专利名称：一种精密长度测量通用表头的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种以应用电或电磁的方法为特征的长度测量的通用表头。通过电感传感器将位移量变为脉冲频率变化，然后将频率变化再转变为位移量，并显示。本实用新型尤其适合于大批量比较测量之用。
国内外以电或电磁的方法为特征的用于批量比较测量的基本思想普遍是位移量经磁芯棒体的移动变为电感量的变化传给交流电桥，电桥的差动输出，经交流放大，相敏整流，直流放大等环节转变为电压模拟量。然后，或经模数转换变为数字量，或用指针式仪表变为数字量输出。例如专利号90212416.1的专利公开了一种使用这种方法的电子卡规，这种传统的方式有以下几个方面的缺点1、元件数目多，环节多，其倍率和线性的调整和元件的搭配筛选都有极严的要求，因此，不适于大批量生产，且价格昂贵，推广应用困难；2、电路所需体积较大，不便于同塞规或卡规直接装为一体；3、其测量范围随分辩率的不同而变，一般其测量范围较小，因而，它们对塞规和卡规的机械本体的加工精度和对标准件的尺寸精度都有较苛刻的要求；4、一般难以做成多通道，对多相关量的测量难以实现。
专利号为88212744的专利则给出了一种具有差动结构，采用差动调频方式结合单片机处理数据的测量仪器，它在测量精度及稳定性方面比前者进步了一些，但由于脉冲信号需经过整形、放大等环节、元件数目多，电路部分体积大，不便于同用于批量测量的塞规和卡规直接装为一体，使用不方便。且其测量时整机工作，功耗较大，不适于用干电池供电。
本实用新型的目的是提供一种能使测量电路元件极少，体积小，功耗极低，且能方便地直接装在常规塞规或卡规上，测量范围大，精度高，抗干扰能力强，稳定性好，特别适合于车间里重复测量大批量工件用的通用表头。
本实用新型有两个核心元件一个是振荡源，另一个是低功耗单片计算机。与低功耗单片机联接的还有复位电路和复位键，锁存译码单元和由其控制的液晶显示器，判别或分组灯组以及功能键。所说的振荡源是一个由多谐振荡器(实现讯号放大和反馈)，若干传感器，联接在多谐振荡器与传感器间的电阻R1、R2，电容C以及模拟切换开关组成的方波振荡源，R1、R2并联。低功耗单片机的其中一支脚与振荡源的多谐振荡器相连，另两支脚与模拟切换开关联接；精密稳压源为整机提供高稳定性电源。
本实用新型的原理是采用电感传感器的电感L、电阻R的R、L积分定时方式结合多谐振荡器的讯号放大和反馈环节组成方波振荡源将位移量变为脉冲频率的变化，使用低功耗单片机结合这种振荡源，利用低功耗单片机的“等待状态”实现测量(计频)，即测量时，低功耗单片机一个定时计数器实现精确定时，一个定时计数器作为频率计数。
本实用新型省略对脉冲信号进行整形等环节；利用低功耗单片机的“等待状态”进行测量，在测量过程中，单片机不运行程序，且其它大多数元件也处于静止状态，因而有以下优点
1、可使元件数目极少，环节单一，不存在元件的搭配问题，控制、运算、判别均通过单片机编程实现，装配简单，调整方便，功能灵活，适用范围广。
2、电路部分所需装配体积小，易于同塞规、卡规直接装为一体。
3、其功耗极小，测量转换部分的电路所需电流小于0.3mA，整机电流不大于2mA，且不随通道的增多而加大电流，因此可用干电池供电。
4、其抗干扰能力极强，稳定性好，测量误差可以做到小于±0.005微米。
5、其测量范围不随分辩率的变化而变，测量范围大。若采用DGC－8ZG型传感器(中原量仪厂生产)，测量范围为±450微米，对塞规和卡规机械本体的加工精度要求可低些，尤其对标准件的实际尺寸相对于名义尺寸的偏差，可较大范围地放宽，给实际应用带来方便，可降低机械部分的成本。
6、在多相关量的测量应用场合，可挂上多只传感器实现。
7、有各种故障诊断功能，给使用维护带来方便。
以下结合附图对本发明作进一步说明
图1本发明通用表头的结构方框图；图2振荡源电路图；图3本发明一个应用实例图；图4为图3实施例单片机CPU单元电原理图；图5为图3实施例显示单元电原理图；图6微功耗精密稳压源电路图；图7主程序流程图；图8零点漂移修正子程序的流程图9测量子程序流程图。
