一种激光同轴度测量仪的测控电路论文和设计-王北一

全文摘要

一种激光同轴度测量仪的测控电路属于信号领域；由于从PSD传感器传输的电流信号微弱，严重影响测量精度；包括PSD传感器测量电路的输出端与PSD信号处理电路的输入端连接，PSD信号处理电路的输出端与单片机的信号输入端连接，电源电路为PSD传感器测量电路、PSD信号处理电路和单片机提供电源；PSD传感器测量电路包括端口P1、电阻箱UR、电容C1、一级运放电路、电阻R3、电阻R5、电阻R6、电阻R8、二级运放电路、电阻R10、二极管D和端口P2；一级运放电路包括放大器，型号为TL061；二级运放电路包括放大器，型号为OP07；提高信噪比和测量精度。

主设计要求

1.一种激光同轴度测量仪的测控电路，其特征在于，包括PSD传感器测量电路、PSD信号处理电路、单片机和电源电路；所述PSD传感器测量电路的输出端与PSD信号处理电路的输入端连接，所述PSD信号处理电路的输出端与单片机的信号输入端连接，所述电源电路为PSD传感器测量电路、PSD信号处理电路和单片机提供电源；所述PSD传感器测量电路包括端口P1、电阻箱UR、电容C1、一级运放电路、电阻R3、电阻R5、电阻R6、电阻R8、二级运放电路、电阻R10、二极管D和端口P2；所述端口P1的引脚2分别与端口P1的引脚4、电阻箱UR的一端、电容C1的一端和地线，电容C1的另一端分连接端口P1的引脚3和电阻箱UR的可调端；电阻箱UR的另一端连接电源+5V，端口P1的引脚1和引脚5与一级运放电路的两个输入引脚连接，一级运放电路的一输出引脚分别通过串联电阻R3和电阻R6连接二级运放电路的输入引脚，一级运放电路的另一输出引脚通过分别串联电阻R5和电阻R8连接二级运放电路的输入引脚，二级运放电路的一输出引脚通过串联电阻R10分别与二极管D、端口P2的引脚1连接，二极管D连接地线，二级运放电路的另一输出端连接端口P2的引脚4，端口P2的引脚2和引脚3连接地线；所述一级运放电路包括放大器，型号为TL061；所述二级运放电路包括放大器，型号为OP07。

设计方案

所述PSD传感器测量电路包括端口P1、电阻箱UR、电容C1、一级运放电路、电阻R3、电阻R5、电阻R6、电阻R8、二级运放电路、电阻R10、二极管D和端口P2；所述端口P1的引脚2分别与端口P1的引脚4、电阻箱UR的一端、电容C1的一端和地线，电容C1的另一端分连接端口P1的引脚3和电阻箱UR的可调端；电阻箱UR的另一端连接电源+5V，端口P1的引脚1和引脚5与一级运放电路的两个输入引脚连接，一级运放电路的一输出引脚分别通过串联电阻R3和电阻R6连接二级运放电路的输入引脚，一级运放电路的另一输出引脚通过分别串联电阻R5和电阻R8连接二级运放电路的输入引脚，二级运放电路的一输出引脚通过串联电阻R10分别与二极管D、端口P2的引脚1连接，二极管D连接地线，二级运放电路的另一输出端连接端口P2的引脚4，端口P2的引脚2和引脚3连接地线；

所述一级运放电路包括放大器，型号为TL061；

所述二级运放电路包括放大器，型号为OP07。

2.根据权利要求1所述一种激光同轴度测量仪的测控电路，其特征在于，所述一级运放电路包括电容C2、电阻R1、电阻箱UR1、放大器A1、电容C3、电阻R2、电阻箱UR2和放大器A2；所述电容C2、电阻R1、放大器A1并联，放大器A1的正极输入端连接地线，放大器A1的一侧端引脚1串联电阻箱UR1连接到放大器A1的引脚5，另一侧两引脚连接-12V和+12V；所述电容C3、电阻R2、放大器A2并联，放大器A2的正极输入端连接地线，放大器A2的一侧端引脚1串联电阻箱UR2连接到放大器A2的引脚5，另一侧两引脚连接-12V和+12V。

3.根据权利要求1所述一种激光同轴度测量仪的测控电路，其特征在于，所述二级运放电路包括电阻R4、电阻箱UR3、放大器A3、电阻R7、电阻箱UR4、放大器A4和电阻R9；所述电阻R4与放大器A3并联，放大器A3的正极输入端连接地线，放大器A3的一侧端引脚1串联电阻箱UR3连接到放大器A3的引脚8，放大器A3的另一侧端两个引脚连接-12V和+12V，电阻R7与放大器A4并联，放大器A4的正极输入端串联电阻R9与地线连接，放大器A4的一侧端引脚1串联电阻箱UR4连接到放大器A4的引脚8，放大器A4的另一侧端两个引脚连接-12V和+12V。

