Cách tiếp cận này sẽ đo chính xác điện dung và suy ra khoảng cách?

Tôi quan tâm đến bất kỳ phản hồi hoặc cảnh báo nào về phương pháp đo điện dung sau đây trước khi tôi bắt đầu thiết lập nó.

Đối với một thử nghiệm, tôi đã bắt gặp nhu cầu đo và theo dõi khoảng cách giữa hai mẫu, với độ phân giải 0,1 mm hoặc tốt hơn. Do những hạn chế của phần còn lại của thiết lập của tôi, sau một chút nghiên cứu, tôi thấy rằng một phương pháp đo điện dung là phù hợp nhất để suy ra khoảng cách.

Hãy xem xét đơn giản hóa sau đây là mục tiêu:

Tôi muốn đo / theo dõi khoảng cách giữa 2 tấm đồng (mỗi tấm 2cm X 2cm) về cơ bản tạo thành một tụ điện lớn.

Lưu ý: AD7746 bên dưới là bộ chuyển đổi điện dung sang kỹ thuật số sigma-delta 2 kênh, 24 bit

• Ý tưởng: Bắt đầu với , trong đó diện tích tấm điện môi của không khí là không đổi, tất nhiên đúng là điện dung đo được tỷ lệ nghịch với khoảng cách. Vì vậy, trước tiên tôi có thể lấy một số dữ liệu hiệu chuẩn và sử dụng dữ liệu đó, điều chỉnh cho phù hợp để suy ra khoảng cách từ bất kỳ giá trị điện dung đo được.$C=\varepsilon_0\varepsilon_r \frac{A}{d}$

• Phương pháp đo: Với yêu cầu khá nghiêm ngặt của tôi là độ phân giải 0,1 mm hoặc tốt hơn, tôi dự định sẽ đo chính xác bằng cách sử dụng IC AD7746 đo điện dung của Thiết bị analog .

Những điều tôi nên cẩn thận để có được một phép đo sạch nhất có thể, hoặc những khía cạnh nào tôi có thể cải thiện? Những điều trên có thể giúp tôi giải quyết được mong muốn của mình không, hay nó có dễ bị các nguồn lỗi mà tôi không nhìn thấy không?

Một cải tiến có thể là: Tôi đã nghĩ, vì AD7746 có hai kênh, tôi thậm chí có thể sử dụng kênh phụ để đo đồng thời một cặp tấm tham chiếu / cố định hoàn toàn riêng biệt và sử dụng nó để vô hiệu hóa mọi hiệu ứng nhiệt độ hoặc EMI. Hmm, không chắc những yếu tố đó quan trọng như thế nào ...

CẬP NHẬT (chi tiết hơn) : Thêm một chút về thiết lập của tôi và những hạn chế tồn tại: Thử nghiệm bao gồm một mẫu lớn hơn nằm ngay phía trên, hôn tấm trên cùng. Mẫu có kích thước khoảng 75mm X 75mm (phi kim loại) và nó nghiền nát tấm trên cùng trong quá trình chuyển động thẳng đứng.

Kết quả là, không có phạm vi để đặt bất kỳ cảm biến nào song song theo chiều dọc với chuyển động trục Y. Bất kỳ cảm giác nào về sự dịch chuyển / khe hở dọc sẽ phải được thực hiện theo chiều ngang hoặc với các bộ phận được gắn trên một bảng ở vị trí của tấm dưới cùng.

Như đã nói, tấm trên cùng đã được thêm vào chỉ cho cách đo lường được đề xuất của tôi, và không thực sự cần thiết. Mục tiêu chính của tôi là đo khoảng cách 75mm X 75mm đã nói ở trên của tôi kết thúc theo chiều dọc từ phía dưới.

CẬP NHẬT (Kết quả đo) : Tôi đã chạy thử nghiệm nhanh về phép đo điện dung và tôi có thể phân biệt dữ liệu điện dung khá rõ ràng ở các bước khoảng 0,2 mm trong dịch chuyển. Tiếng ồn tôi nhận được trong phép đo điện dung, cho đến nay, quá lớn để có độ phân giải tốt hơn thế. Tôi đang cố gắng thay đổi một vài điều để xem liệu tôi có thể cải thiện SNR trong phép đo điện dung hay không.