图1中1－振荡源、2－低功耗单片机、3－复位电路、4－锁存译码驱动单元、5－液晶显示器、6－判别或分组灯、7－功能键、11－精密稳压源、12－音响告警。
图2中振荡源1由8－多谐振荡器、9－若干传感器、10－模拟切换开关，电阻R1、R2，电容C组成。
图3中是本发明和塞规装在一起时的应用实例。其中13－表头、14－手把、15－弹性体、16－磁芯棒、17－宝石触头、18－导套、19－线圈、20－基体。
实施例如图3、图4、图5、图6所示。
该实施例中本发明与常规塞规连为一体，其中低功耗单片机2可采用87C51芯片或采用80C31芯片加挂程序存储器，多谐振荡器8采用CD4047，模拟开关10选用4通道CD4052。其它元件及参数如图。
低功耗单片机2程序存储单元预先置入有各种功能程序模块和常数。比如说控制模拟切换开关10的程序，传感器倍率、线性调整程序，标准环规对应测量点的偏差尺寸和合格指标等数据的存储，零点飘移修正程序，定时中断服务程序，运算程序，故障诊断程序等等。
测量前，需对表头每一传感器做一次倍率和线性的调整测定，并确定对应的线性修正方程。倍率和线性调整借助精密微动台架和预先置入单片机2的传感器倍率、线性调整程序完成。调整原理是对某一通道某一传感器，给出若干确定的位移量，测量其相应的频率变化，倍率和线性调整程序会根据这组数据确定涉及倍率和线性的所有参数，并确定线性修正方程，以备测量时根据某一测量值的频率变化，用已确定好的方程换算出位移量的数值。
合格指标的数据，标准环规的偏差尺寸可以在用户订货时提供，连同所有其它可编程的数据，一次固化于单片机中。
在每一次使用之前，首先将塞规插入标准环规测取基准数据，测毕，取出塞规，仪器会自动测取塞规空闲时的基准值。为了保持该基准值不变，在塞规每次插入工件进行测量之前，单片机总利用这段测量前空闲时间不断重复执行零点漂移修正程序。主程序流程图如图7所示，零点漂移修正的流程图如图8所示。
当塞规的导套18插入工件时，宝石触头17被压缩，引起磁芯棒16相对线圈19产生移动，多谐振荡器CD4047的1、2脚间的电感产生变化，从而13脚输出的方波脉冲频率产生变化，这个脉冲讯号由单片机2的计数器计频。低功耗单片机采用“等待方式”计频，其流程图如图9所示。
取得测量值后，由单片机2中倍率，线性调整程序，将对应传感器的测量值转变为位移数字量；然后用测量值减去标准环规的偏差值和测环规时的基准值，并将其与给定判别指标比较，得到比较结果。最后将测量数据送显示器5显示，将判别结果送判别指示灯组6，至此完成一个测量周期。
对多相关量的测量，可以挂多只传感器实现。例如挂三只或四只传感器时，使用控制模拟开关的程序，依次测出每个通道的测量值，再经过单片机程序处理，得到所需的多相关量的结果。
本实用新型和卡规配合时，使用原理完全相同不再辍述。
权利要求1.一种精密长度测量的通用表头，其特征是有两个核心元件，一个是振荡源1，另一个是低功耗单片计算机2，与单片机2联接的还有复位电路3和复位键，锁存译码单元4和由其控制的液晶显示器5，判别或分组发光灯组6以及功能键7，所说的振荡源1是一个由一个多谐振荡器8，若干传感器9，联接在多谐振荡器8与传感器9间的并联电阻R1、R2，电容C以及模拟切换开关10组成的方波振荡源，单片机2的其中一支脚与振荡源1的多谐振荡器8相联，另有两支脚与模拟切换开关10联接；精密稳压源11为整机提供高稳定性电源。
2.根据权利要求1所述的精密长度测量的通用表头，其特征是低功耗单片机采用87C51芯片。
3.根据权利要求1或2所述的精密长度测量的通用表头，其特征是多谐振荡器采用CD4047。
专利摘要本实用新型公开了一种精密长度测量通用表头。它有两个核心元件一个是振荡源，一个是低功耗单片机，另外还有复位电路，锁存译码单元，液晶显示器等，该振荡源是由多谐振荡器，若干传感器，电阻，电容以及模拟切换开关组成的方波振荡源，本实用新型具有电路元件数目小，体积小，功耗极低的特点，可以和常规塞规，卡规装为一体，特别适合于车间里批量测量之用，且表头本身也适合于大批量生产。
文档编号G01B7/02GK2157486SQ9224569
公开日1994年2月23日 申请日期1992年12月24日 优先权日1992年12月24日
发明者霍木林 申请人:霍木林