4.根据权利要求1所述一种激光同轴度测量仪的测控电路，其特征在于，所述电源电路包括变压器T1、桥式整流电路B1、桥式整流电路B2、电解电容C1、电解电容C2、电解电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、稳压芯片W1、稳压芯片W2、稳压芯片W3、电容C7、电容C8、电容C9和端口P3；所述端口P3的引脚1分别与电容C7的一端和稳压芯片W1的引脚3连接，电容C7的另一端分别连接端口P3的引脚2、地线、稳压芯片W1的引脚2、电容C4的一端、电解电容C1的一端和桥式整流电路B2，稳压芯片W1的引脚1分别连接电容C4的另一端、电解电容C1的另一端和桥式整流电路B2，桥式整流电路B2与变压器T1连接，端口P3的引脚3分别连接电容C8一端和稳压芯片W2的引脚3，电容C8的另一端分别连接端口P3的引脚4、引脚5、电容C9的一端，稳压芯片W2的引脚2、稳压芯片W3的引脚2、电容C5的一端、电容C6的一端、电解电容C2的一端，电解电容C3的一端，地线和变压器T，电容C9的另一端分别连接端口P3的引脚6和稳压芯片W3的引脚3，稳压芯片W2的引脚1分别连接电容C5的另一端、电解电容C2的另一端和桥式整流电路B1，稳压芯片W3的引脚1分别连接电容C6的另一端、电解电容C3的另一端和桥式整流电路B1,桥式整流电路B1连接变压器T1。

设计说明书

技术领域

本实用新型属于信号处理领域，尤其涉及一种激光同轴度测量仪的测控电路。

背景技术

同轴度是指被测表面实际轴线相对基准轴线不共轴的程度。在实际工作中，我们经常会遇到同轴度的测量问题，对一些关键零部件，同轴度的好坏直接影响到产品的性能，有时还会出现组装起来的机器不能正常运行的情况，据美国TEXAS州Monsanto化工公司的有关报道称，在所有的振动事故中，有60％是由机械轴不对中引起的，因此同轴度的测量问题必须引起我们的高度重视。随着精密测试和精密加工技术的发展，高精度的同轴度测量技术正受到国内外的极大关注和重视，同轴度高精度测量是机械行业的共性技术难题，影响了大型设备的制造、安装精度，从而影响了其工作状态和使用寿命，是制约我国经济发展的重要因素。

目前，国内外市场尚缺少可靠的高精度测量仪器，其技术关键和难点在于建立长跨距的测量基准线。同轴度测量较常用的三种方法[1]有拉钢丝线法、激光准直仪法、测微准直望远镜法，其中拉钢丝线法精度低，而测微准直望远镜法，当测量距离较远时，成象不清晰，目视人为误差大，且对不同测距需连续调焦，从而引起仪器光轴即准直基准的微小变化，为保证调焦运动所需的间隙会造成透镜具有不同的中心偏离，且测量过程中手动调焦对仪器的触动也会使光轴随机变动，使仪器的精度受限。为提高精度，人们提出一些稳定光束的措施。

激光由于其具有亮度高、方向性好的特性，激光准直技术已开始应用到同轴度测量中，基于激光准直法的同轴度测量，具有测量速度快、实用性强、便携等特点，所以该仪器具有广泛的应用前景。

目前，一种新型的光电位置传感器PSD由于具有响应速度快、分辨率高、可连续检测、外围电路简单、成本低等优点，在国内外开始得到应用研究，但是由于从PSD传感器传输的电流信号微弱，严重影响测量精度。

实用新型内容

本实用新型克服了上述现有技术的不足，提供一种激光同轴度测量仪的测控电路，通过对PSD传感器测量电路进行分级处理，解决不同的问题，提高了仪器的分辨率，有效的解决了由于PSD传感器电流信号微弱，影响测量精度的技术问题。

本实用新型的技术方案：

一种激光同轴度测量仪的测控电路，包括PSD传感器测量电路、PSD信号处理电路、单片机和电源电路；所述PSD传感器测量电路的输出端与PSD信号处理电路的输入端连接，所述PSD信号处理电路的输出端与单片机的信号输入端连接，所述电源电路为PSD传感器测量电路、PSD信号处理电路和单片机提供电源；

