Cette approche permettra-t-elle de mesurer avec précision la capacité et d'en déduire l'espacement?

Je suis intéressé par tout commentaire ou mise en garde concernant la méthode de mesure de capacité suivante avant de commencer à la configurer.

Pour une expérience, j'ai rencontré la nécessité de mesurer et de suivre l'espacement entre deux échantillons, avec une résolution de 0,1 mm ou mieux. En raison des contraintes du reste de ma configuration, après un peu de recherche, il me semble qu'une méthode de mesure capacitive est la plus appropriée pour déduire l'espacement.

Considérez l'objectif de simplification suivant:

Je voudrais mesurer / suivre la distance entre 2 plaques de cuivre (chacune 2cm X 2cm) qui forment essentiellement un gros condensateur.

Remarque: l' AD7746 ci-dessous est un convertisseur capacitif -numérique sigma-delta 24 bits à 2 canaux

• L'idée: à partir de , où la surface de la plaque le diélectrique de l'air sont constants, il est bien sûr vrai que la capacité mesurée est inversement proportionnelle à la distance. Je pouvais donc d'abord prendre quelques données d'étalonnage, et en utilisant cela, ajuster en conséquence pour déduire la distance de toute valeur de capacité mesurée.$C=\varepsilon_0\varepsilon_r \frac{A}{d}$

• La méthode de mesure: Compte tenu de mon exigence assez stricte de résolution de 0,1 mm ou mieux, je prévois opter pour une mesure précise en utilisant la mesure capacitive Analog Devices IC AD7746 .

À quoi dois-je faire attention pour obtenir une mesure aussi nette que possible, ou quels aspects puis-je améliorer? Est-ce que ce qui précède peut m'obtenir la résolution souhaitée ou est-il sujet à des sources d'erreur que je ne vois pas?

Une amélioration possible est: je pensais, puisque l'AD7746 a deux canaux, je pouvais même utiliser le canal supplémentaire pour mesurer simultanément une paire séparée de plaques complètement fixes / de référence, et l'utiliser pour annuler tous les effets de température ou EMI. Hmm, je ne sais pas à quel point ces facteurs sont importants ...

MISE À JOUR (plus de détails) : Un peu plus sur ma configuration, et quelles contraintes existent: L'expérience implique un échantillon plus grand qui est directement au-dessus, embrassant la plaque supérieure. L'échantillon mesure environ 75 mm x 75 mm (non métallique) et il écrase en quelque sorte la plaque supérieure pendant le mouvement vertical.

Par conséquent, il n'y a aucune possibilité de placer des capteurs verticalement parallèlement au mouvement de l'axe Y. Toute détection du déplacement / espace vertical devrait être effectuée soit horizontalement, soit avec des pièces montées sur une planche dans la position de la plaque inférieure.

Cela dit, la plaque supérieure a été ajoutée juste pour ma méthode de mesure proposée, et n'est pas strictement nécessaire. Mon objectif principal est de mesurer à quelle distance mon échantillon de 75 mm X 75 mm susmentionné se termine verticalement à partir du bas.

MISE À JOUR (Résultat de la mesure) : J'ai effectué un test rapide sur la mesure capacitive et j'ai pu distinguer assez clairement les données de capacité à environ 0,2 mm de pas dans le déplacement. Le bruit que j'obtiens dans la mesure de la capacité est, pour l'instant, trop important pour obtenir une meilleure résolution que cela. J'essaie de faire varier certaines choses pour voir si je peux améliorer le SNR dans la mesure de la capacité.

Comme Dave Tweed l'a déjà mentionné, le fait que la séparation maximale soit comparable aux dimensions des plaques rend cette configuration problématique. Vous pouvez obtenir une estimation précise de la distance lorsque les plaques sont rapprochées, mais cette configuration ne fonctionnera pas pour toute la gamme.

Dave a suggéré que ces non-linéarités peuvent être prises en compte, mais je ne vois pas comment cela peut être réalisé, en satisfaisant la précision requise, sans calculs très compliqués.

Cependant, puisque vous allez utiliser le microcontrôleur, vous pouvez essayer l'astuce suivante: effectuer le mappage initial des distances à la capacité, stocker ces données dans la mémoire des microcontrôleurs (en supposant qu'elles soient suffisamment sophistiquées) et utiliser les données stockées comme une recherche- tableau pour mapper la capacité mesurée à la distance.

Quant au dégagement requis, cela dépend des objets qui peuvent être présents à proximité de votre configuration. Envisagez de le protéger avec des écrans conducteurs.

Vous pourriez envisager une géométrie qui fait varier le CHEVAUCHEMENT des plaques au lieu de la distance. Votre capacité variera linéairement avec le chevauchement. C varie comme 1 / d, donc en l'état, votre sensibilité au point le plus éloigné sera grossière. Même en changeant pour se chevaucher, je ne compterais pas sur une précision de 1%.

Considérez les autres options déjà mentionnées, ou un LVDT.

MISE À JOUR: À titre de suivi, de nombreuses mesures comme celle-ci sont améliorées par un arrangement push-pull. Si vous pouvez résoudre ce problème en utilisant DEUX condensateurs, où l'un s'agrandit en même temps et à la même vitesse que l'autre diminue, la sensibilité et la linéarité s'amélioreront.

Considérez cela comme une alternative à l'utilisation de la capacité à de plus grandes distances.

Utilisez un laser de communication optique du type qui a un faisceau divergent très spécifique (beaucoup d'entre eux sont conçus comme celui-ci pour convenir à l'interface de fibre optique). Il «pulvérise» son flux lumineux sur une surface fractionnaire d'une sphère à un certain angle. Plus vous vous éloignez du laser, moins la puissance incidente reçue par mm carré (comme celle d'un phototransistor récepteur) est faible. MODIFIER Beaucoup de photodiodes intégrées vous permettent de contrôler avec précision la puissance lumineuse de sortie du laser.

Le phototransistor aura une surface active dans laquelle il pourra recevoir de la lumière. Bien sûr, cela est constant quelle que soit la distance du laser, il reçoit donc un signal plus faible lorsque les deux sont plus éloignés.

Vous auriez besoin de moduler le laser avec une onde carrée afin que vous puissiez l'utiliser pour filtrer le signal du transistor photo afin d'éviter que les effets CC comme la lumière du soleil ne ruinent les résultats.

Cela peut ne pas fonctionner aussi efficacement de près (<2 mm) car les erreurs d'alignement deviennent alors un problème très important, mais de près, votre idée de capacité fonctionne mieux d'après ce que je peux voir. Peut-être utiliser les deux.