CN201149482Y - 便携式光栅数显测微仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于仪器仪表技术领域，具体为一种便携式光栅数显测微仪。它由推杆、圆盘、主光栅、指示光栅、上下印刷电路板、红外发射管、接收管、外壳等组成，其中，印刷电路板上的电路由红外发射管、接收管、放大器、比较器、逻辑电路、微处理器、液晶显示器、键盘等连接组成。被测的微小位移量转换成光栅对相应变化的莫尔干涉条纹信号，由红外光通过光栅对，被光电元件接收，并转换成电信号，经模拟电路及微处理器接收处理成为数字信号，由显示器显示。本实用新型体积小，便于携带；测量小位移，精度高，稳定性好；并可以和计算机通讯，适用于现代制造业领域。

Description

便携式光栅数显测微仪

技术领域

本实用新型属于仪器仪表技术领域，具体涉及一种光栅数显位移测量仪。

背景技术

在机械加工中，高精度小位移量(在0-10mm范围内)的测量通常使用机械式和数显式千分表。在数显式中主要是容栅千分表及少量带有外接直流电源供电的光栅数显千分表。它们具有精度差、体积大、使用不方便诸缺点。光栅由激光刻制的母板复制而成，具有精度高、稳定性好等优点，目前被广泛应用于数控机床等大位移测量中。由于受光栅传感器功耗及体积等因素限制，要做成便携式小位移量的数显千分表有很大的困难，在国内外鲜有这方面的报道。本实用新型利用近代微电子技术发展，低功耗小体积的电子元器件及高性能微处理芯片的产生和电源技术的发展，并尽力优化机械，结构设计，从多方面的考量以达到预期效果。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种精度高、稳定性好、分辨率高、便于携带并能和计算机通讯、适用于现代先进制造业的数显测微仪。

本实用新型设计的便携式光栅数显测微仪，其结构如图1所示。由推杆1、圆盘5、主光栅2、指示光栅3、上印刷电路板7、下印刷电路板10、红外发射管9、红外接收管8、止拉杆13、拉簧11和外壳6组合构成，其中，推杆1贯穿外壳6的中间部位；主光栅2与推杆1连接成一体，指示光栅3设置在金属片4上，金属片4固定上圆盘5上；主光栅2和指示光栅3组成光栅对；上印刷电路板7设置于推杆1的上侧，下印刷电极板10设置于推杆1的下侧，红外发射管9共有2个，设置于下印刷电路板10上，红外接收管8共有4个，设置于上印刷电路板7上；红外发射管9和红外接收管8相互对应，且位于光栅对两侧；止转杆13与推杆1连接成一体，并与推杆1垂直，拉簧11的一端与止转杆13连接，另一端通过螺丝12与壳体6连接；所有部件设置于外壳6内；外壳6的正面设置显示屏，并设有3个控制按钮。

本实用新型中，印刷电路板上的电路如图3所示。该电路由红外发射管14、15，红外接收管16-19，放大电路20、21，比较电路22、23，逻辑电路24，微处理器25，液晶驱动器28，液晶显示器29，键盘31，RS-232电路30，DC-DC电路26，及供电电池27组成。其中，讯号分二路，一路由红外发射管14发出的红外光穿透由指示光栅3和主光栅2组成的光栅对，被红外接收管16、17接收，二线接入放大器20进行放大，放大后的讯号进入微处理器25进行A/D转换，同时进入比较器22，比较整形后获得矩形信号进入逻辑电路24。

另一路由红外发射管15发出的红外光，穿透由指示光栅3和主光栅2组成的光栅对，被红外接收管18、19接收。二线接入放大器21进行放大，放大后的信号进入微处理器25，进行A/D转换，同时进入比较器23，比较整形后获得矩形记号进入逻辑电路24。逻辑电路根据由比较器22和比较器23送来的讯号进行逻辑判别，得出正向和反向脉冲，进入微处理器25计数。微处理25根据正向、反向的计数及二路A/D讯号，通过运算得出推杆1的位移值，该位移值经微处理器25的I/O口送给液晶驱动器28，驱动液晶显示器29加以显示。微处理器25在TXD口送出讯息通过RS-232接口30和计算机相连，计算机的命令可通过RS-232接口30发回RXD被微处理器25接收。