所述PSD传感器测量电路包括端口P1、电阻箱UR、电容C1、一级运放电路、电阻R3、电阻R5、电阻R6、电阻R8、二级运放电路、电阻R10、二极管D和端口P2；所述端口P1 的引脚2分别与端口P1的引脚4、电阻箱UR的一端、电容C1的一端和地线，电容C1的另一端分连接端口P1的引脚3和电阻箱UR的可调端；电阻箱UR的另一端连接电源+5V，端口P1的引脚1和引脚5与一级运放电路的两个输入引脚连接，一级运放电路的一输出引脚分别通过串联电阻R3和电阻R6连接二级运放电路的输入引脚，一级运放电路的另一输出引脚通过分别串联电阻R5和电阻R8连接二级运放电路的输入引脚，二级运放电路的一输出引脚通过串联电阻R10分别与二极管D、端口P2的引脚1连接，二极管D连接地线，二级运放电路的另一输出端连接端口P2的引脚4，端口P2的引脚2和引脚3连接地线；

所述一级运放电路包括放大器，型号为TL061；

所述二级运放电路包括放大器，型号为OP07。

进一步地，所述一级运放电路包括电容C2、电阻R1、电阻箱UR1、放大器A1、电容C3、电阻R2、电阻箱UR2和放大器A2；所述电容C2、电阻R1、放大器A1并联，放大器 A1的正极输入端连接地线，放大器A1的一侧端引脚1串联电阻箱UR1连接到放大器A1 的引脚5，另一侧两引脚连接-12V和+12V；所述电容C3、电阻R2、放大器A2并联，放大器A2的正极输入端连接地线，放大器A2的一侧端引脚1串联电阻箱UR2连接到放大器 A2的引脚5，另一侧两引脚连接-12V和+12V。

进一步地，所述二级运放电路包括电阻R4、电阻箱UR3、放大器A3、电阻R7、电阻箱UR4、放大器A4和电阻R9；所述电阻R4与放大器A3并联，放大器A3的正极输入端连接地线，放大器A3的一侧端引脚1串联电阻箱UR3连接到放大器A3的引脚8，放大器A3 的另一侧端两个引脚连接-12V和+12V，电阻R7与放大器A4并联，放大器A4的正极输入端串联电阻R9与地线连接，放大器A4的一侧端引脚1串联电阻箱UR4连接到放大器A4 的引脚8，放大器A4的另一侧端两个引脚连接-12V和+12V。

进一步地，所述电源电路包括变压器T1、桥式整流电路B1、桥式整流电路B2、电解电容C1、电解电容C2、电解电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、稳压芯片W1、稳压芯片W2、稳压芯片W3、电容C7、电容C8、电容C9和端口P3；所述端口P3的引脚1分别与电容C7的一端和稳压芯片W1的引脚3连接，电容C7的另一端分别连接端口P3的引脚 2、地线、稳压芯片W1的引脚2、电容C4的一端、电解电容C1的一端和桥式整流电路B2，稳压芯片W1的引脚1分别连接电容C4的另一端、电解电容C1的另一端和桥式整流电路 B2，桥式整流电路B2与变压器T1连接，端口P3的引脚3分别连接电容C8一端和稳压芯片W2的引脚3，电容C8的另一端分别连接端口P3的引脚4、引脚5、电容C9的一端，稳压芯片W2的引脚2、稳压芯片W3的引脚2、电容C5的一端、电容C6的一端、电解电容C2的一端，电解电容C3的一端，地线和变压器T，电容C9的另一端分别连接端口P3 的引脚6和稳压芯片W3的引脚3，稳压芯片W2的引脚1分别连接电容C5的另一端、电解电容C2的另一端和桥式整流电路B1，稳压芯片W3的引脚1分别连接电容C6的另一端、电解电容C3的另一端和桥式整流电路B 1,桥式整流电路B1连接变压器T1。

本实用新型相对于现有技术具有以下有益效果：

本实用新型提供了一种激光同轴度测量仪的测控电路，通过对PSD传感器测量电路进行分级处理，一级运电路用于减小防漏电流，能够高输入阻抗、低输入电流，二级运放电路用于消除干扰，提高信噪比和测量精度，提高了仪器的分辨率，有效的解决了由于PSD传感器电流信号微弱，影响测量精度的技术问题。

附图说明

图1是本实用新型结构框图；

图2是PSD传感器测量电路图；

图3是电源电路图；

图4是PSD信号处理电路图。

具体实施方式

以下将结合附图对本实用新型进行详细说明。

一种激光同轴度测量仪的测控电路，如图1所示，包括PSD传感器测量电路、PSD信号处理电路、单片机和电源电路；所述PSD传感器测量电路的输出端与PSD信号处理电路的输入端连接，所述PSD信号处理电路的输出端与单片机的信号输入端连接，所述电源电路为PSD传感器测量电路、PSD信号处理电路和单片机提供电源；

