高精度A/D转换电路在砂轮圆跳动公差测量系统中的应用

　　加入WTO后,国际标准委员会对各个成员国的国家标准,要达到一定的采标率。随着标准的进一步修定,砂轮端面圆跳动公差的测量工作,会在各个砂轮生产企业和技术监督部门的检验工作量会越来越大。而我国现有的砂轮端面圆跳动公差测量仪器是运用机械装置和指针式的百分表来进行测量,靠人工来读取数据、记录,为了减少测量过程中的人为误差、提高检验效率,急需研制一种自动化程度高的检验器具。近来随着电子技术的发展和微处理器的普遍应用,信号测量的数字化已是大势所趋,数字化仪表的可视化强、易于计算机对信号的控制和处理等优越特性在大多数场都是传统的指针式仪表所无法比拟的。虽然各种高速率、高精度、功能强大的模数转换器层出不穷,模数转换技术已经相当成熟,其中双积分是一种常用的A/D转换技术,具有精度高,抗干扰能力强等优点。但高精度的双积分A/D芯片,价格较贵,在需要进行数据采集时往往通过单片机及其外部A/D转换器件共同完成任务,这在很大程度上增加了系统的成本。本文就砂轮端面圆跳动公差自动测量系统中采用仪用放大器组成的信号调理电路和低成本A/D转换电路的组成作一介绍。

　　1 系统组成

　　本系统主要用于砂轮端面圆跳动公差的检测,整个系统组成由传感器、信号处理电路、A/D转换电路、LCD显示电路、RS232接口电路及打印接口电路组成。其系统组成原理框图如图1所示。

　　2 传感器检测与信号处理电路

　　根据本仪器的测量精度(精确到0.01mm),拟定采用差分变压器测量电路来完成,经集成仪表放大器AD620放大和由高稳定性运算放大器OPA117组成的电压跟随器后再给A/D转换电路的输入端。其中AD620的放大增益G=(1+49.4k8/Rg),改变Rg(Rg=R1+RW)的大小即可改变G的大小。其检测与信号处理电路如图2所示。

　　3 双积分电路的电路组成

　　双积分A/D转换器是一种间接A/D转换器。它的基本原理是,对输入模拟电压和参考电压分别进行两次积分,将输入电压平均值变换成与之成正比的时间间隔,然后利用时钟脉冲和计数器测出此时间间隔,进而得出相应的数字量输出。由于该转换电路是对输入电压的平均值进行变换,所以它具有很强的抗工频干扰的能力。其双积分电路的原理图如图3所示。它由积分器(由集成运放A组成)、过零比较器(C)、定时/计数器(由单片机充当)等几部分组成。

　　4 电路A/D转换器工作原理

　　系统开始转换时,首先由单片机控制开关S2闭合,使得积分电容C放电完毕,之后打开开关,准备下一阶段的A/D转换。开关S1与A端接通,被检测电压V1加到积分器输入端。积分器开始积分,波形如图4. b中斜线O)Vp段所示。根据积分原理可有