專利名稱：光學(xué)玻璃膜厚測量信號處理儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種應(yīng)用于光學(xué)玻璃真空鍍膜膜厚測量儀器檢測信號處理的自動鎖相控制技術(shù)。具體的說是一種可對測量信號進行自動鎖相的光學(xué)玻璃膜厚測量信號處理儀器背景技術(shù)光學(xué)玻璃真空鍍膜是將某種光學(xué)材料蒸鍍在玻璃上，其蒸鍍的厚度需要進行測量。因為玻璃上蒸鍍的材料的厚度直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量，所以膜厚測量成為光學(xué)玻璃真空鍍膜設(shè)備的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。膜厚測量儀器是將幾個毫伏甚至更小的微弱信號進行處理放大(這個微弱的信號可來自各種光電傳感器，信號范圍0.5～500mV)，最終通過儀器的數(shù)碼顯示屏顯示出來，為生產(chǎn)者提供操作信息。因此對該儀器信號處理的精度、穩(wěn)定性和抗干擾性都有很高的要求。
光學(xué)玻璃真空鍍膜機本身配有一套膜厚檢測光路系統(tǒng)，它由調(diào)制光源(通常包括燈泡、碼盤等)、光路(包括光纖、單色儀等)、光接收/光電信號轉(zhuǎn)換器件組成。調(diào)制光源發(fā)出的光(離散的光信號，頻率由碼盤參數(shù)及轉(zhuǎn)數(shù)決定)分兩路送出，一路直接送光電轉(zhuǎn)換器件轉(zhuǎn)換成同頻率的交變電信號作為參考信號，另一路通過光路穿過與產(chǎn)品一起被蒸鍍的比較玻璃片(玻璃片表面鍍膜厚度的變化使透過的光信號隨之變化)，照在比較玻璃片的下方的光接收/光電轉(zhuǎn)換器件上，光電轉(zhuǎn)換器件將接收到的光信號轉(zhuǎn)換成一個交流電信號并經(jīng)過帶通濾波電路消除部分干擾后傳輸?shù)侥ず駵y量儀(頻率為恒定值，其幅值根據(jù)所接收到的光信號變化而變化)。
由于輸入的測量信號與參考信號是相同頻率的，但經(jīng)過不同光路以后存在相位差。測量信號的輸出通道由參考信號觸發(fā)打開(圖2)，如果參考信號和測量信號同相，在參考信號過零點時通過電壓比較電路輸出信號打開測量信號通道開關(guān)，則測量信號在整個周期內(nèi)可以完整通過，信號被完整檢出、轉(zhuǎn)換并被放大。這個過程稱為鎖相放大。這種鎖相放大電路可以在背景噪聲中檢測出微弱信號，并測量其有效值用于輸出顯示。如果參考信號與測量信號不同相，則在參考信號過零點打開測量信號通道時，測量信號在一個周期內(nèi)并不能通過一個完整的波信號，導(dǎo)致其輸出的信號有效值不能達到最大，從而使得到的測量值偏離實際值。
目前國內(nèi)產(chǎn)品在波形相位同步的處理上普遍采用的是手動電位器調(diào)節(jié)，它需要人工調(diào)節(jié)電位器來達到對參考信號移相的目的，最終達到與測量信號同相。該方法需人工手動調(diào)節(jié)移相，效率低，難以精確鎖相，存在人為因素影響，準(zhǔn)確度難以保證，更無法形成全自動檢測控制電路。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種可對測量信號進行自動鎖相的光學(xué)玻璃膜厚測量信號處理儀。該儀器采用微處理器CPU為核心處理器件，其輸出相應(yīng)信號至數(shù)字電位器，通過調(diào)節(jié)數(shù)字電位器的參數(shù)來調(diào)節(jié)參考信號的相位，最終達到與測量信號同相。本實用新型采用數(shù)字電位器調(diào)節(jié)移相，克服了現(xiàn)有手動電位器效率低，難以精確鎖相，存在人為因素影響，準(zhǔn)確度難以保證，更無法形成全自動檢測控制電路的缺陷。
為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案如下一種光學(xué)玻璃膜厚測量信號處理儀，有一個測量信號端口和一個參考信號端口，經(jīng)測量信號端口和參考信號端口輸入的測量信號和參考信號分別進入放大器和濾波器進行信號放大和濾波，其特征在于測量信號經(jīng)過放大和濾波后進入A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換，并輸入到微處理器CPU進行數(shù)據(jù)處理；參考信號經(jīng)過放大和濾波后輸入到移相電路對該信號進行移相，移相電路中相位的調(diào)節(jié)由數(shù)字電位器的值確定，每個電位器電阻值由小到大分為若干檔位，微處理器CPU向數(shù)字電位器給出信號逐檔測試每一阻值，比較每一個數(shù)字電位器的值所對應(yīng)的測量信號值，微處理器CPU檢測到最大的測量信號數(shù)據(jù)并且保存此時數(shù)字電位器的位置參數(shù)，參考信號的相位被置于獲得最大測量信號值的位置，微處理器CPU自動將數(shù)字電位器的值設(shè)為該值。
