基于时空转换法的正弦波光栅尺位移测量系统设计

传感技术学报

CHINESE JOURNAL OF SENSORS AND ACTUATORS 第28卷第9期2015年9月Vol 28No.9

Sept.2015Design of the Displacement Measurement System for Sine -Wave Grating Based on Time -Space Conversion Method *

FAN Guopeng 1

，ZHOU Li 1*，YIN Ming 2，LI Zhenhua 1，JIANG Tao 1，ZHOU Wenqing 1

（1.College of Electrical and Information Engineering ，Anhui University of Science and Technology ，Huainan Anhui 232001，China ；

2.School of Information and Electrical Engineering ，China University of Mining and Technology ，Xuzhou Jiangsu 221116，China ）Abstract ：A grating has been viewed as the high -precision position measuring instrument ，however ，its resolution is limited by the spatial characterization based on ultraprecise technology.Therefore ，the measuring accuracy need to be improved by the electronics subdivision urgently.Time -space conversion method has been proposed in this paper.Based on carrier modulation theory and the spatial equivalent constant ，measuring displacement is converted to the measurement of instantaneous signal cycle.Firstly ，the mathematical derivation for time -space conversion method is conducted.Furthermore ，the identification method for sine -wave grating displacement and its moving direction is ex?plored.Then ，displacement measurement system for sine -wave grating based on time -space conversion method is es?tablished under DSP platform.Finally ，the error has been analyzed based on experimental data and raster signals ，such as residual DC level ，amplitude imbalance and non -orthogonal phase.As for the sine -wave grating with a grat?ing pitch of 8m m ，experimental results show that the average measuring error of the time -space conversion method is ±0.2581m m ，meanwhile ，the subdivision and the direction discrimination are contained.Key words ：time -space conversion method ；carrier modulation ；grating signal ；error analysis

EEACC ：1280；7220doi ：10.3969/j.issn.1004-1699.2015.09.017

基于时空转换法的正弦波光栅尺位移测量系统设计

*范国鹏1，周莉1*，殷明2，李振华1，蒋涛1，周文庆1

（1.安徽理工大学电气与信息工程学院，安徽淮南232001；2.中国矿业大学信息与电气工程学院，江苏徐州221116）

摘要：光栅尺作为高精度位置测量仪器，其分辨率受制于超精密的空间刻划技术，测量精度急需通过电子学细分法来提高。为此，提出了“时空转换”的思想：借助于载波调制理论，引入了恒定的时空当量，将对空间位移的测量转换为对信号瞬时周期的测量。首先，进行了时空转换法的数学推导，探究了正弦波光栅尺位移的测定和移动方向的判别方法；然后，在DSP 开发平台下，搭建出基于时空转换法的正弦波光栅尺位移测量系统；最后，从实验数据以及光栅信号的残余直流电平、幅值不均衡、相位不正交等方面进行了误差分析。实验表明：栅距为8m m 的正弦波光栅尺，在时空转换法下，平均测量误差为±0.2581μm ，兼顾了细分与辨向。关键词：时空转换法；载波调制；光栅信号；误差分析

中图分类号：TP212；TP271.4文献标识码：A 文章编号：1004-1699（2015）09-1367-06

光栅尺是一种以高精度计量光栅作为检测元件，利用光栅衍射或透射原理以及光电转换技术，将位移信息转换成相应的模拟信号或数字脉冲的检测装置［1］。然而，制约现有光栅尺发展的关键因素在于：其依赖的是基于超精密的空间刻划技术［2］。增加光栅尺栅线数的方法，造成栅距减小，因而，对光学

系统和机械系统的要求变得严格；与此同时，也导致

光栅的最大运动速度受到了限制［3］。因此仅仅依靠

进一步增加光栅线的密度已经远远不够，迫切需要

寻求新的方法来提高光栅尺的测量精度。

时空转换细分方法作为一种电子学细分方法，

在光栅尺位移测量系统中得到广泛应用。然而，基————————————

项目来源：淮南市科技计划项目（2014A1801）

收稿日期：2015-04-16修改日期：2015-06-18

传感器测量系统设计

课程设计说明书 学生姓名:学号： 学院: 班级: 题目: 传感器测量系统设计 高 指导教师：高敏职称: 副教授 年 12 月 26 日

摘要 在工程实践中,经常会遇到各种需要测量转速的场合，例如在发动机、电动机、卷扬机、机床主轴等旋转设备的试验、运转和控制中，常需要分时或连续测量和显示其转速及瞬时转速。要测速，首先要解决是采样问题。在使用模技术制作测速表时，常用测速发电机的方法，即将测速发电机的转轴与待测轴相连，测速发电机的电压高低反映了转速的高低。为了能精确地测量转速外,还要保证测量的实时性,要求能测得瞬时转速方法。因此转速的测试具有重要的意义。 关键词：电动机，单片机，传感器，晶振电路，流程图

目录 1 概述 (3) 1.1本课题设计的目的和意义 (3) 1.2数字式转速测量系统的发展背景 (3) 2 单片机 (4) 2.1 单片机AT89C51介绍 (4) 3 系统方案提出和论证（传感器的选择） (7) 3.1 方案一霍尔传感器测量方案 (7) 3.2 方案二光电传感器 (8) 4 转速测量系统的原理 (9) 4.1 转速测量方法 (9) 4.2 转速测量原理 (9) 5 系统硬件设计 (11) 5.1 转速信号采集 (11) 5.2 转速信号处理电路设计 (13) 5.3 最小系统的设计 (14) 5.3.1 复位电路（图4.8） (14) 5.3.2 晶振电路 (16) 5.3.3 最小系统的仿真 (17) 总结 (18) 参考文献 (19)

