DGB—5B型電感測微儀的數(shù)字化設計初探

蔣彥++侯建偉++黃智++董勇

摘要：針對DGB-5B型電感測微儀存在體積大、讀數(shù)不便等問題，對其進行了數(shù)字化改造的初步研究。介紹了系統(tǒng)的構成及工作原理，采用AD698和USB-6002設計了系統(tǒng)的硬件，基于LabVIEW設計了系統(tǒng)的軟件，新設計的系統(tǒng)結構簡單，讀數(shù)方便，可以通過編程擴展功能，實現(xiàn)了DGB-5B型電感測微儀的數(shù)字化。

關鍵詞：測微儀 數(shù)字化 AD698 LabVIEW

中圖分類號：TH822 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2014）08-0150-01

電感測微儀在精密測量領域應用廣泛，DGB-5B型電感測微儀是中原量儀制造的產(chǎn)品，可與DGC-8ZG/C或DGC-6PG/A型電感式傳感器（即測量頭）組合使用，配以相應的裝置可測量工件厚度、內(nèi)外徑、直線度、平面度、平行度、垂直度和跳動等。但由于儀器的讀數(shù)是指針形式顯示，且儀器體積和重量均較大，導致讀數(shù)和使用不便，功能受到一定的限制。本文對DGB-5B型電感測微儀的數(shù)字化設計進行了初步研究，設計開發(fā)了處理電路及應用程序，可以完成測量數(shù)據(jù)運算及結果的數(shù)字顯示、波形曲線繪制、打印、存盤等功能。

1 系統(tǒng)構成及工作原理

新設計的電感測微儀由傳感器、信號調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集卡、計算機組成。系統(tǒng)構成如圖1。

系統(tǒng)的工作原理是：被測量的變化被傳感器測頭感知，帶動傳感器線圈內(nèi)的鐵芯移動，從而改變空間的磁場分布，導致初次級線圈之間的互感量變化，當初級線圈供給一定頻率的交變電壓時，次級線圈就產(chǎn)生感應電動勢，隨著鐵芯位置的不同，次級線圈產(chǎn)生的感應電動勢也不同，這樣就將鐵芯的位移量變成了電壓信號輸出。傳感器輸出的電壓信號經(jīng)過信號調(diào)理電路的調(diào)理，按比例轉換為直流信號。通過A/D轉換電路對直流信號進行A/D轉換，得到數(shù)字信號并送至計算機，計算機對A/D轉換后的數(shù)據(jù)進行處理和計算，得到測量結果。

2 硬件設計

硬件設計主要包括信號調(diào)理電路和A/D轉換電路兩部分的設計。

2.1 信號調(diào)理電路設計

傳感器輸出信號的調(diào)理電路設計，摒棄了由振蕩電路、測量電橋、放大、濾波、檢波等各部分獨立模擬電路構成的傳統(tǒng)設計方法，采用了由Analog Devices公司生產(chǎn)的單片AD698通用LVDT（線性可變差動變壓器）信號調(diào)理芯片來設計信號調(diào)理電路。這樣的設計方案具有結構簡單，精度高的特點。

AD698的結構、性能、特點、工作原理、引腳等可參閱文獻[1]。AD698與DGB-5B型電感測微儀配套的DGC-8ZG/C或DGC-6PG/A型電感式傳感器構成的測量電路，其具體應用電路的連接，可參閱文獻[1]和文獻[2]，不再贅述。

2.2 A/D轉換電路設計

A/D轉換電路采用National Instruments公司生產(chǎn)的USB-6002數(shù)據(jù)采集卡，這是一款基于USB總線的高分辨率多功能數(shù)據(jù)采集卡，其性能、參數(shù)及輸入輸出線路端子的連接可參閱文獻[3]。A/D轉換電路將反映被測工件待測量的直流信號轉化為數(shù)字量，并通過USB總線傳送給計算機。

3 軟件設計

系統(tǒng)軟件以LabVIEW（實驗室虛擬儀器工程平臺）為開發(fā)環(huán)境進行設計，LabVIEW是National Instruments公司的產(chǎn)品，是測控系統(tǒng)開發(fā)的主流軟件。

