提高容栅数显皮革测厚仪的测量准确度的研究

　　1 容栅数显皮革测厚仪的工作原理

　　与光栅、磁栅、感应同步器等对使用环境和安装要求很高、成本高、结构复杂、抗干扰能力差的仪表相比，容栅传感器在数显仪表中占有很大的优势。对使用环境无任何特殊要求，而且结构简单，成本低，抗干扰能力强，无温漂、时移等优点 。在容栅数显皮革测厚仪中，对容栅传感器输出信号的准确采集与处理是实现皮革厚度的准确测量的前提。

　　容栅传感器共有4根引线，分别为：电源线，地线，同步时钟线(CLK)和数据线(DATA)。DATA信号是在CLK信号控制下输出的非标准的串行数字信号，表示某一时刻传感器动栅片与静栅片之间的相对位移量。传感器的输出信号波形 如图1所示。

　　DATA信号是在CLK时钟信号的44 s的下降沿开始发送，在每一个发送周期中，数据信号共有2组，每组24 bit数据。一组是绝对数据，一组为相对数据(相对于测量基准点的位移值)。将传感器的Vdd端与CLK端短接的时间大于传感器发送信号的一个周期后，液晶LCM06XK上的显示也清零。

　　容栅传感器输出的待测皮革试样的数字信号表示的位移值D与动栅片、静栅片间实际的相对位移值￡的关系为：L=AS×D/8 (1)

　　式中：AS为传感器的脉冲当量(AS=0.009 921 875);D为传感器输出数据信号的十进制表示值。传感器的工作电压为1.5 V，查阅相关资料得知：在1.6～1.9 V时工作更加稳定。而系统的工作电压为5 V，因此选用三端稳压器LM317进行电压变换，将5 V的电压转换成1.66 V的电压供给容栅传感器，这个时候的传感器的工作更加稳定。系统上电之后，容栅传感器采集到位移信号(皮革厚度)之后，以非标准的串行数字信号的方式通过LM393将容栅传感器接近1.66 V的电平信号转换成为接近5 V的电平信号，再经过74LS14反相器进行整形。这部分的电路如图2所示。

　　整形过后的信号通过接口电路准确地送人单片机的RAM单元，一旦单片机检测到导向杆接触皮革试样即开始计时，5 s末将在LCM06XK上显示的厚度值锁定，此时就可以得到符合测量标准的厚度数据。整个系统的硬件框图如图3所示。

　　在设计中还加入了自动断电电路，当测厚仪有一段时间(软件程序设定为90 s)没有采集到新的数据，则通过将与光耦TP一521连接的P1.0口设置为高电平从而使9013截止以切断电源电路，达到节省电池能耗以及电源的目的。

　　2 误差分析及解决方案

　　在对多台装配完成的数显皮革测厚仪进行调试时发现一些问题，比如：按动压柄时，导向杆不能正常运动。而且导向杆有时在某一位置会出现固定不动的情况，此时的LXM06XK上显示的厚度的测量值就会不准确。在发现上述问题之后，对硬件加工和安装方面以及测量过程进行了仔细分析，查找出了引起误差的原因，并分别进行了改进。