1 概述 1.1 本设计课题的目的和意义 在工程实践中,经常会遇到各种需要测量转速的场合, 例如在发动机、电动机、卷扬机、机床主轴等旋转设备的试验、运转和控制中,常需要分时或连续测量和显示其转速及瞬时转速。要测速，首先要解决是采样问题。在使用模技术制作测速表时，常用测速发电机的方法，即将测速发电机的转轴与待测轴相连，测速发电机的电压高低反映了转速的高低。为了能精确地测量转速外,还要保证测量的实时性,要求能测得瞬时转速方法。因此转速的测试具有重要的意义。 这次设计内容包含知识全面，对传感器测量发电机转速的不同的方法及原理设计有较多介绍，在测量系统中能学到关于测量转速的传感器采样问题，单片机部分的内容，显示部分等各个模块的通信和联调。全面了解单片机和信号放大的具体内容。进一步锻炼我们在信号采集，处理，显示发面的实际工作能力。 1.2 数字式转速测量系统的发展背景 目前国内外测量电机转速的方法很多，按照不同的理论方法，先后产生过模拟测速法(如离心式转速表、用电机转矩或者电机电枢电动势计算所得)、同步测速法(如机械式或闪光式频闪测速仪)以及计数测速法。计数测速法又可分为机械式定时计数法和电子式定时计数法。传统的电机转速检测多采用测速发电机或光电数字脉冲编码器，也有采用电磁式(利用电磁感应原理或可变磁阻的霍尔元件等)、电容式(对高频振荡进行幅值调制或频率调制)等，还有一些特殊的测速器是利用置于旋转体内的放射性材料来发生脉冲信号．其中应用最广的是光电式，光电式测系统具有低惯性、低噪声、高分辨率和高精度的优点．加之激光光源、光栅、光学码盘、CCD 器件、光导纤维等的相继出现和成功应用，使得光电传感器在检测和控制领域得到了广泛的应用。而采用光电传感器的电机转速测量系统测量准确度高、采样速度快、测量范围宽和测量精度与被测转速无关等优点，具有广阔的应用前景。

光栅尺

几类典型光栅尺的性价比分析和使用要求简介 摘要：本文介绍了光栅尺的基本原理和分类。并列举了实际生产中的几种典型光栅尺，介绍了其技术参数、安装步骤和使用方法，通过比较，得出性价比分析。关键词：光栅尺；技术参数；摩尔纹 Abstract:This paper introduces the basic principle of grating ruler and classification. And enumerates several typical light in actual productio n.Grating ruler, introduces the technical parameters, the installation steps and method of use, by comparison, it is concluded that ratio of analysis. Keyword: grating ruler；technical parameters；Moore grain

1.光栅尺简介 光栅尺位移传感器（简称光栅尺），是利用光栅的光学原理工作的测量反馈装置。光栅尺位移传感器经常应用于数控机床的闭环伺服系统中，可用作直线位移或者角位移的检测。其测量输出的信号为数字脉冲，具有检测范围大，检测精度高，响应速度快的特点。例如，在数控机床中常用于对刀具和工件的坐标进行检测，来观察和跟踪走刀误差，以起到一个补偿刀具的运动误差的作用。 1.2光栅尺工作原理 光栅尺是通过莫尔条纹原理，通过光电转换，以数字方式表示线性位移量的高精度位移传感器. GBC系列光栅尺是由读数头、主尺和接口组成。玻璃光栅上均匀地刻有透光和小透光的线条，栅线为50线对/mm，其光栅栅距为0.02mm，采用四细分后便可得到分辩率为5μm的计数脉冲。一般的情况下，线条数按所测精度刻制，为了判别出运动方向，线条被刻成相位上相差90°的两路。当读数头运动时，接口电路的光电接收器分别产生A相和B相两路相位相差90°的脉冲波，输出信号再经过数显系统细分处理,分辨率是光栅周期除以信号细分数,经过电子信号细分处理分辨率可为5um或1um 。 1.2.1莫尔条纹 以透射光栅为例，当指示光栅上的线纹和标尺光栅上的线纹之间形成一个小角度θ，并且两个光栅尺刻面相对平行放置时，在光源的照射下，位于几乎垂直的栅纹上形成明暗相间的条纹，这种条纹称为“莫尔条纹”。严格地说莫尔条纹排列的方向是与两片光栅线纹夹角的平分线相垂直，莫尔条纹中两条亮纹或两条暗纹之间的距离称为莫尔条纹的宽度，以W表示。莫尔条纹W=ω /2* sin（θ/2）=ω /θ 。 1.2.2莫尔条纹具特征： (1)莫尔条纹的变化规律 两片光栅相对移过一个栅距，莫尔条纹移过一个条纹距离。由于光的衍射与

压力检测系统设计

单片机系统课程设计 成绩评定表 设计课题:压力检测系统设计 学院名称:电气工程学院 专业班级:自动1304 学生姓名:赵博 学号: 2 指导教师:王黎周刚李攀峰 设计地点 : 31-505 设计时间 : 2015-12-28～2016-01-08

单片机系统 课程设计课程设计名称:压力检测系统设计 专业班级:自动1304 学生姓名:赵博 学号: 2 指导教师:王黎周刚李攀峰 课程设计地点: 31-505 课程设计时间: 2015-12-28～2016-01-08 单片机系统课程设计任务书

目录 1绪论 (3) 1、1压力检测系统概述 (3) 2总体方案设计原理 (4) 2、1 基于单片机的智能压力检测的原理 (4) 2、2 压力传感器 (4) 2、2、1 压力传感器的选择 (4) 2、2、2金属电阻应变片的工作原理 (5) 2、3 A/D转换器 (5) 2、3、1 A/D转换模块器件选择 (5) 2、3、2 A/D转换器的简介 (5) 2、4单片机 (6) 2、4、1 AT89C51单片机简介 (6) 2、4、2主要特性 (7) 2、4、3 管脚说明 (7) 2、5单片机于键盘的接口技术 (8) 2、5、1 键盘功能及结构概述 (8) 2、5、2 单片机与键盘的连接 (9) 2、6 LED显示接口 (10)