Như Dave Tweed đã đề cập, thực tế là sự phân tách tối đa có thể so sánh với kích thước của các tấm khiến cho thiết lập này có vấn đề. Bạn có thể có được ước tính chính xác về khoảng cách trong khi các tấm gần nhau, nhưng thiết lập này sẽ không hoạt động cho toàn bộ phạm vi.

Dave cho rằng những sự phi tuyến tính này có thể được tính đến, nhưng tôi không thấy làm thế nào để đạt được điều này, đáp ứng độ chính xác cần thiết, mà không cần tính toán rất phức tạp.

Tuy nhiên, vì bạn sẽ sử dụng vi điều khiển, bạn có thể thử mẹo sau: thực hiện ánh xạ ban đầu khoảng cách đến điện dung, lưu trữ dữ liệu này trong bộ nhớ vi điều khiển (giả sử nó đủ tinh vi) và sử dụng dữ liệu được lưu trữ như một tra cứu- bảng để ánh xạ điện dung đo trở lại khoảng cách.

Đối với giải phóng mặt bằng cần thiết, nó phụ thuộc vào đối tượng nào có thể có mặt trong vùng lân cận thiết lập của bạn. Xem xét che chắn nó bằng màn hình dẫn điện.

Bạn có thể xem xét một hình học thay đổi QUÁ LỚN của các tấm thay vì khoảng cách. Điện dung của bạn sẽ thay đổi tuyến tính với sự chồng chéo. C thay đổi là 1 / d, vì vậy khi nó đứng, độ nhạy của bạn ở điểm xa sẽ bị rối loạn. Ngay cả khi thay đổi thành chồng chéo, tôi sẽ không tính chính xác 1%.

Hãy xem xét các tùy chọn khác đã được đề cập hoặc LVDT.

CẬP NHẬT: Theo dõi, nhiều phép đo như thế này được cải thiện bằng cách bố trí kéo đẩy. Nếu bạn có thể giải quyết vấn đề này bằng cách sử dụng các tụ điện TWO, trong đó một cái trở nên lớn hơn cùng lúc và tốc độ khi cái kia nhỏ hơn, độ nhạy và độ tuyến tính sẽ được cải thiện.

Xem xét điều này như là một thay thế cho việc sử dụng điện dung ở khoảng cách lớn hơn.

Sử dụng laser truyền thông quang học loại có chùm tia phân kỳ rất đặc biệt (rất nhiều trong số chúng được thiết kế như thế này để phù hợp với giao thoa sợi quang). Nó "phun" sản lượng ánh sáng của nó lên một bề mặt phân đoạn của một quả cầu ở một góc nhất định. Bạn càng ở xa laser, công suất sự cố nhận được trên mỗi mm vuông càng thấp (chẳng hạn như từ một bóng bán dẫn hình ảnh nhận được). EDIT Rất nhiều trong các điốt quang được xây dựng để bạn có thể điều khiển chính xác năng lượng ánh sáng đầu ra laser.

Các bóng bán dẫn hình ảnh sẽ có một diện tích bề mặt hoạt động mà nó có thể nhận được ánh sáng. Điều này tất nhiên là không đổi bất kể khoảng cách từ laser, do đó nó nhận được tín hiệu yếu hơn khi hai cái được di chuyển xa nhau hơn.

Bạn cần điều chỉnh laser với sóng vuông để bạn có thể sử dụng công cụ này để lọc tín hiệu bóng bán dẫn để ngăn các hiệu ứng dc như kết quả hủy hoại ánh sáng mặt trời.

Trong có thể không hoạt động hiệu quả đến gần (<2 mm) vì lỗi căn chỉnh sau đó trở thành một vấn đề thực sự lớn, nhưng, đóng lên ý tưởng điện dung của bạn hoạt động tốt nhất từ ​​những gì tôi có thể thấy. Có thể sử dụng cả hai.