激光切割机高度跟随系统的检测电路研究与设计

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在激光切割过程中,因板材的不平整、激光对板材的热效应导致板材变形,导致激光切割走位时切割头到板材间距产生变动,激光离焦量变动导致切割效果受到影响,这就需要在 Z轴引入位移调高系统,实时检测并调整切割头的高度,使其相对位置保持恒定。而电容测量电路是调高系统能够正常运行的基础。电容传感器的动极板和板材组成一个测量电容,通过同轴电缆连接到微电容测量电路,从而可以测量到相应的电容值,也就可以得知其间距。本课题在深入理解电容传感器的原理和多种测量电路的基础下,设计了一种电容式测频电路。  首先,对激光切割机做简单介绍和课题研究目的和意义,并理解国内外位移检测系统的研究现状,接着说明了对电容检测电路的研究情况。  其次,对整个Z轴调高系统进行了整体的认识并了解了各种位移传感器的基本原理和相应的产品,接着深入理解电容传感器的原理,推导出电容变化量和动极板间距的关系并对电容传感器做了等效电路的高低频的分析。并对影响电容传感器的干扰因素做了分析并提出了相应的方法,并对多种电容测量电路做了原理说明以及对其优缺点做了分析。  再次,对测频电路设计分为两大步走,第一步是把电容传感器接入LC振荡器,将被测电容的变化体现在输出波形的频率上,第二步是鉴频部分电路设计,振荡器振荡的波形通过信号放大模块对波形的幅值进行放大,接着通过波形变换模块把正弦波转化为方波信号,最终接入STM32进行频率测量,并使用多项式曲线拟合最终得到切割头到板材的距离。  最后,对频率稳定度、电路的波形及其STM32测频进行相应的测试,可知本课题设计的测频电路设计能够达到性能要求,验证了本设计的可行性。
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