如图2所示，所述PSD传感器测量电路包括端口P1、电阻箱UR、电容C1、一级运放电路、电阻R3、电阻R5、电阻R6、电阻R8、二级运放电路、电阻R10、二极管D和端口P2；所述端口P1的引脚2分别与端口P1的引脚4、电阻箱UR的一端、电容C1的一端和地线，电容C1的另一端分连接端口P1的引脚3和电阻箱UR的可调端；电阻箱UR的另一端连接电源+5V，端口P1的引脚1和引脚5与一级运放电路的两个输入引脚连接，一级运放电路的一输出引脚分别通过串联电阻R3和电阻R6连接二级运放电路的输入引脚，一级运放电路的另一输出引脚通过分别串联电阻R5和电阻R8连接二级运放电路的输入引脚，二级运放电路的一输出引脚通过串联电阻R10分别与二极管D、端口P2的引脚1连接，二极管D连接地线，二级运放电路的另一输出端连接端口P2的引脚4，端口P2的引脚2 和引脚3连接地线；

所述一级运放电路包括放大器，型号为TL061；

所述二级运放电路包括放大器，型号为OP07。

从PSD传感器出来的两路电流信号极其微弱，uA级，前置放大器I\/V变换电路必须具备良好的低噪声特性，要有较高的信噪比输出特性，才能将有用信号放大提取出来。I\/V变换的噪声源是反馈电阻上的热噪声和放大器的等效输入噪声，加大反馈电阻，如为1M 可减小低频噪声；I\/V变换第二个噪声源是运算放大器的输入漏电流，为了减小运放漏电流，采用场效应管J-FET运算放大器，因此前置放大即一级运放电路选用了具有高输入阻抗、低输入电流的场效应管运算放大器如LF356、TL071等；

二级运放选用了高精度运OP07，作用是消除干扰，提高信噪比及测量精度，为了提高仪器的分辨率，将前置放大之后的两路信号作相加、相减处理并经过不同程度的放大后送入单片机进行数据采集。PSD传感器测量电路信号稳定、线性好、零漂与温漂极低，采集精度高，能满足使用要求。

具体地，如图2所示，所述一级运放电路包括电容C2、电阻R1、电阻箱UR1、放大器A1、电容C3、电阻R2、电阻箱UR2和放大器A2；所述电容C2、电阻R1、放大器A1 并联，放大器A1的正极输入端连接地线，放大器A1的一侧端引脚1串联电阻箱UR1连接到放大器A1的引脚5，另一侧两引脚连接-12V和+12V；所述电容C3、电阻R2、放大器 A2并联，放大器A2的正极输入端连接地线，放大器A2的一侧端引脚1串联电阻箱UR2 连接到放大器A2的引脚5，另一侧两引脚连接-12V和+12V。

具体地，如图2所示，所述二级运放电路包括电阻R4、电阻箱UR3、放大器A3、电阻R7、电阻箱UR4、放大器A4和电阻R9；所述电阻R4与放大器A3并联，放大器A3的正极输入端连接地线，放大器A3的一侧端引脚1串联电阻箱UR3连接到放大器A3的引脚 8，放大器A3的另一侧端两个引脚连接-12V和+12V，电阻R7与放大器A4并联，放大器A4的正极输入端串联电阻R9与地线连接，放大器A4的一侧端引脚1串联电阻箱UR4连接到放大器A4的引脚8，放大器A4的另一侧端两个引脚连接-12V和+12V。

电源电路为单片机与PSD测量电路提供电源，其稳定性直接影响单片机与PSD测量电路的各组成芯片的稳定性，也是芯片噪声的来源，因此能提供高质量电源是保障芯片稳定可靠工作，实现高精度测量的关键。

