单片机大位移测量仪.pdf

本发明属于测量仪表技术。
    目前水电控制设备中调速器是控制电网频率的重要设备，而调速器的频率-位移特性是通过改变油动机行程进行标定。对油动机行程测量范围宽（0-200mm），要求测量精度高达0.1%。一般国内研制的油动机行程传感器是差动变压器式位移传感器仪表，其主要缺欠是体积大，精度低（1.5级），而且是模拟量输出、显示不直观。英国研制生产的电容式位移传感器（GB2128750）为圆柱形结构，这种传感器主要缺点是初始电容较小，因而灵敏度、分辨率低、且加工工艺较复杂。

    本发明的目的是为了提高分辨率及测量精度，采用电容-频率转换电路，由单片机进行数据处理及显示，以满足工艺性能要求。

    本发明的技术特征是由传感器部分和电路部分组成。传感器部分系采用平行板变面积式电容传感器，电容变化与被测位移量成线性关系，传感器电容-频率转换电路部分是由振荡器、限幅检波及跟随器组成。该线路将变化电容转换为频率信号，再输入单片机进行数据处理及数字显示。

    附图解释：图1为传感器结构原理图

    图2为电容-频率转换电路

    结合实施例将本发明技术特征加以说明。电容式传感器结构如图1所示。它是由二块固定板电极和一块滑动板电极组成，每块固定板两侧分别镀有电极A和B，中间金属滑动极板与被测位移件连接作往复直线运动。为提高传感器的搞干扰能力，定极板外表面电极B与动极板一起良好接地，而两个内侧电极A保持等电位，与动极板构成传感器电容Cx1、Cx2，使传感器初使电容与单固定极板电容增大一倍。因此当动极板无位移时，传感器初始电容由四个电容（C01、C02、Cx1、Cx2）并联组成，设计制作时应满足条件C01＝C02，而Cx1和Cx2则与动极板插入定极板的深度成正比。图2系电容一频率转换电路，该电路由振荡、限幅检波及跟随器组成，振荡器采用迟滞比较器与RC负反馈回路构成方波发生器，使变化电容转换成频率信号，其输出频率为f= 1/(2R1C1ln3) 该转换电路频率变化范围为40-60KHZ，分辨率可达100HZ/mm，经电容-频率转换电路后，明显地提高传感器的分辨率。然后将所输出的频率信号送入单片机进行数据处理及数字显示，可以精确地测出被测件的位移大小。

    本发明将电容-频率转换器电路与传感器构成一体，可大大地减少分布电容，采用单片机测频也简易方便，因而使单片机大位移测量仪结构简单、性能精确可靠。