DGB—5B型电感测微仪的数字化设计初探

蒋彦++侯建伟++黄智++董勇

摘要：针对DGB-5B型电感测微仪存在体积大、读数不便等问题，对其进行了数字化改造的初步研究。介绍了系统的构成及工作原理，采用AD698和USB-6002设计了系统的硬件，基于LabVIEW设计了系统的软件，新设计的系统结构简单，读数方便，可以通过编程扩展功能，实现了DGB-5B型电感测微仪的数字化。

关键词：测微仪 数字化 AD698 LabVIEW

中图分类号：TH822 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）08-0150-01

电感测微仪在精密测量领域应用广泛，DGB-5B型电感测微仪是中原量仪制造的产品，可与DGC-8ZG/C或DGC-6PG/A型电感式传感器（即测量头）组合使用，配以相应的装置可测量工件厚度、内外径、直线度、平面度、平行度、垂直度和跳动等。但由于仪器的读数是指针形式显示，且仪器体积和重量均较大，导致读数和使用不便，功能受到一定的限制。本文对DGB-5B型电感测微仪的数字化设计进行了初步研究，设计开发了处理电路及应用程序，可以完成测量数据运算及结果的数字显示、波形曲线绘制、打印、存盘等功能。

1 系统构成及工作原理

新设计的电感测微仪由传感器、信号调理电路、数据采集卡、计算机组成。系统构成如图1。

系统的工作原理是：被测量的变化被传感器测头感知，带动传感器线圈内的铁芯移动，从而改变空间的磁场分布，导致初次级线圈之间的互感量变化，当初级线圈供给一定频率的交变电压时，次级线圈就产生感应电动势，随着铁芯位置的不同，次级线圈产生的感应电动势也不同，这样就将铁芯的位移量变成了电压信号输出。传感器输出的电压信号经过信号调理电路的调理，按比例转换为直流信号。通过A/D转换电路对直流信号进行A/D转换，得到数字信号并送至计算机，计算机对A/D转换后的数据进行处理和计算，得到测量结果。

2 硬件设计

硬件设计主要包括信号调理电路和A/D转换电路两部分的设计。

2.1 信号调理电路设计

传感器输出信号的调理电路设计，摒弃了由振荡电路、测量电桥、放大、滤波、检波等各部分独立模拟电路构成的传统设计方法，采用了由Analog Devices公司生产的单片AD698通用LVDT（线性可变差动变压器）信号调理芯片来设计信号调理电路。这样的设计方案具有结构简单，精度高的特点。

AD698的结构、性能、特点、工作原理、引脚等可参阅文献[1]。AD698与DGB-5B型电感测微仪配套的DGC-8ZG/C或DGC-6PG/A型电感式传感器构成的测量电路，其具体应用电路的连接，可参阅文献[1]和文献[2]，不再赘述。

2.2 A/D转换电路设计

A/D转换电路采用National Instruments公司生产的USB-6002数据采集卡，这是一款基于USB总线的高分辨率多功能数据采集卡，其性能、参数及输入输出线路端子的连接可参阅文献[3]。A/D转换电路将反映被测工件待测量的直流信号转化为数字量，并通过USB总线传送给计算机。

3 软件设计

系统软件以LabVIEW（实验室虚拟仪器工程平台）为开发环境进行设计，LabVIEW是National Instruments公司的产品，是测控系统开发的主流软件。

系统软件包括测量结果及测量设置两部分。测量结果可以显示当前测量值，并把历次测量值列表显示和波形显示，通过鼠标单击按钮实现开始测量、单次重测、组重测、保存数据、结果打印等功能，程序框图主要采用事件结构编写。测量设置完成对USB-6002数据采集卡的相关设置，包括设备名称、物理通道、输入电压范围、采样率等设置；采用最小二乘法完成测微仪的标定；数据保存路径的设定也在测量设置中实现。程序操作界面如图2。

4 结语

本文初步研究了DGB-5B型电感测微仪的数字化，重新设计了硬件电路并开发了应用程序，在计算机上实现了测微仪的测量设置、数据处理、显示、打印、存盘等功能，通过软件编程还可以扩展系统功能。新设计的系统所用元件少，系统复杂度低，无人为读数误差，避免了人工记录及处理数据可能出现的疏忽，可应用于计量管理、生产、科研及实验室领域。

参考文献

[1]Analog Devices.Universal LVDT Signal Conditioner AD698 Data Book[Z].

[2]段中华，王中训，胡自强.AD698在DGC-6PG/A差动电感式位移传感器中的应用[J].现代电子技术，2008（4）.

[3]National Instruments.NI USB-6001/6002/6003 User Guide[Z].

[4]中原量仪.DGB-5B型电感测微仪使用说明书[Z].

