)的定位精度可以得到進(jìn)一步的提高。我們選用了上銀公司（HIWIN）生產(chǎn)的滾珠絲杠。圖3.5 滾珠絲杠外形圖3.6 滾珠絲杠參數(shù)表通過(guò)估算，選取絲桿直徑為12mm較為合適，選取導(dǎo)程為2mm以提高減速比，并減小驅(qū)動(dòng)力，通過(guò)與整體結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)，選取行程為50mm的螺桿副。綜合以上所述，我們確定滾珠絲杠的型號(hào)為1R10-2T3-FSI-200-258-0.008。其含義為：?jiǎn)窝缆輻U，直徑12mm，導(dǎo)程2mm，螺帽內(nèi)珠卷數(shù)為3，法蘭形螺帽，單螺帽，滾珠內(nèi)循環(huán)，螺桿螺紋部分長(zhǎng)110mm，總長(zhǎng)180mm。3、電機(jī)選型一般地，可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)高精度控

15、制的電動(dòng)機(jī)有步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)兩種。相對(duì)而言，步進(jìn)電機(jī)雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，但由于缺少反饋環(huán)節(jié)，因而控制的精度及穩(wěn)定性都不如伺服電機(jī)好，并且伺服電機(jī)具有過(guò)載能力，因此我們采用伺服電機(jī)作為動(dòng)力源。我們選取YASKAWA公司生產(chǎn)的-II系列AC伺服電機(jī)。由于工作臺(tái)運(yùn)行速度不高，摩擦阻力小，所以選取小型的電機(jī)即可滿足要求。圖3.8 伺服電機(jī)外形圖3.9 伺服電機(jī)性能參數(shù)表最終我們選取了SGMAH-02A型200V的交流伺服電機(jī)，并配以13位高精度編碼器。其額定功率20W，額定扭矩0.637N.m，額定轉(zhuǎn)速3000r/min。對(duì)電機(jī)參數(shù)進(jìn)行校核計(jì)算：由于工作臺(tái)載荷為20Kg，加上其自重，假定承重共6

16、0Kg，取導(dǎo)軌滾動(dòng)摩擦系數(shù)為0.004，可以計(jì)算出運(yùn)行阻力：滾珠絲杠傳動(dòng)效率約取0.8，另外，軸承、聯(lián)軸器等的效率約取0.98，工作臺(tái)運(yùn)行速度v=1mm/s，可得電機(jī)需要輸出的功率為：所選電機(jī)為達(dá)到1mm/s的傳動(dòng)速度，工作轉(zhuǎn)速：因此電機(jī)額定轉(zhuǎn)速十分充足。此時(shí)，電機(jī)的輸出功率為：因此，電機(jī)的輸出功率及轉(zhuǎn)矩也都綽綽有余。4、 光柵尺光柵尺選型為了實(shí)時(shí)測(cè)量出工作臺(tái)的位移量，實(shí)現(xiàn)高精度定位，我們需要安裝位移測(cè)量裝置。光柵尺，由于它的大量程及微米級(jí)的分辨率，以及成熟的應(yīng)用技術(shù)，自然成為首要選擇。我們選取了信和（SINO）公司生產(chǎn)的光柵尺，分辨率可達(dá)0.5um，精度可達(dá)±3um。圖3.10 K

17、A500光柵尺外形由于工作臺(tái)本身尺寸較小，所以我們選取了超薄型的KA200系列；由于工作臺(tái)行程僅25mm，因此我們選取最小的30mm量程即足夠了。綜上，我們最終選取的光柵尺的型號(hào)為KA200-30。光柵尺的安裝5、限位開(kāi)關(guān)選型為了限制工作臺(tái)運(yùn)行范圍，防止超量程行走，我們?cè)诠ぷ髋_(tái)的兩邊各安裝一個(gè)限位開(kāi)關(guān)，用以將工作極限位置反饋給控制電路，保證電機(jī)能夠及時(shí)地停止運(yùn)轉(zhuǎn)。一般地，我們可以選擇行程開(kāi)關(guān)，接近開(kāi)關(guān)，機(jī)械接觸開(kāi)關(guān)等方式。由于行程開(kāi)關(guān)多用于大中型機(jī)床，且工作電壓較高，因此尺寸相應(yīng)較大，不適合于本設(shè)計(jì)的小型儀器。接近開(kāi)關(guān)工作時(shí)，不需要接觸，距離數(shù)毫米時(shí)即可發(fā)出信號(hào)，但需要配備相關(guān)驅(qū)動(dòng)電路，不若機(jī)

