基于AD598模块的圆度仪数字化改造

　　0　引言

　　我国在上世纪70,80年代从英、德等国家进口了大量的高精度圆度仪,随着时间的推移,这些高精度圆度仪的相关电路和配套计算机多有故障,而圆度仪的关键部件——仪器的主轴和传感器均属耐用精密部件,至今仍保持着较高精度。如果仅仅因为电气系统的老化造成整台仪器的闲置,将是一种极大的浪费,最佳的维修办法就是技术改造。本文以我所一台Talyrond 73型圆度仪改造过程为例,详细介绍了改造原理、电路和软件设计方法,最后对改造后的仪器进行了测试,测试结果表明该改造方案有效、可行。

　　根据文献[1],改造前对该仪器的主轴及传感器进行了测试。主轴测试采取多次转位取平均的方法,对标准玻璃半球进行了8个测回的测量,然后,采用与排列互比法原理相似的误差处理方法,消除了标准半球的圆度误差影响,得到主轴径向回转误差为0.06Lm;传感器的测试采用电感测微仪、微动台架和量块组合的方法,取得了较好的结果。所以,可以认为主轴和传感器这两个关键部件属完好状态,具备改造的基础条件。

　　1　总体设计

　　圆度仪的总体结构如图1所示,主要由五部分组成:传感器、霍尔开关、信号调理模块、数据采集模块及计算机。

　　Talyrond 73型圆度仪原来的电感测头是线性差动变压器型,线性差动变压器简称LVDT(LinearVariable Differential Transformer),是一种将机械位移转换成交流电压的传感器。传统的LVDT都是采用分立元件进行放大、滤波和计算,存在电路复杂,可靠性差等缺点,随着集成电路的发展,目前已经出现了一些专用的集成电路。AD598就是AD公司生产的一种新型LVDT信号处理芯片,选用该芯片可以使传感器变送电路大为简化,并可提高其性能。霍尔开关主要是获取采样开始与结束信号。数据采集卡(PCI插槽)与上位机一起完成数据采集功能。上位机及软件完成数据处理和输出。

　　2　AD598的原理与特点

　　AD598是一种完整的单片式线位移差动变压器信号调节系统。AD598与LVDT配合,能够将LVDT的机械位置转换成单极性或双极性输出的高精度直流电压。AD598将所有的电路功能都集中在一块芯片上,只要增加几个外接无源元件,就能确定激磁频率和输出电压的幅值。在芯片内部,AD598将LVDT处理的次级输出信号按比例转换成直流信号。

　　图2所示为AD598芯片内部原理图及其与LVDT的连接情况。由图可见该芯片实际包含两部分:一部分为一正弦波发生器,它产生频率及幅值均可由外接电容、电阻调节的正弦波以驱动LVDT原边;另一部分为LVDT副边的信号处理单元,通过这一部分产生一个与LVDT铁心成正比的直流电压信号。其传递函数为