容栅电子长度测量系统

1、计量与检测容栅电子长度测量系统上海市计量测试技术研究院姜志华一、概述线纹电子长度测量系统中通常包括光栅,同步感应器,磁栅和容栅四种测量系统。容栅电子长度测量系统是七十年代末,八十年代初国际上开始发展起来的一种新颖位移传感器,国内在八十年代陆续引进了容栅器件进行组装。容栅测量系统有几种不同的类型,但其基本原理都应用了电容差动感应的原理。本文介绍的是一种高分辨率的容栅电子长度测量系统。二、工作原理图2在不考虑电容边缘效应的情况下,电容表达式可写为:C=S/d式中:;S为极,a×b;。a,极板间距d都是C与极板的宽b(L的长度方向),电容C1和C2的关系可写成:C1/C2=(2-X)/(2

2、+X)(1)其中,xL/2。当V01的电压从V0跳到V1时,接收极板的感图1应电荷:Q1=C1(V1-V0)容栅电子长度测量系统的基本原理如图1所示,它包括一个差动电容传感器,在电容传感器的一边至少有一块接收极板,在电容传感器的另一边至少有两块发射极板。电容传感器两边能作相对平移。控制系统有一个输出和一个输入,一个多用途的参考直流电压源。控制系统的开关把控制系统的输出电压和其中的一个参考直流电压交替连接至一个发射极板,控制系统同时也反馈由接收极板获得的反馈信号。这反馈信号作为电容两极板相对运动的结果输入到控制系统,并使接收极板的信号总是趋向于零。这样就使控制系统的输出电压与电容传器的相对位移成

3、正比。V01和V02波形如图2所示,它们是加在发射极(2)同时发生V02的电压从V0跳到V2时接收极板的感应电荷:Q2=C2(V2-V0)(3)(4)总的感应电荷趋向于零:Q1+Q2=0由公式(1)至(4)联列,得:V0=(V2-V1)/X+(V2+V1)/2(5)整个闭环控制的基本原理:控制系统的输出电压V0始终围绕某个平衡电压V 0,当输出电压趋于V 0时,接收极板的电荷同时趋于零,这时控制系统的输出电压V0与位移X成正比。V0经过A/D转换和数值转换后显示X的位移。图1所示的差动电容传感器是容栅传感器中的一组原理图。为了使容栅的动尺和定尺相对移动时不影响接线,容栅的发射极板和接收极板都做

4、在滑尺上,把间接收极板做在定尺上。间接接收极板把板上的电压。V0是控制系统的输出电压。L是传感接收极板在运动方向的长度。C1和C2分别是发射极板1和发射极板2对应接收极板的平行电容。X是接收极板离开中心位置的距离。2/200032上海计量测试计量与检测从动尺发射极板中感应到的电势,再感应到动尺接收极板上。具体原理图如图3所示。图4表示了控制系统的输出电压V0与位移X的关系。V0经模数和数值转换后的读数称为小计数。在位移X的全量程范围内,按动尺发射极板上的长度周期分成了若干个区间。当X每移过一个区间时,激励脉冲的组别也移动一组,与之对应的区间实际位置也相应的加或减一次。区间的实际位置乘以区间的周

5、期称为大计数。如图4所示,当X在全量程变化时,容栅电子长度测量系统中的微计算机始终能确定大计数和小计数以反映X的正确位置。三、结束语以上介绍了容栅电子长度测量系统的基本原理,它是国家技术监督局下达的纵向课题容栅检定装置中的关键部分。该课题获国家技术监督局科技进步四等奖。图31.动尺接收极极;2.定尺间接接收极极;3.动尺发射极板容栅传感器由发射极板,间接接收极板和接收极板组成。发射极板和接收极板组成了容栅的动尺,间接接收极板组成了容栅的定尺。显然定尺的长度决定了位移传感器的量程。从误差均化理论来讲,动尺发射极上的组数越多,平均效应越好,准确度越高,但测量范围越小,根据发射极板组的数字与产生误差

6、的双曲线关系,选用八组发射极板便能达到容栅传感器的设计要求。为了保持差动电容传感器的连续测量,与一块间接接收极板对应的有4小块发射极板,每组由8小块发射极板组成,8的发射极板。如图3所示A01,A2,A3是激励发射极板的逻辑脉冲,设Ai与V01相同为0,与V02相同为1。当容栅动尺每移过一个动尺发射极板的距离。动尺激励脉冲A0,A1,A2,A3也按表1所示的逻辑组别移动一组,以保证在全量程范围内的跟踪测量。AiA001111000A100111100A200011110A300001111的区别2000年,中国消费者协会确定的年主题是“:明明白白消费”怎样才能“明明白白”呢?例如,在现实生活中

7、,不少消费者对“保质期”与“保存期”之间的区别理解不够。产品的保质期是指产品在正常条件下的质量保证期限。产品的保质期由生产者提供,标注在限时使用的产品上。在保质期内,产品的生产企业对该产品质量符合有关标准或明示担保的质量条件负责,销售者可以放心销售这些产品,消费者可以安全使用。保存日期是指产品的最长保存期限,超过保存日期的产品失去了原产品的特征和特性。丧失了产品原有的使用价值。保存日期的最后那天,也称为产品的失效日期,根据产品质量法的规定,销售者不得销售失效、变质的产品。故此,失效产品或者称为超过保存日期的产品应当禁止销售。产品的保质期不同于保存期。对同一产品,其保存期应当长于保质期。另外,对超过保质期的产品,并不一定意味着产品质量绝对不能保证了,只能说,超过保质期的产品,其质量不能保证达到原产品标准或明示的质量条件。对超过保质期的产品,可以通过质量检验,确定其质量,特别是安全性能指标