本實用新型設(shè)有兩個數(shù)字電位器，每個負(fù)責(zé)180度的相位調(diào)節(jié)，共360度；微處理器CPU分別對1個2通道的數(shù)字電位器，相當(dāng)于2個數(shù)字電位器A和B進行控制，即控制A電位器完成0～180度的相位調(diào)節(jié)，B數(shù)字電位器保持；控制B電位器完成180～360度的相位調(diào)節(jié)，A數(shù)字電位器保持；控制B電位器完成360～180度的相位調(diào)節(jié)，A數(shù)字電位器保持；控制A電位器完成180～0度的相位調(diào)節(jié)，B數(shù)字電位器保持，在調(diào)節(jié)過程中，微處理器CPU將每次采集的測量值數(shù)據(jù)相互比較，最大的信號測量值所對應(yīng)的參考信號相位值即為需要鎖相的值。
所述數(shù)字電位器所采用的芯片由來自微處理器CPU的信號對其賦值，芯片電阻值從1到最大值共分100～512個檔位，電阻值隨之自動調(diào)整。
本實用新型電路上設(shè)置有電子選擇開關(guān)，該開關(guān)上有4路開關(guān)通路，采用其中2路分別用于控制經(jīng)過帶通和放大的測量信號的開通或關(guān)斷；測量信號為正弦交流信號，經(jīng)由2路S、D口輸入輸出，其中一路在正半周時通過，負(fù)半周關(guān)斷；另一路在負(fù)半周通過，正半周關(guān)斷，由參考信號轉(zhuǎn)換成高低電平信號后輸入到該開關(guān)的IN口進行開關(guān)通斷控制，正弦交流測量信號過零點進行通道切換，測量信號經(jīng)過上述兩路通道后轉(zhuǎn)換為直流脈動電流，該脈動電流經(jīng)過低通濾波器、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號進入CPU。
所述電子選擇開關(guān)采用開關(guān)芯片。
本實用新型的優(yōu)點在于本實用新型采用微處理器CPU為核心處理器件，并通過調(diào)節(jié)數(shù)字電位器的參數(shù)來調(diào)節(jié)參考信號的相位，最終達到與測量信號同相。本實用新型采用數(shù)字電位器調(diào)節(jié)移相，克服了現(xiàn)有手動電位器效率低，難以精確鎖相的缺點，消除了手動電位器的人為因素影響，使其鎖相準(zhǔn)確度得到保證，并實現(xiàn)全自動檢測控制。


圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)示意框圖圖2為本實用新型電路原理圖(參考信號通路/數(shù)字移相部分)
圖3為本實用新型電子選擇開關(guān)電路原理圖具體實施方式
本發(fā)明提供了一種可對測量信號進行自動鎖相的光學(xué)玻璃膜厚測量信號處理儀(以下簡稱膜厚測量儀，見圖1)。該儀器有一個測量信號端口和一個參考信號端口，從測量信號端口輸入的測量信號先后進行放大、帶通、放大、低通、A/D轉(zhuǎn)換，然后進入CPU進行數(shù)據(jù)處理；從參考信號端口輸入的參考信號經(jīng)過放大、帶通進入移相電路進行移相。
本實用新型采用微處理器CPU(8位)為核心處理器件，測量信號經(jīng)過放大以后，通過模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換送入微處理器CPU進行數(shù)據(jù)處理。微處理器CPU輸出相應(yīng)信號至數(shù)字電位器(所謂數(shù)字電位器是由外部數(shù)字信號控制的芯片式可調(diào)電位器，每個電位器電阻值由小到大分為若干檔位)，通過調(diào)節(jié)電位器的參數(shù)來調(diào)節(jié)參考信號的相位，最終達到與測量信號同相。調(diào)節(jié)過程中，微處理器CPU會向數(shù)字電位器給出信號逐檔測試每一電阻值所對應(yīng)的移相情況，完成所有檔位測試后會找出一個最大的測量信號數(shù)據(jù)并且記憶此時數(shù)字電位器的位置參數(shù)。然后參考信號的相位被置于獲得最大測量信號值的位置(即與測量信號同相位)，當(dāng)測量信號過零點時，通道開關(guān)被同相位的參考信號打開，使測量信號在整個周期得到放大，完成了信號的自動鎖相放大過程。