系統(tǒng)軟件包括測量結果及測量設置兩部分。測量結果可以顯示當前測量值，并把歷次測量值列表顯示和波形顯示，通過鼠標單擊按鈕實現(xiàn)開始測量、單次重測、組重測、保存數(shù)據(jù)、結果打印等功能，程序框圖主要采用事件結構編寫。測量設置完成對USB-6002數(shù)據(jù)采集卡的相關設置，包括設備名稱、物理通道、輸入電壓范圍、采樣率等設置；采用最小二乘法完成測微儀的標定；數(shù)據(jù)保存路徑的設定也在測量設置中實現(xiàn)。程序操作界面如圖2。

4 結語

本文初步研究了DGB-5B型電感測微儀的數(shù)字化，重新設計了硬件電路并開發(fā)了應用程序，在計算機上實現(xiàn)了測微儀的測量設置、數(shù)據(jù)處理、顯示、打印、存盤等功能，通過軟件編程還可以擴展系統(tǒng)功能。新設計的系統(tǒng)所用元件少，系統(tǒng)復雜度低，無人為讀數(shù)誤差，避免了人工記錄及處理數(shù)據(jù)可能出現(xiàn)的疏忽，可應用于計量管理、生產(chǎn)、科研及實驗室領域。

參考文獻

[1]Analog Devices.Universal LVDT Signal Conditioner AD698 Data Book[Z].

[2]段中華，王中訓，胡自強.AD698在DGC-6PG/A差動電感式位移傳感器中的應用[J].現(xiàn)代電子技術，2008（4）.

[3]National Instruments.NI USB-6001/6002/6003 User Guide[Z].

[4]中原量儀.DGB-5B型電感測微儀使用說明書[Z].

[5]阮奇楨，編著.我和LabVIEW：一個NI工程師的十年編程經(jīng)驗（第2版）[M].北京航空航天大學出版社，2012.endprint

摘要：針對DGB-5B型電感測微儀存在體積大、讀數(shù)不便等問題，對其進行了數(shù)字化改造的初步研究。介紹了系統(tǒng)的構成及工作原理，采用AD698和USB-6002設計了系統(tǒng)的硬件，基于LabVIEW設計了系統(tǒng)的軟件，新設計的系統(tǒng)結構簡單，讀數(shù)方便，可以通過編程擴展功能，實現(xiàn)了DGB-5B型電感測微儀的數(shù)字化。

關鍵詞：測微儀 數(shù)字化 AD698 LabVIEW

中圖分類號：TH822 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2014）08-0150-01

電感測微儀在精密測量領域應用廣泛，DGB-5B型電感測微儀是中原量儀制造的產(chǎn)品，可與DGC-8ZG/C或DGC-6PG/A型電感式傳感器（即測量頭）組合使用，配以相應的裝置可測量工件厚度、內(nèi)外徑、直線度、平面度、平行度、垂直度和跳動等。但由于儀器的讀數(shù)是指針形式顯示，且儀器體積和重量均較大，導致讀數(shù)和使用不便，功能受到一定的限制。本文對DGB-5B型電感測微儀的數(shù)字化設計進行了初步研究，設計開發(fā)了處理電路及應用程序，可以完成測量數(shù)據(jù)運算及結果的數(shù)字顯示、波形曲線繪制、打印、存盤等功能。

1 系統(tǒng)構成及工作原理

新設計的電感測微儀由傳感器、信號調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集卡、計算機組成。系統(tǒng)構成如圖1。

系統(tǒng)的工作原理是：被測量的變化被傳感器測頭感知，帶動傳感器線圈內(nèi)的鐵芯移動，從而改變空間的磁場分布，導致初次級線圈之間的互感量變化，當初級線圈供給一定頻率的交變電壓時，次級線圈就產(chǎn)生感應電動勢，隨著鐵芯位置的不同，次級線圈產(chǎn)生的感應電動勢也不同，這樣就將鐵芯的位移量變成了電壓信號輸出。傳感器輸出的電壓信號經(jīng)過信號調(diào)理電路的調(diào)理，按比例轉換為直流信號。通過A/D轉換電路對直流信號進行A/D轉換，得到數(shù)字信號并送至計算機，計算機對A/D轉換后的數(shù)據(jù)進行處理和計算，得到測量結果。

2 硬件設計

硬件設計主要包括信號調(diào)理電路和A/D轉換電路兩部分的設計。

2.1 信號調(diào)理電路設計

傳感器輸出信號的調(diào)理電路設計，摒棄了由振蕩電路、測量電橋、放大、濾波、檢波等各部分獨立模擬電路構成的傳統(tǒng)設計方法，采用了由Analog Devices公司生產(chǎn)的單片AD698通用LVDT（線性可變差動變壓器）信號調(diào)理芯片來設計信號調(diào)理電路。這樣的設計方案具有結構簡單，精度高的特點。