2、6、1 LED显示器 (10) 2、6、2七段数码显示器 (11) 2、6、3LED数码管静态显示接口 (12) 3软件设计 (14) 3、1 A/D转换器的软件设计 (14) 3、1、1 ADC0832芯片接口程序的编写 (14) 3、2 单片机与键盘的接口程序设计 (15) 3、3 LED数码管显示程序设计 (16) 总结 (18) 参考文献 (19) 附录A (19) 附录B (20) 1绪论 1、1压力检测系统概述 压力就是工业生产过程中的重要参数之一。压力的检测或控制就是保证生产与设备安全运行必不可少的条件。实现智能化压力检测系统对工业过程的控制具有非常重要的意义。本设计主要通过单片机及专用芯片对传感器所测得的模拟信号进行处理,使其完成智能化功能。介绍了智能压力传感器外围电路的硬件设计,并根据硬件进行了软件编程。 本次设计就是基于AT89C51单片机的测量与显示。就是通过压力传感器将压力转换成电信号,再经过运算放大器进行信号放大,送至8位A／D转换器,然后将模拟信号转换成单片机可以识别的数字信号,再经单片机转换成LED显示器可以识别的信息,最后显示输出。而在显示的过程中通过键盘,向计算机系统输入各种数据与命令,让单片机系统处于预定的功能状态,显示需要的值。 本设计的最终结果就是,将软件下载到硬件上调试出来了需要显示的数据,当输入的模拟信号发生变化的时候,通过A/D转换后,LED将显示不同的数值。

精益生产创意改善之生产周期的缩短

精益生产创意改善之生产周期的缩短 为了实现精益生产，更进一步来讲实现JIT和生产均衡化，需要对生产过程的各个工序进行生产周期的压缩活动。实现生产周期的压缩需要做到以下几点工作： -生产批量的大小控制 -生产准备时间的减少 -生产设施的综合效率提升 -员工的执行力提升 首先我们来讲一讲生产批量大小的控制，精益生产所追求的是单件流生产方式，也就是说把生产批量降到最小，每次只生产一个产品。但这是一个宏观的目标，很多企业是无法实现单件流生产模式的，也是没有必要做到单件流生产的。认为首先要根据企业的实际状况与客户的需求，计算出一个适合的最佳经济批量的大小，并且试运营之后再进行调整优化，寻找最适合自己的批量大小。不过最佳经济批量的大小不是一成不变的，它是根据企业的发展状态和客户的需求情况要定期进行更新的，一般情况下建议每年进行一次优化和调整。 生产准备时间的减小包括准备生产所需要的工具、模具、对应的材料与操作工。在推进生产准备时间减小活动过程中精益生产最强调的是在设备或生产线的停线之前进行更多的工作，来争取减少实际设备或生产线的停止带来的损失。在快速切换-SMED方法论中，我们把准备时间划分为内部作业时间和外部作业时间。这里所讲的内部作业是必须要停线或停止设备以后才能进行的工作，外部作业叫做设备和生产线在正常运作过程当中也可以进行的一系列的准备工作。也就是说，准备时间的缩短中最为关键的就是大幅度把内部作业转换成外部作业来操作。丰田汽车公司在进行快速切换或者是生产准备时间相关的改善活动的时候，采用的大多是以现场的人员为中心的QCC改善活动。 生产准备时间的压缩活动中很关键的一个工作是生产物料的切换准备和持续的供应。一般建议企业建立专业的物流配送部门，使生产操作和物料准备工作能够更为清晰地区分，尽可能减少生产操作以外的工作影响我们一线员工的工作效率。

简易数字式电阻、电容和电感测量仪设计

简易数字式电阻、电容和电感测量仪设计报告 摘要：本系统利用TI公司的16位超低功耗单片机MSP430F149和ICL8038精密函数发生器实现对电阻、电容和电感参数的测量。本系统以自制电源作为LRC数字电桥和各个主要控制芯片的输入电源，并采用ICL8038芯片产生高精度的正弦波信号流经待测的电阻、电容或者电感和标准电阻的串联电路，通过测量电阻、电容或者电感和标准电阻各自的电压，利用电压比例计算的方法推算出电阻值、电容值或者电感值。利用MSP430F149单片机控制测量和计算结果，运用自校准电路提高测量精度，同时用差压法，消除了电源波动对结果的影响。测量结果采用12864液晶模块实时显示。实验测试结果表明，本系统性能稳定，测量精度高。 关键词：LRC 数字电桥、电压比例法、液晶模块、MSP430F149、电阻电容电感测量 一、设计内容及功能 1.1设计内容 设计并制作一台简易数字式电阻、电容和电感参数测量仪，由测量对象、测量仪、LCD 显示和自制电源组成，系统模块划分如下图所示： 测量对象 LCD显示 电阻/电容/电感 简易的数字电阻、电容和电感测量仪 自制电源 1.2 具体要求 1. 测量范围 （1）基本测量范围：电阻100Ω～1MΩ；电容100pF～10000pF；电感100μH～10mH。 （2）发挥测量范围：电阻10Ω～10MΩ；电容50pF～10μF；电感50μH～1H。 2. 测量精度 （1）基本测量精度：电阻±5% ；电容±10% ；电感±5% 。 （2）发挥测量精度：电阻±2% ；电容±8% ；电感±8% 。 3. 利用128*64液晶显示器，显示测量数值、类型和单位。 4. 自制电源 5. 使用按键来设置测量的种类和单位 1.3系统功能 1. 基本完成以上具体要求 2. 使用三个按键分别控制R、C、L的测试 3. 采用液晶显示器显示测量结果 二、系统方案设计与选择 电阻、电容、电感测试仪的设计目前有多种方案可以实现，例如、使用可编程逻辑控制器(PLC)、振荡电路与单片机结合或CPLD与EDA相结合等等来实现。在设计前本文对各种方案进行了比较：

