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1、52传感器技术(JournalofTransducerTechnology)2002年第21卷第12期差动电容式传感器在智能电子水平仪中的应用张玉华,王安敏,王成江(青岛科技大学机械学院,山东青岛266042)摘要:提出了差动式倾角电容传感器在分辨力为0.001mm/m的智能电子水平仪的应用方案,采用ICL8038集成芯片作为差动电容电桥的激励电源,使用两片LF398同时对两路电压进行采样及AD7706对采样所得信号进行A/D转换,并给出了温度和非线性补偿方法要点及实验结果。关键词:电容式传感器;智能电子水平仪;温度补偿;
2、非线性矫正中图分类号:TH741.6文献标识码:A文章编号:1000-9787(2002)12-0052-04ApplicationofdifferentialcapacitivesensorinintellectualelectroniclevelgaugeZHANYu-hua,WANGAn-min,WANGCheng-jiang(CollofMech,QingdaoUniversityofScienceandTechnology,Qingdao266042,China)Abstracts:Theapplicationp
3、roposalofdifferentialcapacitivesensorinintellectualelectroniclevelgaugewithresolution0.001mm/mwasintroduced.ItusedintegratedchipICL8038toexcitethedifferentialcapacitorbridge.TwoLF398swasusedtosampletwovoltagesignalssimultaneouslyandAD7706wasusedtoconvertthesamplin
4、gsignalstodigitalsignal.Finallythekeypointfortemperaturecompensation,non-linearitycorrectionandexperimentresultswereintroduced.Keywords:capacitivesensor;intellectualelectroniclevelgauge;temperaturecompensation;non-linearitycorrection0引言容式传感器,其结构简图如图1所示。电子水平仪是一种非常急
5、需的测量小角度的量具。用它可测量对于水平位置的倾斜度、两部件相互平行度和垂直度,机床、仪器导轨的直线度,工作台平面度,以及平板的平面度等。在机械测量及光机电技术一体化技术应用中占有重要地位。国外许多国家很早就开始了电子水平仪的研图1差动电容式传感器结构简图制,许多国家已经制成成品,但随着精密制造技术的Fig1Structureofthedifferentialcapacitivesensor发展,已有的电子水平仪不能满足准确度要求,国内固定极板与水平仪底座和测量平面固定在一数显式电子水平仪灵敏度、反应时间等比国外相对起,动
6、极板由悬丝悬挂,当被测平面有一定倾角时,较大。研究分辨力更高的性能更好的智能电子水平由于重力作用,动极板始终保持竖直状态,与一固定仪具有重要意义。采用差动电容式传感器作为微驱极板的极距减小,而与另一极板极距增大,形成差动动传感器,研制成功智能电子水平仪,其分辨力达到输出,由于所测倾角变化极小,可认为动极板与固定0.001mm/m,并研究了精密测量中的微小电容检测和极板始终平行。在设计过程中,综合考虑了引线的温度补偿技术。实验表明,成品完全能达到设计要求。屏蔽、电容器的边缘效应等因素,在图中未标示。1差动电容传感器测角原理2
7、微小电容检测电路原理设计采用倾角传感器为专门设计定制的差动电设计的智能电子水平仪的分辨力达到收稿日期:2002-06-24第12期张玉华等:差动电容式传感器在智能电子水平仪中的应用530.001mm/m,传感电容的变化量仅有几个或几十个来为正弦输出提供缓冲及可变增益即改变输出幅皮法,屏蔽环境干扰、导线布置、温度等引起的寄生值。对正弦波形输出电压及放大后的交流电桥输出电容比传感电容大得多,例如屏蔽电缆电容一般为电压进行同时采样。100pF/m,多路开关输入电容一般为8pF,而传感器3温度及非线性补偿的电容约为1pF,杂散电容
8、将待测电容)))传感器3.1非线性补偿信号淹没,如何消除寄生电容的影响,把有用的微小用软件对电容式传感器的非线性特性进行线性信号拾取出来成为难点之一。本设计除在电容式传化。电桥的不平衡电压输出并非完全与极距变化感器的设计中采取措施外,根据已有的小电容测量$d成正比。为使测量代表的输入与输出之间具有[1~