[5]阮奇桢，编著.我和LabVIEW：一个NI工程师的十年编程经验（第2版）[M].北京航空航天大学出版社，2012.endprint

摘要：针对DGB-5B型电感测微仪存在体积大、读数不便等问题，对其进行了数字化改造的初步研究。介绍了系统的构成及工作原理，采用AD698和USB-6002设计了系统的硬件，基于LabVIEW设计了系统的软件，新设计的系统结构简单，读数方便，可以通过编程扩展功能，实现了DGB-5B型电感测微仪的数字化。

关键词：测微仪 数字化 AD698 LabVIEW

中图分类号：TH822 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）08-0150-01

电感测微仪在精密测量领域应用广泛，DGB-5B型电感测微仪是中原量仪制造的产品，可与DGC-8ZG/C或DGC-6PG/A型电感式传感器（即测量头）组合使用，配以相应的装置可测量工件厚度、内外径、直线度、平面度、平行度、垂直度和跳动等。但由于仪器的读数是指针形式显示，且仪器体积和重量均较大，导致读数和使用不便，功能受到一定的限制。本文对DGB-5B型电感测微仪的数字化设计进行了初步研究，设计开发了处理电路及应用程序，可以完成测量数据运算及结果的数字显示、波形曲线绘制、打印、存盘等功能。

1 系统构成及工作原理

新设计的电感测微仪由传感器、信号调理电路、数据采集卡、计算机组成。系统构成如图1。

系统的工作原理是：被测量的变化被传感器测头感知，带动传感器线圈内的铁芯移动，从而改变空间的磁场分布，导致初次级线圈之间的互感量变化，当初级线圈供给一定频率的交变电压时，次级线圈就产生感应电动势，随着铁芯位置的不同，次级线圈产生的感应电动势也不同，这样就将铁芯的位移量变成了电压信号输出。传感器输出的电压信号经过信号调理电路的调理，按比例转换为直流信号。通过A/D转换电路对直流信号进行A/D转换，得到数字信号并送至计算机，计算机对A/D转换后的数据进行处理和计算，得到测量结果。

2 硬件设计

硬件设计主要包括信号调理电路和A/D转换电路两部分的设计。

2.1 信号调理电路设计

传感器输出信号的调理电路设计，摒弃了由振荡电路、测量电桥、放大、滤波、检波等各部分独立模拟电路构成的传统设计方法，采用了由Analog Devices公司生产的单片AD698通用LVDT（线性可变差动变压器）信号调理芯片来设计信号调理电路。这样的设计方案具有结构简单，精度高的特点。

AD698的结构、性能、特点、工作原理、引脚等可参阅文献[1]。AD698与DGB-5B型电感测微仪配套的DGC-8ZG/C或DGC-6PG/A型电感式传感器构成的测量电路，其具体应用电路的连接，可参阅文献[1]和文献[2]，不再赘述。

2.2 A/D转换电路设计

A/D转换电路采用National Instruments公司生产的USB-6002数据采集卡，这是一款基于USB总线的高分辨率多功能数据采集卡，其性能、参数及输入输出线路端子的连接可参阅文献[3]。A/D转换电路将反映被测工件待测量的直流信号转化为数字量，并通过USB总线传送给计算机。

3 软件设计

系统软件以LabVIEW（实验室虚拟仪器工程平台）为开发环境进行设计，LabVIEW是National Instruments公司的产品，是测控系统开发的主流软件。

系统软件包括测量结果及测量设置两部分。测量结果可以显示当前测量值，并把历次测量值列表显示和波形显示，通过鼠标单击按钮实现开始测量、单次重测、组重测、保存数据、结果打印等功能，程序框图主要采用事件结构编写。测量设置完成对USB-6002数据采集卡的相关设置，包括设备名称、物理通道、输入电压范围、采样率等设置；采用最小二乘法完成测微仪的标定；数据保存路径的设定也在测量设置中实现。程序操作界面如图2。

4 结语

本文初步研究了DGB-5B型电感测微仪的数字化，重新设计了硬件电路并开发了应用程序，在计算机上实现了测微仪的测量设置、数据处理、显示、打印、存盘等功能，通过软件编程还可以扩展系统功能。新设计的系统所用元件少，系统复杂度低，无人为读数误差，避免了人工记录及处理数据可能出现的疏忽，可应用于计量管理、生产、科研及实验室领域。

参考文献

[1]Analog Devices.Universal LVDT Signal Conditioner AD698 Data Book[Z].

[2]段中华，王中训，胡自强.AD698在DGC-6PG/A差动电感式位移传感器中的应用[J].现代电子技术，2008（4）.

[3]National Instruments.NI USB-6001/6002/6003 User Guide[Z].

[4]中原量仪.DGB-5B型电感测微仪使用说明书[Z].

