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电容位移传感器静态,动态和在线测量
发布时间:2017-12-13   点击次数:289次
   电容位移传感器静态,动态和在线测量
  
  电容位移传感器既能测量频率从0--7.5KHz的机械振动位移,又可测量小至0.002微米的机械位移和零件尺寸.测量是非接触的,故特别适合一般仪器不能胜任的旋转轴式或不受力的小型.线型.薄壁或怕划伤的精密零部件的静态,动态和在线测量。
  
  电容位移传感器用于测量固定部件(定子)与转动部件(转子)之间的旋转角度,因其具有结构简单,测量精度高,灵敏度高,适合动态测量等特点,而被广泛应用于工业自动控制、汽车、航天及军事等角度定位监测领域,一般来说,电容式角位移传感器由一组或若干组扇形固定极板和转动极板组成,为保证传感器的精度和灵敏度,同时避免因环境温度等因素的改变导致介电常数、极板形状等的间接变化,进而对传感器性能产生不利影响,对传感器的制作材料、加工工艺以及安装精度提出了较高要求,为了克服电容角位移传感器的局限性
  
  电容位移传感器主要应用领域:压电微位移、薄膜厚度检测、振动台,电子显微镜微调,天文望远镜镜片微调,精密微位移测量等。
  
  电容位移传感器测量原理
  
  电容位移传感器程控激励模式
  
  由于转动极板在发射极板和接收极板之间旋转,因此发射极板与接收极板所组成的4个电容随转动极板旋转而变化,当一定模式的激励施加在发射极板上时,这4个电容在接收极板上所产生的感应电荷也不同。
  
  针对图1敏感元件结构,本文给出比例式测量所需的激励模式时序,如表1所示,表中C1、C2、C3、C4表示四对电容极板,P1、P2、P3、P4为4种激励模式,表示不同时刻对分瓣电容极板施加不同的激励,T1+T2为一个激励周期,本研究中,由程序根据电荷检测电路充放电时间常数、A/D转换时间和采样信号的稳定性判据,自动控制4种模式的周期长度,故又可称为程控激励模式,当被选中单元施加激励后,即T1开始,产生的感生电荷流入电荷检测电路,当充放电时间常数一定时,电荷检测电路上的输出电压稳定,硬件滤波后,立即启动A/D进行采样(即氏D时刻开始采样),为提高精度,采样次数提高为n次,当n次AD采样结束时,送入滤波单元*定咒次采样信号的稳定性,若满足*定指标要求,则通过单片机程序控制I/O单元,强迫中止对被测电容的选通,同时使被测电容发射极板上的激励中断,并强制拉回低电平,T1结束;而在T2时间内,激励信号均为低电平,以降低功耗,设在瞬间激励序列内,转动极板静止且激励电压为常量U0或0,则在P1~P4模式下激励,接收极板上产生的感应电荷分别为s、s-、c、c-以这种程控激励模式的设计与原比例式电容角位移传感器中的激励模式相比,不仅充分节约了时间,提高了采样精度,而且有效地降低了传感器功耗。

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