AD698的結構、性能、特點、工作原理、引腳等可參閱文獻[1]。AD698與DGB-5B型電感測微儀配套的DGC-8ZG/C或DGC-6PG/A型電感式傳感器構成的測量電路，其具體應用電路的連接，可參閱文獻[1]和文獻[2]，不再贅述。

2.2 A/D轉換電路設計

A/D轉換電路采用National Instruments公司生產(chǎn)的USB-6002數(shù)據(jù)采集卡，這是一款基于USB總線的高分辨率多功能數(shù)據(jù)采集卡，其性能、參數(shù)及輸入輸出線路端子的連接可參閱文獻[3]。A/D轉換電路將反映被測工件待測量的直流信號轉化為數(shù)字量，并通過USB總線傳送給計算機。

3 軟件設計

系統(tǒng)軟件以LabVIEW（實驗室虛擬儀器工程平臺）為開發(fā)環(huán)境進行設計，LabVIEW是National Instruments公司的產(chǎn)品，是測控系統(tǒng)開發(fā)的主流軟件。

系統(tǒng)軟件包括測量結果及測量設置兩部分。測量結果可以顯示當前測量值，并把歷次測量值列表顯示和波形顯示，通過鼠標單擊按鈕實現(xiàn)開始測量、單次重測、組重測、保存數(shù)據(jù)、結果打印等功能，程序框圖主要采用事件結構編寫。測量設置完成對USB-6002數(shù)據(jù)采集卡的相關設置，包括設備名稱、物理通道、輸入電壓范圍、采樣率等設置；采用最小二乘法完成測微儀的標定；數(shù)據(jù)保存路徑的設定也在測量設置中實現(xiàn)。程序操作界面如圖2。

4 結語

本文初步研究了DGB-5B型電感測微儀的數(shù)字化，重新設計了硬件電路并開發(fā)了應用程序，在計算機上實現(xiàn)了測微儀的測量設置、數(shù)據(jù)處理、顯示、打印、存盤等功能，通過軟件編程還可以擴展系統(tǒng)功能。新設計的系統(tǒng)所用元件少，系統(tǒng)復雜度低，無人為讀數(shù)誤差，避免了人工記錄及處理數(shù)據(jù)可能出現(xiàn)的疏忽，可應用于計量管理、生產(chǎn)、科研及實驗室領域。

參考文獻

[1]Analog Devices.Universal LVDT Signal Conditioner AD698 Data Book[Z].

[2]段中華，王中訓，胡自強.AD698在DGC-6PG/A差動電感式位移傳感器中的應用[J].現(xiàn)代電子技術，2008（4）.

[3]National Instruments.NI USB-6001/6002/6003 User Guide[Z].

[4]中原量儀.DGB-5B型電感測微儀使用說明書[Z].

[5]阮奇楨，編著.我和LabVIEW：一個NI工程師的十年編程經(jīng)驗（第2版）[M].北京航空航天大學出版社，2012.endprint

摘要：針對DGB-5B型電感測微儀存在體積大、讀數(shù)不便等問題，對其進行了數(shù)字化改造的初步研究。介紹了系統(tǒng)的構成及工作原理，采用AD698和USB-6002設計了系統(tǒng)的硬件，基于LabVIEW設計了系統(tǒng)的軟件，新設計的系統(tǒng)結構簡單，讀數(shù)方便，可以通過編程擴展功能，實現(xiàn)了DGB-5B型電感測微儀的數(shù)字化。

關鍵詞：測微儀 數(shù)字化 AD698 LabVIEW

中圖分類號：TH822 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2014）08-0150-01

電感測微儀在精密測量領域應用廣泛，DGB-5B型電感測微儀是中原量儀制造的產(chǎn)品，可與DGC-8ZG/C或DGC-6PG/A型電感式傳感器（即測量頭）組合使用，配以相應的裝置可測量工件厚度、內(nèi)外徑、直線度、平面度、平行度、垂直度和跳動等。但由于儀器的讀數(shù)是指針形式顯示，且儀器體積和重量均較大，導致讀數(shù)和使用不便，功能受到一定的限制。本文對DGB-5B型電感測微儀的數(shù)字化設計進行了初步研究，設計開發(fā)了處理電路及應用程序，可以完成測量數(shù)據(jù)運算及結果的數(shù)字顯示、波形曲線繪制、打印、存盤等功能。