18、械接觸開(kāi)關(guān)簡(jiǎn)單。我們選擇了歐姆龍（OMRON）公司的D5B5011型機(jī)械接觸開(kāi)關(guān)作為限位開(kāi)關(guān)。其含義為：D5B型，筒徑5mm，半球柱塞形，1m長(zhǎng)輸出軟線。安裝板的另一個(gè)作用是保護(hù)接觸頭不被過(guò)度撞壞。 圖3.12 機(jī)械接觸開(kāi)關(guān)外形 圖3.13 機(jī)械接觸開(kāi)關(guān)性能參數(shù)6、精度分析本工作臺(tái)的精度主要分為水平方向的傳動(dòng)精度及垂直方向的變動(dòng)精度。前者主要影響工作臺(tái)的定位精度，后者則直接影響測(cè)量頭的測(cè)量誤差。由于整體的精度分析較為復(fù)雜，且涉及到制造裝配誤差，因此這里僅給出工作臺(tái)分辨率和臺(tái)面受載變形的理論估算。（1）絲桿剛性經(jīng)查得，直徑12mm導(dǎo)程的螺桿剛性約為，前面已計(jì)算得工作臺(tái)推進(jìn)力約為2.4N，因此，螺

19、桿剛性會(huì)導(dǎo)致變形：裝配時(shí)通過(guò)加以預(yù)壓，可以消除滾珠絲杠的背隙，因此可以不考慮背隙引入的誤差。（2）伺服電機(jī)分辨率伺服電機(jī)采用13位編碼器，相當(dāng)于對(duì)360度圓周角細(xì)分為份，故角度分辨率；經(jīng)導(dǎo)程為的螺桿轉(zhuǎn)換，直線分辨率相當(dāng)于：（3）導(dǎo)軌間隙雖然導(dǎo)軌也可以通過(guò)施加預(yù)壓來(lái)減小間隙，但一般不易完全消除，因此也會(huì)影響工作臺(tái)的定位分辨率。但是此導(dǎo)軌的技術(shù)參數(shù)中未能給出數(shù)據(jù)，因此無(wú)法進(jìn)行理論估算。綜合以上所述，可以估計(jì)出導(dǎo)軌的定位分辨率不高于：因此，就目前可以進(jìn)行理論計(jì)算的部分來(lái)看，設(shè)計(jì)的精度仍然是在允許的范圍內(nèi)的。五、電路設(shè)計(jì)本次試驗(yàn)中，我們所使用的信號(hào)處理電路主要包括振蕩器、電壓跟隨器、反相器、相敏檢波開(kāi)

20、關(guān)信號(hào)、相敏檢波、放大、低通濾波七個(gè)部分。 這里我們?cè)诿總€(gè)電源輸入端都加上了一個(gè)極化電容，以濾除電源里的波動(dòng)部分，減小噪聲。但是實(shí)際中由于電源都是一起供電，所以在連接電路時(shí)，只把總的電源處加上了極化電容。1、正弦波發(fā)生器 圖5.1振蕩器是無(wú)須外加輸入信號(hào)的控制，直接將直流信號(hào)轉(zhuǎn)換為具有特定的頻率和一定的振幅的交流信號(hào)，在本次設(shè)計(jì)中，振蕩器輸出的是振幅4V，頻率為5KHZ的正弦信號(hào)。本次設(shè)計(jì)中用的是正反饋振蕩器，這種振蕩器是指從輸出信號(hào)中取出一部分反饋到輸入端作為輸入信號(hào)，無(wú)需外部提供激勵(lì)信號(hào)便能產(chǎn)生等幅正弦波輸出的振蕩器 。振蕩的兩個(gè)條件中，關(guān)鍵是相位平衡條件，如果電路不能滿足正反饋要求，則肯