键盘31连接各路接入微处理器25的I/O口，每个I/O可感知各键的闭合，可确定各键的键值，微处理器25可根据各键值决定每键的功能，进行相应的操作。

外接锂电池27，通过DC-DC电路26变换成微处理器25的电源，同时锂电池接入微处理器25的A/D口，由微处理器25检测锂电池的电压是否低于允许值，作出相应的处理。

本实用新型主要特点之一是采用厚度小、紧凑的光栅对。扁平的红外发光管及接收管接装在上、下二块印刷板上，和光栅对保持尽量短的距离。另外对光栅的复制提出较高的要求，尽量降低放大器的放大倍数，减少温漂，增加稳定性。

本实用新型把推杆的拉簧安装在止转杆上，利用拉簧二头所处位置的高低使拉簧产生一个向上的分力，这分力生成推杆的回转力矩，这回转力矩使主光栅紧贴指示光栅，从而保证光栅对的良好啮合。由于光栅对的啮合程序对莫尔干涉条纹的增益十分敏感，因此能保证光电讯号的稳定。

为了实现便携，本实用新型采用容量高、体积小可充电的锂电池作为供电电源。加上采用微功耗、小体积、集多种资源于一体的微处理芯片及其它电路元件，以保证锂电池有足够的供电时间。

本实用新型可采用的元器件均为市购规格产品。本表的大小，使用场合和方法均和常规的机械表相同，但更直观，精度高几个数量级且具有数字化及智能功能，并能和计算机通讯。更适合现代先进制造业领域。

附图说明

图1为本实用新型机械结构分解图。

图2为本实用新型机械结构剖面图示。

图3为本实用新型的电路原理图。

图中标号：1为推杆，2为主光栅，3为指示光栅，4为金属片，5为圆板，6为壳体，7为上印刷线路板，8为红外接收管，9为红外发射管，10为下印刷线路板，11为拉簧，12为螺丝，13为止转杆，14为第一个红外发射管，15为第二个红外发射管，16-19依次为第一、第二、第三、第四红外接收管，20为第一放大器，21为第一放大器，22为第一比较器，23为第二比较器，24为逻辑电路，25为微处理器，26为DC/DC，27为供电电池，28为液晶驱动器，29为液晶显示器，30为RS-232接口电路，31为键盘。

具体实施方式

据附图1和2，指示光栅3为方形，长11毫米，宽12毫米，厚1.2毫米左右，贴装在厚度为1毫米、中间通孔直径10毫米的金属薄片4上成一组件，该组件固定在圆板5上，圆板5再固定在壳体6上。主光栅2长22毫米，宽12毫米，厚1.2毫米左右，和推杆1粘成一体。主光栅2紧贴指示光栅3组成一光栅对。随着推杆1的移动，主光栅2和指示光栅3之间有相对的运动。光栅对之间产生莫尔干涉条纹，莫尔干涉条纹紧随推杆位移成规则变化。通过焊接在光栅对下面印刷线路板10上的红外发射管9发出的红外光被焊接在光栅付上面的印刷线路板7上的红外接收管8接收，把莫尔干涉条纹的变化转变成电量的变化，经放大处理运算成推杆的位移变化。

拉簧11一端拉住止转杆13，另一端固定在壳体螺丝12上。螺丝12和止转杆13之间有大约壳体厚度一半的位置差，且止转杆比螺丝位置低。因此弹簧的拉力F可分解成平行于推杆1的分力F1和垂直于止转杆向上的分力F2，由于止转杆13和推杆1连成一体，因此F2对推杆1会产生一回转力矩M。主光栅2和推杆1粘成一体，这力矩可使推杆1在行程范围内保证光栅对之间有良好的啮合性能，减少波动，提高稳定性。