[5]阮奇桢，编著.我和LabVIEW：一个NI工程师的十年编程经验（第2版）[M].北京航空航天大学出版社，2012.endprint

摘要：针对DGB-5B型电感测微仪存在体积大、读数不便等问题，对其进行了数字化改造的初步研究。介绍了系统的构成及工作原理，采用AD698和USB-6002设计了系统的硬件，基于LabVIEW设计了系统的软件，新设计的系统结构简单，读数方便，可以通过编程扩展功能，实现了DGB-5B型电感测微仪的数字化。

关键词：测微仪 数字化 AD698 LabVIEW

中图分类号：TH822 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）08-0150-01

电感测微仪在精密测量领域应用广泛，DGB-5B型电感测微仪是中原量仪制造的产品，可与DGC-8ZG/C或DGC-6PG/A型电感式传感器（即测量头）组合使用，配以相应的装置可测量工件厚度、内外径、直线度、平面度、平行度、垂直度和跳动等。但由于仪器的读数是指针形式显示，且仪器体积和重量均较大，导致读数和使用不便，功能受到一定的限制。本文对DGB-5B型电感测微仪的数字化设计进行了初步研究，设计开发了处理电路及应用程序，可以完成测量数据运算及结果的数字显示、波形曲线绘制、打印、存盘等功能。

1 系统构成及工作原理

新设计的电感测微仪由传感器、信号调理电路、数据采集卡、计算机组成。系统构成如图1。

系统的工作原理是：被测量的变化被传感器测头感知，带动传感器线圈内的铁芯移动，从而改变空间的磁场分布，导致初次级线圈之间的互感量变化，当初级线圈供给一定频率的交变电压时，次级线圈就产生感应电动势，随着铁芯位置的不同，次级线圈产生的感应电动势也不同，这样就将铁芯的位移量变成了电压信号输出。传感器输出的电压信号经过信号调理电路的调理，按比例转换为直流信号。通过A/D转换电路对直流信号进行A/D转换，得到数字信号并送至计算机，计算机对A/D转换后的数据进行处理和计算，得到测量结果。

2 硬件设计

硬件设计主要包括信号调理电路和A/D转换电路两部分的设计。

2.1 信号调理电路设计

传感器输出信号的调理电路设计，摒弃了由振荡电路、测量电桥、放大、滤波、检波等各部分独立模拟电路构成的传统设计方法，采用了由Analog Devices公司生产的单片AD698通用LVDT（线性可变差动变压器）信号调理芯片来设计信号调理电路。这样的设计方案具有结构简单，精度高的特点。

AD698的结构、性能、特点、工作原理、引脚等可参阅文献[1]。AD698与DGB-5B型电感测微仪配套的DGC-8ZG/C或DGC-6PG/A型电感式传感器构成的测量电路，其具体应用电路的连接，可参阅文献[1]和文献[2]，不再赘述。

2.2 A/D转换电路设计

A/D转换电路采用National Instruments公司生产的USB-6002数据采集卡，这是一款基于USB总线的高分辨率多功能数据采集卡，其性能、参数及输入输出线路端子的连接可参阅文献[3]。A/D转换电路将反映被测工件待测量的直流信号转化为数字量，并通过USB总线传送给计算机。

3 软件设计

系统软件以LabVIEW（实验室虚拟仪器工程平台）为开发环境进行设计，LabVIEW是National Instruments公司的产品，是测控系统开发的主流软件。

系统软件包括测量结果及测量设置两部分。测量结果可以显示当前测量值，并把历次测量值列表显示和波形显示，通过鼠标单击按钮实现开始测量、单次重测、组重测、保存数据、结果打印等功能，程序框图主要采用事件结构编写。测量设置完成对USB-6002数据采集卡的相关设置，包括设备名称、物理通道、输入电压范围、采样率等设置；采用最小二乘法完成测微仪的标定；数据保存路径的设定也在测量设置中实现。程序操作界面如图2。

4 结语

本文初步研究了DGB-5B型电感测微仪的数字化，重新设计了硬件电路并开发了应用程序，在计算机上实现了测微仪的测量设置、数据处理、显示、打印、存盘等功能，通过软件编程还可以扩展系统功能。新设计的系统所用元件少，系统复杂度低，无人为读数误差，避免了人工记录及处理数据可能出现的疏忽，可应用于计量管理、生产、科研及实验室领域。

参考文献

[1]Analog Devices.Universal LVDT Signal Conditioner AD698 Data Book[Z].

[2]段中华，王中训，胡自强.AD698在DGC-6PG/A差动电感式位移传感器中的应用[J].现代电子技术，2008（4）.

[3]National Instruments.NI USB-6001/6002/6003 User Guide[Z].

[4]中原量仪.DGB-5B型电感测微仪使用说明书[Z].

[5]阮奇桢，编著.我和LabVIEW：一个NI工程师的十年编程经验（第2版）[M].北京航空航天大学出版社，2012.endprint