基于单片机的压力检测系统设计

常熟理工学院 电气与自动化工程学院 《传感器原理与检测技术》课程设计 题目：基于AT89C51单片机的 压力检测系统的设计 姓名：李莹 学号： 160509240 班级：测控 092 指导教师：戴梅 起止日期： 2012年7月2日－9日

电气与自动化工程学院 课程设计评分表 课程名称：传感器原理与检测技术 设计题目：压力检测系统的设计 班级：测控092学号：160509240 姓名：李莹 指导老师：戴梅 年月日

课程设计答辩记录 自动化系测控专业 092 班级答辩人：李莹课程设计题目压力检测系统的设计

目录第一章概述 1.相关背景和应用简介 2.总体设计方案 2.1总体设计框图 2.2各模块的功能介绍 第二章硬件电路的设计 1.传感器的选型 2.单片机最小系统设计 3.模数转换电路设计 4.传感器接口电路设计 5.显示电路设计 6.电源电路设计 7.原理图 第三章软件部分的设计 1.总体流程图 2.子程序流程图及相关程序 第四章仿真及结果 第五章小结 参考文献

第一章概述 1.传感器的相关背景及应用简介 近年来，随着微型计算机的发展，传感器在人们的工作和日常生活中应用越来越普遍。压力是工业生产过程中的重要参数之一。压力的检测或控制是保证生产和设备安全运行必不可少的条件。实现智能化压力检测系统对工业过程的控制具有非常重要的意义。压力传感器是工业实践、仪器仪表控制中最为常用的一种传感器，并广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。压力测量对实时监测和安全生产具有重要的意义。在工业生产中，为了高效、安全生产，必须有效控制生产过程中的诸如压力、流量、温度等主要参数。由于压力控制在生产过程中起着决定性的安全作用，因此有必要准确测量压力。通过压力传感器将需要测量的位置的压力信号转化为电信号，再经过运算放大器进行信号放大，送至8位A／D转换器，然后将模拟信号转换成单片机可以识别的数字信号，再经单片机转换成LED显示器可以识别的信息，最后显示输出。 此次设计是基于单片机的压力检测系统，选择的单片机是基于AT89C51单片机的测量与显示，将压力经过压力传感器转变为电信号，经过放大器放大，然后进入A/D 转换器将模拟量转换为数字量显示，我们所采样的A/D转换器为ADC0808。 2.总体设计方案 本次设计是基于AT89C51单片机的测量与显示。电路采用ADC0809模数转换电路，ADC0809是CMOS工艺，采用逐次逼近法的8位A/D转换芯片，片内有带锁存功能的8路模拟电子开关，先用ADC0809的转换器对各路电压值进行采样，然后将模拟信号转换成单片机可以识别的数字信号，再经单片机转换成LED显示器可以识别的信息，最后显示输出。本次设计是以单片机组成的压力测量，系统中必须有前向通道作为电信号的输入通道，用来采集输入信息。压力的测量，需要传感器，利用传感器将压力转换成电信号后，再经放大并经A/D转换为数字量后才能由计算机进行有效处理。然后用LED进行显示。本设计的最终结果是，将软件下载到硬件上调试出来了需要显示的数据，当输入的模拟信号发生变化的时候，通过A/D转换后，LED将显示不同的数值。

精益生产案例应用实践

中国工业工程门户网站：IE学堂网https://www.wendangku.net/doc/a417407437.html,

目录 前言????????????????????2 一、何谓精益生产??????????????2 二、精益生产体系构成????????????3 三、精益生产咨询实施步骤??????????4 四、咨询案例分析??????????????12 在我国加入WTO之际，中国即将成为世界制造业的重心。越来越多的企业决策层所关心的是面对资金雄厚、生产条件先进且早已形成了自己一套管理体系的世界跨国集团和国内同行业的佼佼者，我们如何应对的问题。面对竞争日益激烈的市场，困扰企业老总的交货拖期、库存资金的大量占压、产品质量不稳定、有订单但又做不出来、各级管理人员办事效率低等等不良现象，已成为阻碍企业生存和发展的致命因素。但同样这些现象也是使我们企业老总痛下决心，进行生产管理的过程控制、提高制造系统的柔性、提升企业市场反应速度。于是我们找到了一种使企业快速成长的管理思想和方式——精益。 诞生于日本丰田公司的精益生产方式（也称为TPS或LEAN）是续泰勒生产方式（科学管理法）和福特生产方式（大量装配线方式）之后制造业管理的重大变革。五十年代，丰田诞生了TPS生产模式，

并经过数十年的努力与完善，逐步发展成为一个包括经营理念、生产组织、物流控制、现场管理、质量管理、库存管理和成本管理等的完整的生产管理技术和方法体系。它的基本理念是通过查找和消除生产过程中各种各样的浪费现象达到降低成本的目的。它提出的拉动式和准时化生产方式改变了日本企业的经营模式，成为当代日本企业及其产品强大市场竞争力的坚实基础。目前，精益生产方式成为全球最著名、最富成效的管理模式，以其低成本、高效益被世界企业采用。在欧美管理界和企业界称其为“改造世界的机器。” 最可贵的是这套体系理念简单、易懂具有很强的可操作性，是由一小步一小步的基础性工作撑起的管理体系。它的理念与方法对所有的制造业和服务业都具有指导力。 爱波瑞管理咨询有限公司多年来在生产管理咨询项目上积累了丰富的理论和实践经验。以精益生产方式（也称为TPS或JIT）的基本理念为思想基础的生产管理项目的咨询，它包含了“制造产品”的思路，“生产管理”的思路和“物流”的思路，就如何帮助企业设计合理的工艺流程和设备布局、降低库存、提高产品质量、提高设备的可动率、提高工时利用率和少人化等方面可以提供富有经验的指导和实施帮助。 把“杜绝一切形式的浪费，彻底降 低成本，追求制造全过程的合理性”作为 基本原则和永远的追求目标，并以此作为 获得利润的源泉。 精益生产的两大支柱—— 准时化&自动化 何谓准时化？ 在必要的时候，生产必要数量的必要产品，英文全称“JUST IN TIME”, 简