电源电路包括交流电压LC调整部分、变压器、整流环节、滤波电路和稳压电路。

具体地，如图3所示，所述电源电路包括变压器T1、桥式整流电路B1、桥式整流电路B2、电解电容C1、电解电容C2、电解电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、稳压芯片 W1、稳压芯片W2、稳压芯片W3、电容C7、电容C8、电容C9和端口P3；所述端口P3的引脚1分别与电容C7的一端和稳压芯片W1的引脚3连接，电容C7的另一端分别连接端口P3的引脚2、地线、稳压芯片W1的引脚2、电容C4的一端、电解电容C1的一端和桥式整流电路B2，稳压芯片W1的引脚1分别连接电容C4的另一端、电解电容C1的另一端和桥式整流电路B2，桥式整流电路B2与变压器T1连接，端口P3的引脚3分别连接电容 C8一端和稳压芯片W2的引脚3，电容C8的另一端分别连接端口P3的引脚4、引脚5、电容C9的一端，稳压芯片W2的引脚2、稳压芯片W3的引脚2、电容C5的一端、电容C6 的一端、电解电容C2的一端，电解电容C3的一端，地线和变压器T，电容C9的另一端分别连接端口P3的引脚6和稳压芯片W3的引脚3，稳压芯片W2的引脚1分别连接电容C5的另一端、电解电容C2的另一端和桥式整流电路B1，稳压芯片W3的引脚1分别连接电容C6的另一端、电解电容C3的另一端和桥式整流电路B 1,桥式整流电路B1连接变压器T1。

工作原理为：将市用220V、50Hz交流电，先通过由储能元件电容、电感组成交流电压LC调整部分，由于储能元件都具有能量调整的特性，在电能减少时它释放能量，在能量增加时储存能量，利用它这种特性组成的交流电压LC调整部分可大大削弱其交流成分，再用变压器将有效值为220V的交流电压转变成有效值为15V和8V的交流电压，通过桥式整流电路利用二极管的单向导电性将交流电变成单方向的直流电，但这种直流电压幅值变化很大，利用滤波电路将其中的交流部分滤掉，尽可能保留其直流成分，得到较平滑的直流电压，可此时的电压值还受电网电压波动和负载变化的影响，所以需要稳压电路使输出电压基本不受外界影响。本电路采用W7800系列集成稳压器进行稳压处理。由于本电路要提供便高质量电源，因此比一般电路增加两个环节：

一个是增加前置LC交流调整部分，使交流电的波动在通过变压器之前得到很大的减弱。

另一个是增加DC-DC隔离交换器可以把单一电压变成电路需要的多路电压输出，减化了电路设计，且通过隔离可排除在电源回路与地线之间的干扰，使复杂的接线问题变得简单，本DC-DC隔离交换器型号l2D12-150，输入+12电压，输出±12V电压，输出电流150mA。

而且本电路采用的W7800系列集成稳压器，具有精度高，体积小，使用方便，输出电压固定或可调解，输出电流可扩展，有多种保护功能等特点。

如图4所示，PSD信号处理电路包括放大器IC1、放大器IC2、放大器IC3、放大器IC4、放大器IC5、放大器IC6、电容C1、电阻Rf1、电容C2、电阻Rf2、电阻R1、电阻 R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8和电阻R9；所述电容C1与电阻Rf1并联，所述放大器IC1的负极输入端连接电阻Rf1的一端，电阻Rf1的另一端分别连接电阻R1的一端、放大器IC1的输出端和电阻R4的一端，电阻R1的另一端分别连接分别连接电阻R5的一端、放大器IC3的负极输入端和电阻R2的一端，电阻R5的另一端分别连接IC3的输出端和电阻R8的一端，R8的另一端分别连接IC5的负极输入端和R9 的一端，R9的另一端分别连接IC5的输出端和IC6；电容C2并联电阻Rf2，IC2的负极输入端连接Rf2的一端，Rf2的另一端分别连接IC2的输出端、R2的另一端和R3的一端， R3的另一端分别连接R6的一端和IC4的负极输入端，R6的另一端分别连接IC4的输出端和IC6；IC4的正极输入端分别连接R4的另一端和R7的一端，R7的另一端、IC1的正极输入端、IC2的正极输入端、IC3的正极输入端和IC5的正极输入端分别连接地线。

如图4所示实现一维PSD信号处理电路，将放大器分别用于光电流—电压转换、加法器、减法器、除法器等几个作用，用于要求处理速度快和实时控制的场合，

除法器是乘法器中的一种应用，型号为线性化可变跨导四象限集成模拟乘法器如MC1595L、具有输出电流放大器的第二代乘法器如MC1594L\/MC1494L、具有输出电压放大器的第二代乘法器如AD530、AD532、BB4203、BB4205等、利用有负反馈的高性能集成模拟乘法器如AD534、AD634、BB4213、BB4214等。

因为上述各环节的保障，使本电路可提供高稳定性电源，保证同轴度测量仪各硬件组成电路及其芯片功能实现。并保证不会因为电源稳定性的原因，而影响同轴度测量仪各硬件组成电路及其芯片的精度，从而影响测量结果。

设计图

一种激光同轴度测量仪的测控电路论文和设计

一种激光同轴度测量仪的测控电路论文和设计-王北一

全文摘要

主设计要求

设计方案

设计说明书

设计图

相关信息详情

猜你喜欢