1 系統(tǒng)構成及工作原理

新設計的電感測微儀由傳感器、信號調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集卡、計算機組成。系統(tǒng)構成如圖1。

系統(tǒng)的工作原理是：被測量的變化被傳感器測頭感知，帶動傳感器線圈內(nèi)的鐵芯移動，從而改變空間的磁場分布，導致初次級線圈之間的互感量變化，當初級線圈供給一定頻率的交變電壓時，次級線圈就產(chǎn)生感應電動勢，隨著鐵芯位置的不同，次級線圈產(chǎn)生的感應電動勢也不同，這樣就將鐵芯的位移量變成了電壓信號輸出。傳感器輸出的電壓信號經(jīng)過信號調(diào)理電路的調(diào)理，按比例轉換為直流信號。通過A/D轉換電路對直流信號進行A/D轉換，得到數(shù)字信號并送至計算機，計算機對A/D轉換后的數(shù)據(jù)進行處理和計算，得到測量結果。

2 硬件設計

硬件設計主要包括信號調(diào)理電路和A/D轉換電路兩部分的設計。

2.1 信號調(diào)理電路設計

傳感器輸出信號的調(diào)理電路設計，摒棄了由振蕩電路、測量電橋、放大、濾波、檢波等各部分獨立模擬電路構成的傳統(tǒng)設計方法，采用了由Analog Devices公司生產(chǎn)的單片AD698通用LVDT（線性可變差動變壓器）信號調(diào)理芯片來設計信號調(diào)理電路。這樣的設計方案具有結構簡單，精度高的特點。

AD698的結構、性能、特點、工作原理、引腳等可參閱文獻[1]。AD698與DGB-5B型電感測微儀配套的DGC-8ZG/C或DGC-6PG/A型電感式傳感器構成的測量電路，其具體應用電路的連接，可參閱文獻[1]和文獻[2]，不再贅述。

2.2 A/D轉換電路設計

A/D轉換電路采用National Instruments公司生產(chǎn)的USB-6002數(shù)據(jù)采集卡，這是一款基于USB總線的高分辨率多功能數(shù)據(jù)采集卡，其性能、參數(shù)及輸入輸出線路端子的連接可參閱文獻[3]。A/D轉換電路將反映被測工件待測量的直流信號轉化為數(shù)字量，并通過USB總線傳送給計算機。

3 軟件設計

系統(tǒng)軟件以LabVIEW（實驗室虛擬儀器工程平臺）為開發(fā)環(huán)境進行設計，LabVIEW是National Instruments公司的產(chǎn)品，是測控系統(tǒng)開發(fā)的主流軟件。

系統(tǒng)軟件包括測量結果及測量設置兩部分。測量結果可以顯示當前測量值，并把歷次測量值列表顯示和波形顯示，通過鼠標單擊按鈕實現(xiàn)開始測量、單次重測、組重測、保存數(shù)據(jù)、結果打印等功能，程序框圖主要采用事件結構編寫。測量設置完成對USB-6002數(shù)據(jù)采集卡的相關設置，包括設備名稱、物理通道、輸入電壓范圍、采樣率等設置；采用最小二乘法完成測微儀的標定；數(shù)據(jù)保存路徑的設定也在測量設置中實現(xiàn)。程序操作界面如圖2。

4 結語

本文初步研究了DGB-5B型電感測微儀的數(shù)字化，重新設計了硬件電路并開發(fā)了應用程序，在計算機上實現(xiàn)了測微儀的測量設置、數(shù)據(jù)處理、顯示、打印、存盤等功能，通過軟件編程還可以擴展系統(tǒng)功能。新設計的系統(tǒng)所用元件少，系統(tǒng)復雜度低，無人為讀數(shù)誤差，避免了人工記錄及處理數(shù)據(jù)可能出現(xiàn)的疏忽，可應用于計量管理、生產(chǎn)、科研及實驗室領域。

參考文獻

[1]Analog Devices.Universal LVDT Signal Conditioner AD698 Data Book[Z].

[2]段中華，王中訓，胡自強.AD698在DGC-6PG/A差動電感式位移傳感器中的應用[J].現(xiàn)代電子技術，2008（4）.

[3]National Instruments.NI USB-6001/6002/6003 User Guide[Z].

[4]中原量儀.DGB-5B型電感測微儀使用說明書[Z].

[5]阮奇楨，編著.我和LabVIEW：一個NI工程師的十年編程經(jīng)驗（第2版）[M].北京航空航天大學出版社，2012.endprint