简单多点温度测量系统课程设计

课程设计报告（2010 —2011 年度第2学期） 题目：基于DS18B20的多点温度测量系统 院系： 姓名： 学号： 专业： 指导老师： 2011年5 月22 日

目录 1设计要求…………………………………………………………………………2设计的作用、目的………………………………………………………………3设计的具体实现…………………………………………………………………. 3.1系统概述……………………………………………………………………. 3.2单元电路设计与分析……………………………………………………… 3.3电路的安装与调试…………………………………………………………4心得体会及建议………………………………………………………………… 4.1心得体会…………………………………………………………………… 4.2建议…………………………………………………………………………5附录………………………………………………………………………………6参考文献…………………………………………………………………………

基于DS12B20的多点温度测量系统设计报告 1设计要求 运用DS12B20温度测量芯片实现一个多点温度测量系统，要求如下： （1）．测量点为两点。 （2）．测量的温度为-40~+40°C （3）．温度测量的精度为±0.5°C （4）．测量系统的响应时间要小于1S。 （5）．温度数据的传输方式采用串行数据传送的方式。 2 设计的作用、目的 通过本设计可以进一步了解熟悉单片机的控制原理以及外设与单片机的数据通信方法，尤其是串行通信方法以及单片机与外设间的接口问题。 本设计旨在提高学生的实际应用系统开发能力，增长学生动手实践经验，激起学生学以致用的兴趣。 3设计的具体实现 3.1系统概述 本系统分为温度采集模块、核心处理模块、控制模块和显示模块。温度采集模块由DS18B20温度测量芯片构成，它负责测量温度后将温度量转化为数字信号，传输到数据处理模块；核心处理模块由AT89S52单片机组成，它负责与温度采集模块进行数据通信、对数据进行操作处理已经对各种外设的响应与控制；控制模块由几个按键组成，实现对测量点的选择以及电路复位的操作；显示模块由一块四位的八段译码显示管和驱动芯片组成，它的作用是显示测量的温度值。 系统模块组成图：

电阻测量的设计实验报告

佛山科学技术学院 实验报告 课程名称实验项目 专业班级姓名学号 指导教师成绩日期年月日

【实验目的】 1．掌握减小伏安法测量电阻的方法误差和仪表误差的方法； 2．根据测量不确定度的要求，合理选择电压表和电流表的参数； 3．根据给定实验仪器合理设计变形电桥电路（或电压补偿测量电路）测量电阻。 【实验仪器】 直流稳压电源、伏特表、毫安表、被测电阻、滑线变阻器（或电位器）2个、电阻箱2只、开关式保护电阻、开关。 【实验原理】 1．方法误差 根据欧姆定律，测出电阻R x 两端的电压U ，同时测出流过电阻R x 的电流I ，则待测电阻值为 I U R x = 测 （24-1） 通常伏安法测电阻有两种接线方式：电流表内接法和电流表外接法。由于电表内阻的存在，这两种方法都存在方法误差。 在内接法测量电路中（如图24-1所示），电流表的读数I 为通过电阻R x 的电流I x ，但电压表的读数U 并不是电阻R x 的两端电压U x ，而是U=U x +U A ，所以实验中测得的待测电阻阻值为 式中R A 是电流表的内阻。它给测量带来的相对误差为 x A x x R R R R R E = -= 内内 （24-2） 内接法测量待测电阻阻值的修正公式 A x R I U R -= 。 （24-3） 在外接法测量电路中（如图24-2所示），电压表的读数U 等于电阻R x 的两端电压 U x ，但电流表的读数I 并不是流过R x 的电流I x ，而是I=I x +I V ，所以实验中测得的待测电阻阻值为 式中R V 是电压表的内阻。它给测量带来的相对误差为 x V x x x R R R R R R E +-=-= 外外 （24-4） 外接法测量待测电阻阻值的修正公式 U IR UR R R R R R V V V V x -=-= 外外 （24-5） 比较 内E 、外E 的大小，可以得：当V A R R R x >，采用内接法测量电阻，会使外内E E <；当V A R R R x <，采用外接法测量电阻，会使外内E E >；当V A x R R R ≈时，则采用内接法和外接法测量电阻都可以。其中电流表的内阻R A 、电压表的内阻R V 由实验室给出。 图24-1 内接法 图24-2 外接法

光电测量系统设计报告

光电测量系统设计报告 Company number：【0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108】

光电测量系统设计报告 一、干涉的基本原理 干涉现象是波动独有的特征，如果光真的是一种波，就必然会观察到光的干涉现象．1801年，英国物理学家托马斯·杨(1773—1829)在实验室里成功地观察到了光的干涉．两列或几列光波在空间相遇时相互叠加，在某些区域始终加强，在另一些区域则始终削弱，形成稳定的强弱分布的现象。 由一般光源获得一组相干光波的办法是，借助于一定的光学装置（干涉装置）将一个光源发出的光波（源波）分为若干个波。由于这些波来自同一源波，所以，当源波的初位相改变时，各成员波的初位相都随之作相同的改变，从而它们之间的位相差保持不变。同时，各成员波的偏振方向亦与源波一致，因而在考察点它们的偏振方向也大体相同。一般的干涉装置又可使各成员波的振幅不太悬殊。于是，当光源发出单一频率的光时，上述四个条件皆能满足，从而出现干涉现象。当光源发出许多频率成分时，每一单频成分（对应于一定的颜色）会产生相应的一组条纹，这些条纹交叠起来就呈现彩色条纹。 1、劈尖的等厚干涉测细丝直径 设入射光波为λ，则第m级暗纹处空气劈尖的厚度 由上式可知，m=0时，d=0，即在两玻璃片交线处，为零级暗条纹。如果在细丝处呈现m=N级条纹，则待测细丝直径 2、利用干涉条纹检验光学表面面形 检查光学平面的方法通常是将光学样板（平面平晶）放在被测平面之上，在样板的标准平面与待测平面之间形成一个空气薄膜。当单色光垂直照射时，通过观测空气膜上的等厚干涉条纹即可判断被测光学表面的面形。 （1）待测表面是平面 （2）待测表面呈微凸球面或微凹球面 当手指向下按时，空气膜变薄，各级干涉条纹要发生移动，以满足式（2）， 3 式中λ为入射光的波长，δ是空气层厚度，空气折射率n ≈ 1。 当程差Δ为半波长的奇数倍时为暗环，若第m个暗环处的空气层厚度为m，则有：R，即，可得： 式中是第m个暗环的半径。由式（2）和式（3）可得： 可见，我们若测得第m个暗环的半径便可由已知λ求R，或者由已知R求λ了。但是，由于玻璃接触处受压，引起局部的弹性形变，使透镜凸面与平面玻璃不可能很理想的只以一个点相接触，所以圆心位置很难确定，环的半径也就不易测准。同时因玻璃表面的不洁净所引入的附加程差，使实验中看到的干涉级数并不代表真正的干涉级数m。为此，我们将式（4）作一变换，将式中半径换成直径，则有： 对第m+n个暗环有 将（5）和（6）两式相减，再展开整理后有 可见，如果我们测得第m个暗环及第（m+n）个暗环的直径、，就可由式（7）计算透镜的曲率半径R。 经过上述的公式变换，避开了难测的量和m，从而提高了测量的精度，这是物理实验中常采用的方法。

光栅尺的定义及应用

光栅尺定义： 光栅尺通过摩尔条纹原理，通过光电转换，以数字方式表示线性位移量地高精度位移传感器.光栅线位移传感器主要应用于直线移动导轨机构，可实现移动量地精确显示和自动控制，广泛应用于金属切削机床加工量地数字显示和加工中心位置环地控制.该产品已形成系列，供不同规格地各类机床选用，量程从毫米至米，覆盖几乎全部金属切削机床地行程. 威海三丰电子有限公司生产数显光栅尺,数控光栅尺,直线光栅尺,电子尺,位移传感器,机床数显,数显改造,数控改造,机床改造,数显装置,数显传感器,数显表,磁栅尺，数显尺，旧机床数显改造，可按客户需求定制，价格优惠！电话：资料个人收集整理，勿做商业用途 现代地自动控制系统中已广泛地采用光电传感器(如光栅尺)来解决轴地线位移、转速或转角地监测和控制问题. 适用以下领域: 加工用地设备：车床、铣床、镗床、磨床、电火花机、线切割等 测量用地仪器：投影机、影像测量仪、工具显微镜等 也可对数控机床上刀具运动地误差起补偿作用资料个人收集整理，勿做商业用途 光栅尺：测量范围：～ 测量准确度：±μ～±μ 测量基准：光栅周期μ地光学玻璃尺 光学测量系统：透射式红外线光测量系统，红外线波长 反应速度：() () 读数头滑动系统：垂直式五轴承 输出讯号： 讯号传达周期：μ 供应电压：± 采用最高优质地材料制造出耐油、高弹性及抗老化胶封.由工程师精心设计出最佳地闭合角度和最适中地软硬度，保证最佳地密封性能和最少地磨擦阻力.读数头滑动部分结构采用已被验证为最可靠耐用地五轴承设计，保证光学感应系统能长期稳定地在光栅尺上畅顺滑行. 读数头滑动部分结构采用已被验证为最可靠耐用地五轴承设计，保证光学感应系统能长期稳定地在光栅尺上畅顺滑行. 弹簧地几何设计经过精确详细地力学模型分析，并采用高级地德国制弹簧钢材制造.确保光学感应系统就是在高速地移动情况下，仍能紧贴在光栅尺上无跳动地滑行. 所有轴承均采用日本规格高精度轴承，保证滑行畅顺，跳动量低，可靠耐用. 采用美国公司地高效能红外线发光管为光源.讯号强而稳定，可靠性极高资料个人收集整理，勿做商业用途 光栅尺相关介绍

数字显示压力测量系统设计

数字显示压力测量系统设计 一、数字显示仪表的设计原理 工业生产过程中常用的数字式仪表有数字式温度计、数字式压力计、数字流量计、数字电子秤等。数字式仪表的出现适应了科学技术及自动化生产过程中高速、高准确度测量的需要，它具有模拟仪表无法比拟的优点。数字仪表的主要特点有：准确度高、分辨率高、无主观读数误差、测量速度快、能以数码形式输出结果。同时数字量传输信息，可使得传输距离不受限制。 数字仪表按工作原理可分为：带微处理器的和不带微处理器的。不带微处理器的仪表，通常用运算放大器和中、大规模集成电路来实现；带微处理器的仪表，是借助软件的方式来实现有关功能。 1.传感器输出信号的特点： （1）传感器的输出会受温度的影响，有温度系数变化。 （2）传感器的输出顺着输入的变化而变化，但之间的关系不一定是线性比例关系。 （31传感器的动态范围很宽。 （4）传感器的种类多，输出的形式也多种多样。 （5）传感器的输出阻抗较高，到测量电路时会产生较大的信号衰减。 2.传感器信号的二次变换 根据上述的传感器输出信号的特点来看，传感器输出的信号一般是能直接用于仪器、仪表显示作控制信号用，往往需要通过专门的电子电路对传感器输出信号进行“加工处理”。如将微弱的信号给予放大，经过滤波器将有害的杂波信号滤掉，将非线性的特性曲线线性化，如有必要再加温度补偿电路。这种信号变换一般称为二次变换。完成二次变换的电路称为传感器电子电路，一般也称为测量电路，仪表电子电路或调理电路。

3.传感器二次变换的组成 传感器电子电路主要是模拟电路，它与数字电路一样，是由一些单元电路组成。这些单元电路有：各种信号放大电路、有源及无源滤波电路、绝对值检测电路、峰值保持电路、采样.保持电路、A/D及D/A 变换电路、V/F及F/V变换电路、调制解调电路温度补偿电路及非线性特性化补偿电路等。 4.传感器信号的调理电路 信号调理是指测量系统的组成部分，它的输入时传感器的输出信号，输出为适合传输、显示、记录或者能更好的满足后续标准设备或装置要求的信号。信号调理电路通常具有放大、电平移动、阻抗匹配、滤波、解调功能。 传感器输出信号通常可以分为模拟量和数字量两类。对模拟量信号进行调整匹配时，传感器的信号调理环节相对复杂些，通常需要放大电路、调制与解调电路、滤波电路、采样保持电路、A/D及AD/A 转换电路等。而对于数字量信号进行调理匹配时，通常只需使信号通过比较器电路及整形电路，控制計数器技术即可。 5.DVM的概述 模拟式电压表具有电路简单、成本低、测量方便等特点，但测量精度较差。数字电压表（DVM），以其功能齐全、精度高、灵敏度高、显示直观等突出优点深受用户欢迎。DVM应用单片机控制，组成智能仪表；与计算机接口，组成自动测试系统。目前，DVM多组成多功能式的，因此又称数字多用表。 DVM是将模拟电压变换为数字显示的测量仪器，这就要求将模拟量变换成数字量。这实质上是个量化过程，即将连续的无穷多个模拟量用有限个数字表示的过程，完成这种变换的核心部件是A/D转换器，最后用电子计数器计数显示，因此，DVM的基本组成是A/D 转换器和电子计数器。 二、压力测量数显系统设计 测量系统的整机电路包括：P3000S-102A压力传感器、恒流源、

电阻测量的设计实验报告

佛山科学技术学院 实 验 报 告 课程名称 实验项目 专业班级 姓 名 学 号 指导教师 成 绩 日 期 年 月 日 【实验目的】 1．掌握减小伏安法测量电阻的方法误差和仪表误差的方法； 精品文档，超值下载 2．根据测量不确定度的要求，合理选择电压表和电流表的参数； 3．根据给定实验仪器合理设计变形电桥电路（或电压补偿测量电路）测量电阻。 【实验仪器】 直流稳压电源、伏特表、毫安表、被测电阻、滑线变阻器（或电位器）2个、电阻箱2只、开关式保护电阻、开关。 【实验原理】 1．方法误差 根据欧姆定律，测出电阻R x 两端的电压U ，同时测出流过电阻R x 的电流I ，则待测电阻值为 I U R x = 测 （24-1） 通常伏安法测电阻有两种接线方式：电流表内接法和电流表外接法。由于电表内阻的存在，这两种方法都存在方法误差。 在内接法测量电路中（如图24-1所示），电流表的读数I 为通过电阻R x 的电流I x ，但电压表的读数U 并不是电阻R x 的两端电压U x ，而是U=U x +U A ，所以实验中测得的待测电阻阻值为 A x A x x R R I R R I I U R +=+== ) (内 式中R A 是电流表的内阻。它给测量带来的相对误差为 x A x x R R R R R E = -= 内内 （24-2） 内接法测量待测电阻阻值的修正公式 A x R I U R -= 。 （24-3） 在外接法测量电路中（如图24-2所示），电压表的读数U 等于电阻R x 的两端电压U x ，但电流表的读数I 并不是流过R x 的电流I x ，而是I=I x +I V ，所以实 验中测得的待测电阻阻值为 图24-1 内接法 图24-2 外接法

(整理)光栅尺工作原理

1 光栅尺工作原理 光栅位移传感器的工作原理，是由一对光栅副中的主光栅（即标尺光栅）和副光栅（即指示光栅）进行相对位移时，在光的干涉与衍射共同作用下产生黑白相间（或明暗相间）的规则条纹图形，称之为莫尔条纹。经过光电器件转换使黑白（或明暗）相同的条纹转换成正弦波变化的电信号，再经过放大器放大，整形电路整形后，得到两路相差为90o的正弦波或方波，送入光栅数显表计数显示。 二、工作原理 常见光栅的工作原理都是根据物理上莫尔条纹的形成原理进行工作的。图4-9是其工作原理图。当使指示光栅上的线纹与标尺光栅上的线纹成一角度来放置两光栅尺时，必然会造成两光栅尺上的线纹互相交叉。在光源的照射下，交叉点近旁的小区域内由于黑色线纹重叠，因而遮光面积最小，挡光效应最弱，光的累积作用使得这个区域出现亮带。相反，距交叉点较远的区域，因两光栅尺不透明的黑色线纹的重叠部分变得越来越少，不透明区域面积逐渐变大，即遮光面积逐渐变大，使得挡光效应变强，只有较少的光线能通过这个区域透过光栅，使这个 区域出现暗带。这些与光栅线纹几乎垂直，相间出现的亮、暗带就是莫尔条纹。莫尔条纹具有以下性质：