21、定不會(huì)振蕩。至于幅值條件，可以在滿足相位條件后，調(diào)節(jié)電路的參數(shù)來(lái)達(dá)到。一個(gè)反饋型振蕩器由以下幾部分組成。1）基本放大電路作用是對(duì)反饋信號(hào)進(jìn)行放大。2）選頻網(wǎng)絡(luò)作用是獲得單一確定的振蕩頻率。 3）反饋網(wǎng)絡(luò)作用是將輸出回路中的信號(hào)取出一部分加到基本放大器的輸入端。接通電源后，調(diào)電位器R5，觀察示波器，振蕩器由未起振到起振。起振后不調(diào)R5，調(diào)P1觀察示波器，使峰值，并使波形不失真。此時(shí)如輸出電壓有上漂則減小R5，反之則增加。振蕩器產(chǎn)生的頻率為，峰峰值為8V的交流電壓，分別輸入： 1）測(cè)量電橋、調(diào)零電橋作供橋電壓 2）相敏整流電路的參考電壓示波器輸出結(jié)果如下圖所示，幅值穩(wěn)定，頻率具有一定的穩(wěn)定度（由于

22、電路元件有誤差，所以頻率和相比也有一定的誤差。）2、信號(hào)跟隨器及反相電路 如下圖所示圖5.2首先，振蕩器的信號(hào)經(jīng)過(guò)一個(gè)跟隨器（提高原來(lái)電路帶負(fù)載的能力），提取新號(hào)A；然后A經(jīng)過(guò)反相運(yùn)放和一個(gè)跟隨器，提取信號(hào)B。正弦信號(hào)經(jīng)過(guò)跟隨器和反相器后幅值和頻率不變。結(jié)果和正弦電路的輸出一樣，這里不再重復(fù)累贅。3、比較器電路圖5.3輸入信號(hào)C與零位信號(hào)進(jìn)行比較，通過(guò)芯片LM311P輸出同頻率的矩形波，經(jīng)過(guò)一次反相提取信號(hào)D，D經(jīng)過(guò)一次反相提取信號(hào)E，信號(hào)D和E將作為相敏檢波電路中芯片CD4066BCN的控制信號(hào)示波器輸出如圖所示：4、信號(hào)輸入及帶通濾波電路圖5.4傳感器接收的信號(hào)與信號(hào)G比較，通過(guò)帶通濾波電

23、路截取合適的信號(hào)，然后放大輸出，作為相敏檢波的輸入信號(hào)。Con4作為傳感器的信號(hào)輸入端，4個(gè)接口分別與傳感器的4個(gè)接口一一對(duì)應(yīng)。5、相敏檢波電路圖5.5相敏檢波原理： 輸入接地，由信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的5kHz正弦波作為參考信號(hào)，用萬(wàn)用表測(cè)直流輸出為0，否則應(yīng)調(diào)節(jié)電阻使之為0，并且輸出端輸出對(duì)稱。1） 用示波器觀察輸出波形，若波峰不在同一水平線上，可調(diào)節(jié)電阻。2）若波形不能翻轉(zhuǎn)時(shí)，可能輸入腳電壓被不希望因素鉗位。3）在調(diào)試中，要求參考信號(hào)比輸入信號(hào)大兩倍以上。4）若波形干擾大，波形發(fā)毛，是消振電容過(guò)小，可適當(dāng)并接電容或換大。5） 放大后的交流信號(hào)通過(guò)相敏檢波已經(jīng)轉(zhuǎn)換成有正負(fù)性的直流信號(hào)，并減小了零位

