基于USB的实时圆度检测系统的研究及开发

    1 引  言

    回转零件是生产中应用广泛的一类零件,圆度是回转零件的重要考核指标,其精度对轴承等零件尤为重要。传统圆度检测采用人工评定的方法,检测结果不一致性很大。随着微电子技术和计算机技术的快速发展,圆度检测仪器发生了根本性的变革,圆度评定从人工评定的方式向计算机数字化自动评定发展。

    现代仪器具有高精度、多功能、小型化、智能化、网络化的特点。基于WINDOWS的系统具有人机界面友好、操作简单等优点,是智能仪器的发展方向。但由于WINDOWS是多任务系统,其实时性难以保证。

    USB总线是一种新型串行通信标准,具有即插即用的优点,经过近十年的发展,USB总线技术越来越成熟,其应用范围也越来越广,在嵌入式系统以及个人电脑的外围设备中的应用发展非常迅速。目前最高版本为USB2.0,其支持的传输速率为480Mpbs。

    2 系统硬件组成

    系统硬件采用差动电感传感器与精密电阻组成测量电桥。检测误差信号经分档、交流放大、相敏检波、滤波、直流放大、A/D转换后送MCU,再由MCU通过USB接口传输给上位PC机,由上位机进行数据处理。系统工作原理如图1所示。

    系统以PC为系统数据处理核心,以下位MCU作为数据采集的中心,USB接口作为PC与MCU之间数据传输的通道,构成PC+USB+MCU的数据采集处理系统。

    2.1 信号放大与量程切换电路

    信号的放大采用TL074运放为核心。TL074为低噪声,高阻抗J-FET输入,4运放,具有极低功耗(200LA),宽共模差分电压范围,低偏置电流,输出电流保护,高输入阻抗,内部频率补偿,低噪声,低失真率的特点。传感器输出的调制信号经一级放大后进入量程切换电路,量程的变换采用分压方式由4051电子开关电路切换量程范围。再经二级放大,带通滤波,三级放大完成交流放大(如图2所示)。此放大电路不仅使传感器输出的信号得到了充分放大,还可滤去高频和低频干扰信号,带通滤波的通带频率与传感器调制信号频率相等可使干扰信号得到最大的抑制。

    2.2 解调检波电路

    经交流放大的调制信号,需要解调还原。本电路采用集成相敏整流器件LZX1C作为信号解调器件,采用的相敏检波电路具有判别信号相位和选频的能力、信号还原性好、元器件少的特点。对于调幅信号相敏检波选频原理可表示为[1]:

    式中:wc是单位参考信号频率。如果输入信号含有高次谐波,设为uncosnwct ,其中n为大于1的数,则其产生的附加输出为: