專利名稱：一種便攜式電子塞規(guī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種內(nèi)徑測(cè)量?jī)x器，具體的說是一種便攜式電子塞規(guī)。
背景技術(shù)：
目前，現(xiàn)有電感式內(nèi)徑測(cè)量?jī)x主要是以測(cè)量裝置配合顯示處理系統(tǒng)(多為電子柱 或測(cè)量電箱)的一整套檢測(cè)裝置。精密的電感式位移傳感器通過感知孔徑尺寸的變化，并 通過引線將信號(hào)傳遞給顯示處理裝置，將處理結(jié)果顯示出來。例如中國(guó)專利一種雙柔性鉸 鏈電感內(nèi)藏式電子塞規(guī)，其申請(qǐng)?zhí)?6203363. 4和中國(guó)專利一種精密電子塞規(guī)，其申請(qǐng)?zhí)?200820062450.3。此類電子塞規(guī)有明顯的缺點(diǎn)其一、測(cè)量和顯示處理系統(tǒng)分開設(shè)置，顯 示處理系統(tǒng)一般為一整套檢測(cè)裝置，體積較大、攜帶與使用非常不便；其二、由于電子塞規(guī) 與顯示處理裝置采用較長(zhǎng)的引線連接，接頭與引線電阻的不確定性勢(shì)必對(duì)檢測(cè)精度產(chǎn)生影 響，造成測(cè)量后顯示不穩(wěn)定、誤差較大；其三，由于顯示裝置采用220V交流供電，當(dāng)檢測(cè)環(huán) 境缺少外接電源時(shí)，量?jī)x將無法使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種便攜式電子塞規(guī)，它不僅攜帶方便、便于使 用，而且將測(cè)量和顯示采用一體結(jié)構(gòu)，從而減少了接頭和較長(zhǎng)引線電阻的不確定性對(duì)檢測(cè) 精度產(chǎn)生的影響，提高了其測(cè)量精度。 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題的不足而采用的技術(shù)方案是一種便攜式電子塞規(guī)， 設(shè)有一可屏蔽外界信號(hào)的外殼，在外殼一端設(shè)有測(cè)頭，傳感器設(shè)置在測(cè)頭體內(nèi)，在其外殼中 設(shè)有信號(hào)處理器，在外殼上設(shè)有顯示器，由傳感器輸出信號(hào)輸入信號(hào)處理器處理，輸出后經(jīng) 顯示器顯示，所述信號(hào)處理器由信號(hào)處理模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)、變壓電路I、變壓電
路n、升壓電路和電源組成，其中信號(hào)處理模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和單片機(jī)順序串接，電源分
為兩路設(shè)置，一路經(jīng)變壓電路I給模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和單片機(jī)供電，另一路經(jīng)變壓電路II與升 壓電路給信號(hào)處理模塊供電。 本發(fā)明中所述的電源，其輸出電壓為4. 2V。 本發(fā)明中所述的變壓電路I，其輸出的直流電壓為3V。 本發(fā)明中所述的變壓電路II，輸出的直流電壓為3V。 本發(fā)明中所述的升壓電路，其具有兩個(gè)輸出端，分別輸出+5乂和-5V的直流電壓。
本發(fā)明中所述的信號(hào)處理模塊由信號(hào)供給電路和信號(hào)處理電路構(gòu)成，信號(hào)供給電 路由正弦波信號(hào)發(fā)生電路、信號(hào)放大電路和信號(hào)反向放大電路構(gòu)成，信號(hào)處理電路由開關(guān) 式全波相敏檢波電路、濾波電路和直流放大電路構(gòu)成，由正弦信號(hào)發(fā)生電路產(chǎn)生的正弦信 號(hào)經(jīng)放大電路和反向放大電路得到幅值相等、相位相差180度的兩路正弦信號(hào)輸入測(cè)頭內(nèi) 的傳感器，感應(yīng)出與位移相關(guān)的正弦信號(hào)，經(jīng)由開關(guān)式全波相敏檢波電路，和濾波電路處理 后，產(chǎn)生與位移變化成線性關(guān)系的直流信號(hào)，再由直流放大電路放大后，輸入模數(shù)轉(zhuǎn)換電路 采樣。
本發(fā)明中所述的變壓電路II通過單片機(jī)控制。 本發(fā)明在現(xiàn)有測(cè)量部分的基礎(chǔ)上將測(cè)量和顯示作為一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，不但便于攜
帶和使用，而且測(cè)量信號(hào)直接接入顯示處理裝置的信號(hào)轉(zhuǎn)換電路中，從而減少了接頭和較 長(zhǎng)引線電阻的不確定性對(duì)檢測(cè)精度產(chǎn)生的影響，提高了其測(cè)量精度，其次，在不接入外界電 源的情況下，合理設(shè)計(jì)內(nèi)部低工作電壓電路，保證了其測(cè)量精度，為攜帶使用時(shí)的精確度提 供了有力的保證。 本發(fā)明將單片機(jī)的一個(gè)控制端控制信號(hào)處理支路，通過程序設(shè)置系統(tǒng)的空閑時(shí) 間，10 90秒可選，即在設(shè)定的時(shí)間范圍內(nèi)，如果未進(jìn)行任何操作，系統(tǒng)進(jìn)入節(jié)電模式。當(dāng) 系統(tǒng)進(jìn)入節(jié)電模式時(shí)，單片機(jī)關(guān)斷變壓電路II的輸出電壓，并且自身進(jìn)入掉電狀態(tài)，此時(shí)， 整個(gè)儀器進(jìn)入微功耗狀態(tài)，其功耗小于工作狀態(tài)功耗的1%，省電效果明顯；其次當(dāng)按下 HOLD鍵時(shí)，系統(tǒng)重新返回工作狀態(tài)，操作非常方便。 本發(fā)明整個(gè)顯示處理系統(tǒng)采用了具有開關(guān)功能的變壓電路和升壓電路，一方面保 證了整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定的工作電壓(由于長(zhǎng)時(shí)間使用，鋰電池輸出電壓下降的情況下)，另一方 面在儀器較長(zhǎng)時(shí)間不使用的情況下，系統(tǒng)能夠較好的進(jìn)入節(jié)電模式(關(guān)斷信號(hào)處理模塊的 供電)，這樣最大限度的提高了儀器的使用時(shí)間。
本發(fā)明的有益效果是 1、本發(fā)明將測(cè)量裝置和顯示系統(tǒng)一體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，便于攜帶使用；測(cè)量數(shù)據(jù)直接輸 入信號(hào)處理模塊，從而減少了接頭和較長(zhǎng)引線電阻的不確定性對(duì)檢測(cè)精度產(chǎn)生的影響，并 且合理設(shè)計(jì)其內(nèi)部電路系統(tǒng)，從整體提高了其測(cè)量精度，經(jīng)多次試驗(yàn)證明其示值誤差(線 性)《1. 0 ii m，示值變動(dòng)性(重復(fù)性)《1. 0 ii m，示值穩(wěn)定性(四小時(shí))《1. 0 ii m，溫飄 《3. 0iim,C。 2、本發(fā)明低功耗，待機(jī)功耗《10mW，可連續(xù)工作時(shí)間^ 12小時(shí)，通過在電路系統(tǒng) 內(nèi)設(shè)置單片機(jī)控制變壓電路，由于電池通過變壓電路給信號(hào)處理模塊供電，因此，可設(shè)置程 序控制其工作狀態(tài)，如果未進(jìn)行任何操作，系統(tǒng)進(jìn)入節(jié)電模式。此時(shí)，整個(gè)儀器進(jìn)入微功耗 狀態(tài)，其功耗小于工作狀態(tài)功耗的1%，省電效果明顯。 3，其次信號(hào)處理模塊中采用了開關(guān)式全波相敏檢波電路，并對(duì)其做出改進(jìn)，合理 設(shè)計(jì)其內(nèi)部電路，將電路中的主要運(yùn)算放大器(U1、U2)調(diào)整為士5V工作電壓的運(yùn)算放大 器，并將起開關(guān)作用的場(chǎng)效應(yīng)管調(diào)整為3DJ6F，其濾波效果更好，將其用在電子塞規(guī)上，使其 在士5V工作電壓下能保證了測(cè)量時(shí)的精度。 4，將測(cè)量裝置連接外殼的一端，另一端設(shè)置顯示器，在外殼內(nèi)設(shè)有信號(hào)處理器，整 體設(shè)計(jì)非常緊湊便于攜帶使用；此外所使用的外殼為可屏蔽外界信號(hào)的鋁質(zhì)構(gòu)件，有效防 止外界信號(hào)干擾，提高其測(cè)量精度，而且在鋁質(zhì)構(gòu)件外部還設(shè)有防滑槽，不僅質(zhì)輕，而且便 于握緊測(cè)量。 5、由于現(xiàn)有技術(shù)中，測(cè)量裝置和顯示處理裝置為獨(dú)立部件，測(cè)量時(shí)將測(cè)量裝置通 過連接引線接入顯示處理裝置，而顯示處理裝置采用220V交流供電，當(dāng)檢測(cè)環(huán)境缺少外接 電源時(shí)，量?jī)x將無法使用。本發(fā)明采用鋰電池獨(dú)立供電，電路采用低工作電壓，并采用了變 壓電路和升壓電路，將電壓穩(wěn)定值所需值后供給信號(hào)處理模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和單片機(jī)，有 效的保證其工作時(shí)所需電壓，保證測(cè)量的精度，從而改變了原裝置使用時(shí)的局限性。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明的原理框圖。
圖3是本發(fā)明的信號(hào)處理流程圖。 圖4是本發(fā)明中信號(hào)處理模塊的開關(guān)式全波相敏檢波電路圖。 圖中標(biāo)記1、傳感器，2、外殼，3、信號(hào)處理器，4、顯示器，5、信號(hào)處理模塊，6、模數(shù)
轉(zhuǎn)換電路，7、單片機(jī)，8、變壓電路1，9、變壓電路II， 10、升壓電路，11、電源，12、H0LD鍵，13、
控制鍵，14、測(cè)頭。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明，一種便攜式電子塞規(guī)，其具體的實(shí)施方式為 如圖1所示，一種便攜式電子塞規(guī)，將測(cè)量和顯示一體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在外殼2的一端 設(shè)有測(cè)頭14，最前端的測(cè)頭14采用雙柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)，將傳感器1中的核心部件(即為磁芯 和電感線圈)直接鑲裝在雙柔性鉸鏈體內(nèi)，顯示器4鑲嵌在外殼2外部，在外殼2內(nèi)設(shè)有信 號(hào)處理器3，傳感器1、信號(hào)處理器3和顯示器4順序串接，在外殼2上還設(shè)有HOLD鍵12和 控制鍵13。 本發(fā)明，其外殼2可采用鋁制外殼，不僅有效的將外界的電場(chǎng)和磁場(chǎng)屏蔽，保證了 測(cè)量的精度，而且由于鋁制外殼重量輕，更便于攜帶；所述的外殼2其外表面沿軸向還設(shè)有 條狀的凸起，從而增大摩擦可更好的握緊去測(cè)量，避免了因微小滑動(dòng)影響測(cè)量精度。
如圖2所示，本發(fā)明的原理框圖，所述信號(hào)處理器3由信號(hào)處理模塊5、模數(shù)轉(zhuǎn)換電 路6、單片機(jī)7、變壓電路I 8、變壓電路I1 9、升壓電路10和電源11組成，其中信號(hào)處理模 塊5、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路6和單片機(jī)7順序串接，電源11分為兩路設(shè)置，一路經(jīng)變壓電路I 8給 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路6和單片機(jī)7供電，另一路經(jīng)變壓電路II 9與升壓電路10給信號(hào)處理模塊 5供電。由測(cè)頭14將孔徑尺寸傳遞到精密位移傳感器1內(nèi)，而后傳感器1的信號(hào)輸入信號(hào) 處理模塊13，再經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路8處理后，輸入單片機(jī)6處理，處理后的數(shù)據(jù)將在在外部顯 示器4上顯示出來。 所述的顯示器4鑲嵌在外殼2外部，在外殼2內(nèi)部單片機(jī)7的輸出端接入顯示器， 測(cè)量結(jié)果從顯示器上顯示出來。 本發(fā)明中所述的穩(wěn)壓電路II 11通過單片機(jī)6控制。 圖2為本發(fā)明的原理框圖，由電源11 (例如鋰電池)分兩路供電，電路采用低工作 電壓、低功耗的IC，鋰電池輸出電壓為3. 7V-4. 2V(隨電池電量變化)，一路經(jīng)過變壓電路I 8(REG102)后將電壓穩(wěn)定在3V，穩(wěn)定后的電壓供給單片機(jī)7(STC89LE58)和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路6 ; 另外一路經(jīng)過變壓電路II 9(REG102)后電壓穩(wěn)定在3V，經(jīng)升壓電路IO(DC-DC)后，升壓電 路10具有兩個(gè)輸出端，分別輸出+5V和-5V的直流電壓供給信號(hào)處理模塊5。
本發(fā)明，單片機(jī)7可程序控制其關(guān)斷輸出電壓。所述的單片機(jī)7為低功耗單片機(jī) (STC89LE58)，其具有可控的掉電功能，通過程序設(shè)置系統(tǒng)的空閑時(shí)間，10 90秒可選，即 在設(shè)定的時(shí)間范圍內(nèi)，如果未進(jìn)行任何操作，系統(tǒng)進(jìn)入節(jié)電模式。當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入節(jié)電模式時(shí)， 單片機(jī)關(guān)斷變壓電路II 9的輸出電壓，并且自身進(jìn)入掉電狀態(tài)，此時(shí)，整個(gè)儀器進(jìn)入微功 耗狀態(tài)，其功耗小于工作狀態(tài)功耗的1 % 。通過HOLD鍵控制單片機(jī)，當(dāng)按下HOLD鍵12時(shí)，系統(tǒng)重新返回工作狀態(tài)。 本發(fā)明所述的信號(hào)處理模塊5由信號(hào)供給電路和信號(hào)處理電路構(gòu)成，所述的信號(hào) 供給電路由正弦波信號(hào)發(fā)生電路、信號(hào)放大電路和信號(hào)反向放大電路構(gòu)成，所述的信號(hào)處 理電路由開關(guān)式全波相敏檢波電路、濾波電路和直流放大電路構(gòu)成。 由圖3中信號(hào)處理流程可知，信號(hào)處理電路要依據(jù)信號(hào)供給電路提供的正弦信 號(hào)，由正弦信號(hào)發(fā)生電路產(chǎn)生穩(wěn)定頻率和幅值的正弦信號(hào)，經(jīng)信號(hào)放大電路和反向放大電 路得到幅值相等，相位相差180度的兩路正弦信號(hào)輸入測(cè)頭內(nèi)的傳感器，感應(yīng)出與位移相 關(guān)的正弦信號(hào)輸入圖4中開關(guān)式全波相敏檢波電路a端，由信號(hào)反向放大電路輸出的信號(hào) 輸入開關(guān)式全波相敏檢波電路b端，由開關(guān)式全波相敏檢波電路綜合處理后，從c端輸出經(jīng) 濾波電路處理，而后產(chǎn)生與位移變化成線性關(guān)系的直流信號(hào)，再由直流放大電路放大后，信 號(hào)至此處理完成，其后輸入模數(shù)轉(zhuǎn)換電路6采樣。 圖4是開關(guān)式全波相敏檢波電路圖，是在現(xiàn)有開關(guān)式全波相敏檢波技術(shù)的基礎(chǔ)上 的改進(jìn)將電路中的主要運(yùn)算放大器(U1、U2)調(diào)整為士5V工作電壓的運(yùn)算放大器(C4558、 TLV2422C)，并將起開關(guān)作用的場(chǎng)效應(yīng)管調(diào)整為3DJ6F，其濾波效果更好，同時(shí)可更好的使用 電池就可以滿足其測(cè)量精度，而不必使用外接電源，其作用是將不同相位的正弦波轉(zhuǎn)換為
直流信號(hào)。 本發(fā)明采用差動(dòng)式電感原理，最前端的測(cè)頭采用雙柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)，傳感器直接鑲 裝在雙柔性鉸鏈體內(nèi)(即為磁芯和電感線圈直接鑲裝在雙柔性鉸鏈體內(nèi))，測(cè)頭將孔徑尺 寸傳遞到精密位移傳感器內(nèi)，根據(jù)電感原理，傳感器內(nèi)產(chǎn)生微弱的交流信號(hào)，并將信號(hào)輸入 給信號(hào)處理模塊，處理后輸入給模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換后的信號(hào)傳遞給單片機(jī)，根據(jù)程序的設(shè) 定，單片機(jī)對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理后，顯示在液晶屏上。 本發(fā)明，整個(gè)系統(tǒng)采用了具有開關(guān)功能的穩(wěn)壓電路和直流電壓轉(zhuǎn)換模塊，一方面 保證了整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定的工作電壓(由于長(zhǎng)時(shí)間使用，鋰電池輸出電壓下降的情況下)，另一 方面在儀器較長(zhǎng)時(shí)間不使用的情況下，系統(tǒng)能夠較好的進(jìn)入節(jié)電模式(關(guān)斷信號(hào)處理模塊 的供電)。這樣最大限度的提高了儀器的使用時(shí)間。 經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明電子塞規(guī)的示值誤差(線性)《l.Oiim，示值變動(dòng)性(重復(fù) 性)《1. 0 ii m，示值穩(wěn)定性(四小時(shí))《1. 0 ii m，溫飄《3. 0 ii m/°C ，連續(xù)工作時(shí)間> 12小 時(shí)，待機(jī)功耗《10mW。由此可以看出，本發(fā)明有良好的工作性能，此外其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于攜帶 和使用，有很大的市場(chǎng)前景。
權(quán)利要求
一種便攜式電子塞規(guī)，設(shè)有一可屏蔽外界信號(hào)的外殼(2)，在外殼(2)一端設(shè)有測(cè)頭(14)，傳感器(1)設(shè)置在測(cè)頭(14)體內(nèi)，其特征在于在其外殼(2)中設(shè)有信號(hào)處理器(3)，在外殼上設(shè)有顯示器(4)，由傳感器(1)輸出信號(hào)輸入信號(hào)處理器(3)處理，輸出后經(jīng)顯示器(5)顯示，所述信號(hào)處理器(3)由信號(hào)處理模塊(5)、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(6)、單片機(jī)(7)、變壓電路I(8)、變壓電路II(9)、升壓電路(10)和電源(11)組成，其中信號(hào)處理模塊(5)、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(6)和單片機(jī)(7)順序串接，電源(11)分為兩路設(shè)置，一路經(jīng)變壓電路I(8)給模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(6)和單片機(jī)(7)供電，另一路經(jīng)變壓電路II(9)與升壓電路(10)給信號(hào)處理模塊(5)供電。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種便攜式電子塞規(guī)，其特征在于所述的電源(ll)，其輸出電壓為4. 2V。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種便攜式電子塞規(guī)，其特征在于所述的變壓電路I(8)，其輸出的直流電壓為3V。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種便攜式電子塞規(guī)，其特征在于所述的變壓電路11(9)，輸出的直流電壓為3V。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種便攜式電子塞規(guī)，其特征在于所述的升壓電路(10)，其具有兩個(gè)輸出端，分別輸出+5V和-5V的直流電壓。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種便攜式電子塞規(guī)，其特征在于所述的信號(hào)處理模塊(5)由信號(hào)供給電路和信號(hào)處理電路構(gòu)成，信號(hào)供給電路由正弦波信號(hào)發(fā)生電路、信號(hào)放大電路和信號(hào)反向放大電路構(gòu)成，信號(hào)處理電路由開關(guān)式全波相敏檢波電路、濾波電路和直流放大電路構(gòu)成，由正弦信號(hào)發(fā)生電路產(chǎn)生的正弦信號(hào)經(jīng)放大電路和反向放大電路得到的信號(hào)輸入測(cè)頭內(nèi)的傳感器(l)，感應(yīng)出與位移相關(guān)的正弦信號(hào)，經(jīng)由開關(guān)式全波相敏檢波電路、濾波電路和直流放大電路處理后，輸入模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(6)采樣。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種便攜式電子塞規(guī)，其特征在于所述的變壓電路11(9)通過單片機(jī)(7)控制。
全文摘要
一種便攜式電子塞規(guī)，涉及一種測(cè)量?jī)x器，設(shè)有一個(gè)可屏蔽外界信號(hào)的外殼，在外殼一端連接有測(cè)頭，傳感器設(shè)置在測(cè)頭體內(nèi)，在其外殼中設(shè)有信號(hào)處理器，在外殼上設(shè)有顯示器，由傳感器輸出信號(hào)輸入信號(hào)處理器處理，輸出后經(jīng)顯示器顯示，本發(fā)明將測(cè)量和顯示一體模塊設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而且便于攜帶使用，其整個(gè)系統(tǒng)采用了具有開關(guān)功能的變壓電路和升壓電路模塊，一方面保證了整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定的工作電壓，另一方面在儀器較長(zhǎng)時(shí)間不使用的情況下，系統(tǒng)能夠較好的進(jìn)入節(jié)電模式，這樣最大限度的提高了儀器的使用壽命。
文檔編號(hào)G01B7/13GK101718517SQ20091022745
公開日2010年6月2日 申請(qǐng)日期2009年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月14日
發(fā)明者張金英, 李堯, 王偉, 許寧 申請(qǐng)人:力邦測(cè)控設(shè)備(洛陽)有限公司