本發(fā)明提出的應(yīng)用于光學(xué)玻璃膜厚測量儀器的自動鎖相技術(shù)，其核心是由微處理器CPU控制兩個數(shù)字電位器完成鎖相工作過程，克服現(xiàn)有手動電位器人為調(diào)整進行鎖相放大存在的弊端。
用微處理器CPU對數(shù)字電位器進行從最小到最大的賦值，同時比較每一個數(shù)字電位器的值所對應(yīng)的信號值，保存最大的信號值和相應(yīng)的數(shù)字電位器的值，當(dāng)數(shù)字電位器在微處理器CPU的控制下完成整個360度的移相過程后，就可以檢測得到最大的信號值和相應(yīng)的數(shù)字電位器的值，根據(jù)鎖相放大器的原理，這時的數(shù)字電位器的值所對應(yīng)的參考信號的相位和測量信號的相位一致，即相位差為0。這時，微處理器CPU將這個數(shù)字電位器的值保存下來，以后每次運行時自動將數(shù)字電位器的值設(shè)為該值，因而不必要再進行調(diào)節(jié)了。
兩個數(shù)字電位器每個負(fù)責(zé)180度的相位調(diào)節(jié)，共360度。具體調(diào)節(jié)時由微處理器CPU分別對1個2通道的數(shù)字電位器(相當(dāng)于2個數(shù)字電位器A和B)進行控制，即(1)控制A電位器完成0～180度的相位周節(jié)(B數(shù)字電位器保持)；(2)控制B電位器完成180～360度的相位調(diào)節(jié)(A數(shù)字電位器保持)；(3)控制B電位器完成360～180度的相位調(diào)節(jié)(A數(shù)字電位器保持)；(4)控制A電位器完成180～0度的相位調(diào)節(jié)(B數(shù)字電位器保持)。在這樣一個循環(huán)過程中，微處理器CPU將每次采集的測量值數(shù)據(jù)相互比較，最大的信號測量值所對應(yīng)的參考信號相位值就是需要鎖相的值。
本實用新型數(shù)字電位器采用了AD5242(ANALOG DEVICES公司)芯片(當(dāng)然也可以采用其它類似芯片)。該芯片由來自CPU的信號對其賦值(芯片電阻值從1到最大值共分了255個檔位)，電阻值隨之自動調(diào)整。較之手動電位器，電阻值設(shè)置更準(zhǔn)確穩(wěn)定，可以實現(xiàn)自動控制。
本實用新型采用了DG211(INTERSIL或ANALOG DEVICES公司)開關(guān)芯片，也可以采用其它類似芯片作為電子選擇開關(guān)。該芯片共有4路開關(guān)通路，采用其中2路分別用于控制測量信號的開通或關(guān)斷。測量信號為正弦交流信號，經(jīng)由2路S、D口輸入輸出，其中1路在正半周時通過，負(fù)半周關(guān)斷；另1路在負(fù)半周通過，正半周關(guān)斷。開關(guān)的通斷控制由參考信號(與測量信號同頻率，且經(jīng)移相后保持同相位的正弦交流信號)轉(zhuǎn)換成高低電平信號(如正半周置高電平，負(fù)半周置低電平，或相反)后輸入到IN口來實施。因為是在正弦交流信號的過零點進行通道切換，測量信號經(jīng)過這2路通道后相當(dāng)于經(jīng)過一個全波整流電路，轉(zhuǎn)換成為了直流脈動電流(波形如附圖1系統(tǒng)框圖所示)。其后再經(jīng)過低通濾波電路、模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號進入CPU。信號經(jīng)CPU處理后用于測量值的輸出顯示或控制相關(guān)設(shè)備。