24、電壓值。6、低通濾波電路 圖5.6低通濾波器在信號(hào)處理中的作用等同于其它領(lǐng)域如金融領(lǐng)域中移動(dòng)平均數(shù)（moving average)所起的作用，低通濾波電路的輸入信號(hào)是相敏檢波的輸出信號(hào)，該低通綠波電路的上限截止頻率為低于0.29kHz的頻率都能得到較大的通過(guò)。7、工頻（50Hz）陷波電路陷波器也稱帶阻濾波器（窄帶阻濾波器），它能在保證其他頻率的信號(hào)不損失的情況下，有效的抑制輸入信號(hào)中某一頻率信息。所以當(dāng)電路中需要濾除存在的某一特定頻率的干擾信號(hào)時(shí)，就經(jīng)常用到陷波器。 在我國(guó)采用的是50hz頻率的交流電，所以在平時(shí)需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集處理和分析時(shí)，常會(huì)存在50hz的工頻干擾，對(duì)我們的信號(hào)處理造成很

25、大干擾，因此50Hz陷波器在日常成產(chǎn)生活中被廣泛應(yīng)用圖 5.7六、設(shè)計(jì)不足及可擴(kuò)展之處在本次設(shè)計(jì)中，雖然我們已經(jīng)盡自己最大的努力進(jìn)行了盡可能完善細(xì)致的設(shè)計(jì)，然而由于時(shí)間倉(cāng)促，加之設(shè)計(jì)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的不足，設(shè)計(jì)中仍然有一些不足之處，導(dǎo)致設(shè)計(jì)結(jié)果不是太理想。電路設(shè)計(jì)就是其中一個(gè)很大的問(wèn)題，電路最后輸出的靈敏度不夠高，不能檢測(cè)到傳感器微小的變化（當(dāng)然，也有可能是電路連接有問(wèn)題）。其次，電路的供電也是個(gè)問(wèn)題。這個(gè)電路中涉及到了的供電電壓，在實(shí)際中比較麻煩，最好是統(tǒng)一成供電，使用分壓器從中取得。支承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中沒(méi)有進(jìn)行密封和潤(rùn)滑的設(shè)計(jì)；在零件制造及裝配的工藝方面考慮不充足；設(shè)計(jì)中沒(méi)有充分考慮經(jīng)濟(jì)性因素。編寫軟件

26、對(duì)電路做適當(dāng)?shù)奶幚?，然后直接在?jì)算機(jī)上顯示出粗糙度值，這樣可以讓這個(gè)儀器更加實(shí)用。目前，采用接觸測(cè)量法的金剛石觸針輪廓儀在工程表面粗糙度測(cè)量中仍占主導(dǎo)地位，此類儀器具有測(cè)量可靠、操作方便、價(jià)格適中以及符合表面粗糙度國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的評(píng)定要求等優(yōu)點(diǎn)。但是，金剛石觸針輪廓儀存在以下缺點(diǎn)：（1）尖銳的金剛石觸針在一定測(cè)量壓力下可能損傷被測(cè)工件表面，同時(shí)影響測(cè)量結(jié)果的真實(shí)性；（2）在測(cè)量過(guò)程中觸針可能損壞；（3）觸針輪廓儀的量程較小，難以測(cè)量曲率較大、溝槽較深的曲面表面粗糙度。因此，對(duì)于一些軟金屬表面、生化材料表面、橡膠表面、含信息表面以及超精加工表面等一般不宜采用觸針輪廓儀進(jìn)行測(cè)量。為了克服這個(gè)問(wèn)題，可以采用非接觸式的光學(xué)掃描輪廓儀。原理如下所示：通過(guò)光纖電纜，將白光從光源發(fā)生器里傳輸?shù)絺鞲衅魃稀鞲衅黝^部配有特制的透鏡，通過(guò)色差成像技術(shù)，將白光轉(zhuǎn)換為其顏色分量，在被測(cè)物體表面上形成