(1) 当用平行光束照射光栅时，透过莫尔条纹的光强度分布近似于余弦函数。 (2) 若用W表示莫尔条纹的宽度，d表示光栅的栅距，θ表示两光栅尺线纹的夹角，则它们之间的几何关系为W=d／sin当角很小时，上式可近似写W=d／θ 若取d=0.01mm,θ=0.01rad，则由上式可得W=1mm。这说明，无需复杂的光学系统和电子系统，利用光的干涉现象，就能把光栅的栅距转换成放大100倍的莫尔条纹的宽度。这种放大作用是光栅的一个重要特点。 (3) 由于莫尔条纹是由若干条光栅线纹共同干涉形成的，所以莫尔条纹对光栅个别线纹之间的栅距误差具有平均效应，能消除光栅栅距不均匀所造成的影响。 (4) 莫尔条纹的移动与两光栅尺之间的相对移动相对应。两光栅尺相对移动一个栅距d，莫尔条纹便相应移动一个莫尔条纹宽度W，其方向与两光栅尺相对移动的方向垂直，且当两光栅尺相对移动的方向改变时，莫尔条纹移动的方向也随之改变。 根据上述莫尔条纹的特性，假如我们在莫尔条纹移动的方向上开4个观察窗口A，B，C，D，且使这4个窗口两两相距1／4莫尔条纹宽度，即W／4。由上述讨论可知，当两光栅尺相对移动时，莫尔条纹随之移动，从4个观察窗口A，B，C，D可以得到4个在相位

基于单片机的智能压力检测系统的设计—-毕业论文设计

题目：基于单片机的智能压力检 测系统的设计

基于单片机的智能压力检测系统的设计 摘要 压力是工业生产过程中的重要参数之一。压力的检测或控制是保证生产和设备安全运行必不可少的条件。实现智能化压力检测系统对工业过程的控制具有非常重要的意义。本设计主要通过单片机及专用芯片对传感器所测得的模拟信号进行处理,使其完成智能化功能。介绍了智能压力传感器外围电路的硬件设计,并根据硬件进行了软件编程。 本次设计是基于AT89C51单片机的测量与显示。是通过压力传感器将压力转换成电信号，再经过运算放大器进行信号放大，送至8位A／D转换器，然后将模拟信号转换成单片机可以识别的数字信号，再经单片机转换成LED显示器可以识别的信息，最后显示输出。而在显示的过程中通过键盘，向计算机系统输入各种数据和命令，让单片机系统处于预定的功能状态，显示需要的值。 本设计的最终结果是，将软件下载到硬件上调试出来了需要显示的数据，当输入的模拟信号发生变化的时候，通过A/D转换后，LED将显示不同的数值。 关键词:压力；AT89C51单片机；压力传感器；A/D转换器；LED显示；

Design of pressure detecting system based on single-chip Abstract Pressure is one of the important parameters in the process of industrial production. Pressure detection or control is an essential condition to ensure production and the equipment to safely operating, which is of great significance. The single-chip is infiltrating into all fields of our lives, so it is very difficult to find the area in which there is no traces of single-chip microcomputer. In this graduation design, primarily through by using single-chip and dedicated chip, handling of analog signal measured by the sensor to complete intelligent function. This design illustrates external hardware circuit design of intelligent pressure sensor, and conduct software development to the hardware. The design is based on measurement and display of AT89C51 single-chip. This is the pressure sensors will convert the pressure into electrical signals. After using operational amplifier, the signal is amplified, and transferred to the 8-bit A/D converter. Then the analog signal is converted into digital signals which can be identified by single-chip and then converted by single-chip into the information which can be displayed on LED monitor, and finally display output. In the course of show, through the keyboard to input all kinds of data and commands into the computer, the single-chip will locate in a predetermined function step to display required values. The end result of this design is that by downloading software to the hardware, it will get the data which is required to display by debugging. When the input analog signals change, the LED monitor will display different values through the A/D converting. Key words:pressure; AT89C51 single-chip; pressure sensor; A/D converter; LED monitor;

电阻测量系统设计说明

电子系统设计》课程设计 题目：电阻测量系统设计 自动电阻测试仪 【摘要】本简易自动电阻测试仪具有手动四档及自动三档量程转换电阻测试功能，以单片机为控制核心，使用仪表运放来精确采集被测电阻两端电压，经过模数转换电路将模拟信号转换成数字信号，以便单片机进行处理。最后通过LCD12864夜晶显示出结果，能自动显示小数点和单位；并且该装置具有电阻自动筛选和自动测量显示电位器变化曲线的功能。实验结果表明，本系统完全达到设计要求，多项指标优于题目要求。 【主要技术】（1）通过编程来实现对电阻值的直接测量 （2） 12 位A/D 转换技术 （3）量程转换技术

（4）液晶显示器的有效应用 （5）串并转换技术 （6）通过单片机控制电机实现对电位器的自动控制 【关键词】模数转换；自动量程转换；INA114;电阻；MCU液晶显示；

目录 一、系统方案 (4) 1.1 设计要求 (4) 1.1.1 任务 (4) 1.1.2 要求 (4) 1.2 总体方案 (5) 1.2.1 方案论证与比较 (5) 1.2.2 系统组成 (5) 二、理论计算与电路分析 (6) 2.1 电阻测量原理 (6) 2.2.1 测量电路 (6) 2.1.2 基准电压电路 (7) 2.2 自动量程转换与筛选的设计 (7) 2.2.1 自动量程转换 (7) 2.2.2 筛选功能 (8) 2.3 电位器阻值变化曲线装置的设计 (8) 三、电路与程序设计 (8) 3.1 电路设计与分析 (8) 3.1.1 电源模块 (8) 3.1.2 测量及转换模块 (9) 3.1.3 控制显示模块 (10) 3.1.4 辅助装置 (10) 3.2 程序流程图设计 (11) 四、系统测试方案与结果 (13) 4.1 测试条件 (13) 4.2 测试方案 (13) 4.3 测试结果及分析 (13) 五、结论和系统特色 (14)