据附图3，发光二极管14和15发出波长为940nm红外光，透过由指示光栅3和主光栅2组成的光栅对被红外接收管16-19接收，把接收到变化的莫尔干涉条纹信号分别接入放大器20、21放大，再分别进入微处理25中的A/D转换单元以及比较单元22、23整形成矩形波，进入逻辑单元24，生成方向判别脉冲，进入微处理器25的计数单元计数，由微处理器25根据计数单元的值以及A/D转换值运算得出推杆的位移量，再经LCD驱动器28驱动液晶显示器29显示位移位，并通过RS-232单元30输出相应数据和计算机通讯。键盘31和微处理器I/O口相连。通过键盘可设置分辨率转换、公制英制转换，最大值、最小值、计值的范围，数据保持等的功能。DC-DC模块26把外接电池27从3.7V以下转换成微处理器的供电电压。微处理器的I/O口作为诸如液晶显示、红外发光接收、放大器、比较器、逻辑电路等供电电源。锂电池亦由微处理器监视，如电压低，发出信号提示充电，并使微处理机进入睡眠状态，切断所有单元的供电。

本实用新型所采用的电子元器件均为市场规格产品。

Claims (2)

1、一种便携式光栅数显测微仪，其特征在于由推杆(1)、圆盘(5)、主光栅(2)、指示光栅(3)、上印刷电路板(7)、下印刷电路板(10)、红外发射管(9)、红外接收管(8)、止拉杆(13)、拉簧(11)和外壳(6)组合构成，其中，推杆(1)贯穿外壳(6)的中间部位；主光栅(2)与推杆(1)连接成一体，指示光栅(3)设置在金属片(4)上，金属片(4)固定上圆盘(5)上；主光栅(2)和指示光栅(3)组成光栅对；上印刷电路板(7)设置于推杆(1)的上侧，下印刷电极板(10)设置于推杆(1)的下侧，红外发射管(9)共有2个，设置于下印刷电路板(10)上，红外接收管(8)共有4个，设置于上印刷电路板(7)上；红外发射管(9)和红外接收管(8)相互对应，且位于光栅对两侧；止转杆(13)与推杆(1)连接成一体，并与推杆(1)垂直，拉簧(11)的一端与止转杆(13)连接，另一端通过螺丝(12)与壳体6连接；所有部件设置于外壳(6)内；外壳(6)的正面设置显示屏，并设有3个控制按钮。

2、根据权利要求1所述的便携式光栅数显测微仪，其特征在于印刷电路板上的电路由红外发射管(14、15)，红外接收管(16-19)、放大电路(20、21)、比较电路(22、23)，逻辑电路(24)、微处理器(25)、液晶驱动器(28)、液晶显示器(29)、键盘(31)RS-232电路(30)、DC-DC电路(26)及供电电池(27)组成；其中：讯号分二路，一路由红外发射管(14)发出的红外光穿透由指示光栅(3)和主光栅(2)组成的光栅对，被红外接收管(16、17)接收，二线接入放大器(20)进行放大，放大后的讯号进入微处理器(25)进行A/D转换，同时进入比较器(22)，比较整形后获得矩形信号进入逻辑电路(24)；

另一路由红外发射管(15)发出的红外光穿透由指示光栅(3)和主光栅(2)组成的光栅对，被红外接收管(18、19)接收，二线接入放大器(21)进行放大，放大后的信号进入微处理器(25)，进行A/D转换，同时进入比较器(23)，比较整形后获得矩形记号进入逻辑电路(24)；逻辑电路根据由比较器(22)和比较器(23)送来的讯号进行逻辑判别，得出正向和反向脉冲，进入微处理器(25)计数；微处理(25)根据正向、反向的计数及二路A/D讯号，通过运算得出推杆(1)的位移值，该位移值经微处理器(25)的I/O口送给液晶驱动器(28)，驱动液晶显示器(29)加以显示；微处理器(25)在TXD口送出讯息通过RS-232接口(30)和计算机相连，计算机的命令通过RS-232接口(30)发回RXD被微处理器(25)接收。

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