權(quán)利要求1.一種光學(xué)玻璃膜厚測量信號處理儀，有一個測量信號端口和一個參考信號端口，經(jīng)測量信號端口和參考信號端口輸入的測量信號和參考信號分別進入放大器和濾波器進行信號放大和濾波，其特征在于測量信號經(jīng)過放大和濾波后進入A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換，并輸入到微處理器CPU進行數(shù)據(jù)處理；參考信號經(jīng)過放大和濾波后輸入到移相電路進行移相，移相電路中相位的調(diào)節(jié)由數(shù)字電位器的值確定，每個電位器電阻值由小到大分為若干檔位，微處理器CPU向數(shù)字電位器給出信號逐檔測試每一阻值，比較每一個數(shù)字電位器的值所對應(yīng)的測量信號值，微處理器CPU檢測到最大的測量信號數(shù)據(jù)并且保存此時數(shù)字電位器的位置參數(shù)，參考信號的相位被置于獲得最大測量信號值的位置，微處理器CPU自動將數(shù)字電位器的值設(shè)為該值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)玻璃膜厚測量信號處理儀，其特征在于設(shè)有兩個數(shù)字電位器，每個負(fù)責(zé)180度的相位調(diào)節(jié)，共360度；微處理器CPU分別對1個2通道的數(shù)字電位器，相當(dāng)于2個數(shù)字電位器A和B進行控制，即控制A電位器完成0～180度的相位調(diào)節(jié)，B數(shù)字電位器保持；控制B電位器完成180～360度的相位調(diào)節(jié)，A數(shù)字電位器保持；控制B電位器完成360～180度的相位調(diào)節(jié)，A數(shù)字電位器保持；控制A電位器完成180～0度的相位調(diào)節(jié)，B數(shù)字電位器保持，在調(diào)節(jié)過程中，微處理器CPU將每次采集的測量值數(shù)據(jù)相互比較，最大的信號測量值所對應(yīng)的參考信號相位值即為需要鎖相的值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光學(xué)玻璃膜厚測量信號處理儀，其特征在于所述數(shù)字電位器采用AD5242等類似芯片，該芯片由來自微處理器CPU的信號對其賦值，該芯片電阻值從1到最大值共分100～512個檔位，電阻值隨之自動調(diào)整。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光學(xué)玻璃膜厚測量信號處理儀，其特征在于電路上設(shè)置有電子選擇開關(guān)，該開關(guān)上有4路開關(guān)通路，采用其中2路分別用于控制經(jīng)過帶通和放大的測量信號的開通或關(guān)斷；測量信號為正弦交流信號，經(jīng)由2路S、D口輸入輸出，其中一路在正半周時通過，負(fù)半周關(guān)斷；另一路在負(fù)半周通過，正半周關(guān)斷，參考信號轉(zhuǎn)換成高低電平信號后輸入到該開關(guān)的IN口進行開關(guān)通斷控制，正弦交流測量信號過零點進行通道切換，測量信號經(jīng)過上述兩路通道后轉(zhuǎn)換為直流脈動電流，該脈動電流經(jīng)過低通濾波器、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號進入CPU。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光學(xué)玻璃膜厚測量信號處理儀，其特征在于所述電子選擇開關(guān)采用開關(guān)芯片。
專利摘要本實用新型提供了一種可對測量信號進行自動鎖相的光學(xué)玻璃膜厚測量信號處理儀。測量信號先后進行放大、帶通、放大、低通、A/D轉(zhuǎn)換，然后進入CPU進行數(shù)據(jù)處理；從參考信號端口輸入的參考信號經(jīng)過放大、帶通進入移相電路由數(shù)字電位器的電阻值來調(diào)節(jié)進行移相。該儀器采用微處理器CPU為核心處理器件，其輸出相應(yīng)信號至數(shù)字電位器，通過調(diào)節(jié)數(shù)字電位器的參數(shù)來調(diào)節(jié)參考信號的相位，最終達到與測量信號同相。本實用新型克服了現(xiàn)有手動電位器效率低，難以精確鎖相的缺點，消除了手動電位器的人為因素影響，使其鎖相準(zhǔn)確度得到保證，并實現(xiàn)全自動檢測控制。
文檔編號H03L7/06GK2711990SQ20042003405
公開日2005年7月20日 申請日期2004年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月17日
發(fā)明者周英懷, 詹國勝, 黃華 申請人:四川英杰電氣有限公司