一种新型角位移测量装置的研制

　　前言

　　角位移的精确测量一直是几何量测量的难题.角位移的在线自动测量则更加困难.现有的测角方法有比较测量法(如角度量块、角度样板)、直接测量量(如光学分度头、测角仪)、间接测量法(如正弦尺)等.这些方法或者精度不高,或者使用复杂、价格昂贵,不能适应在线自动测量的要求.

　　本文提出的角位移测量新方法,克服了上述缺点,且具有一经调整可以长期使用,价格合理,操作简便等特点,对于需要在线自动测量和控制的场合尤为适宜.具有重要的实际意义.

　　1　传感器的结构与工作原理

　　1.1　传感器的结构

　　图1为我们研制的新型角位移传感器的结构简图.传感器由壳体4、上盖5、下盖3、安装盘1、敏感元件2及敏感元件输入轴上安装的偏心质量块6等元件组成.传感器的敏感元件采用了航天部新跃仪表厂生产的WDD系列精密导电塑料电位器,其独立线性度达0.1%,有效电器转角345°.输出平滑性小于0.05%,工作寿命在10×106循环以上.其分辨率无理论上限(模拟输出),取决于所选用的A/D转换器的精度.敏感元件2的壳体与传感器壳体4固联.敏感元件2的输入轴与偏心质量块6固联,并随同偏心质量块一起运动.

　　1.2　传感器的工作原理

　　使用传感器时将传感器安装于待测角位移的构件上(如一个作平面的一般运动的构件).在安装时,应使传感器敏感元件的轴线保持水平,以保证偏心质量块在重力作用下带动敏感元件输入轴一起运动的灵敏性.如图2所示,当该构件从AB位置运动到A′B′位置时,其角位移为Δα.由于在重力作用下偏心质量的重心始终处于铅垂方向,故

　　即构件从AB位置运动到A′B′位置的角位移始终等于随同偏心质量一起运动的敏感元件输入轴相对于电位器导电膜所转过的角度.转角的大小反映在电位器阻值的变化和其输出电压的变化上.调整传感器的安装角度可进行构件绝对角度测量.实际使用该传感器时要对其进行标定.标定内容是将电位器的电压变化量根据选用的A/D位数和参考电压,对电位器输出电压值进行角度加权量化.

　　2　测量装置硬件线路原理

　　如图3所示,硬件线路由单片微机基本系统、传感系统、标定系统和显示系统四部分组成.

　　单片机基本系统中选了80C552单片微机.80C552片内包含了256个字节的RAM,六个8位I/O口,三个16位定时计数器,8通道10位模数转换器,两路脉宽调制输出.15个中断源及两个串行接口和看门狗电路等,是专为仪器仪表和工业过程自动化而设计的新一代微控制器(Microcontroller).本系统选用80C552可以不再扩展A/D转换器件和I/O口,使硬件线路大大简化,且造价低于A/D芯片加8031的系统.80C552片内无程序存贮器,故必须通过74LS373地址锁存器和EPROM2764程序存贮器构成基本系统.传感系统采用我们研制的新型角位移传感器.在安装传感器时通过调整其安装角度,可进行构件绝对角度测量.若需测量两构件(或几个构件)之间的相对角位移,则可在两构件上分别安装角位移传感器,然后由80C552微控器进行计算后得出其相对角位移.本文以两个传感器的情况为例.