[發明專利]差分電容位移量的轉換和細分方法及電容型線性位移測量系統

有效

• 申請號: 201210538940.7
• 申請日: 2012-12-12
• 公開（公告）號: CN103868442B
• 公開（公告）日: 2019-03-29
• 發明（設計）人: 王祖斌
• 申請（專利權）人: 王祖斌
• 主分類號: G01B7/02
• 分類號: G01B7/02;G01B7/00;G01D5/241;H03K17/945
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• 代理人: 暫無信息

1.一種差分電容位移量的轉換和細分方法，其特征是：它包括差分電容位移量的轉換基準和細分方法；所述差分電容位移量的轉換基準是用一對差分電容的差分位移區間的位移距離s或寬度b與在差分位移區間內測量的第一個差分電容C₁及第二個差分電容C₂之和(C₁+C₂)相比，這一比值正是在差分位移區間內測量時單位電容變化量的位移量用d_c表示；在這差分位移區間的距離s或寬度b內任何點，只要測量條件和測量環境保持不變，這一單位電容變化量的位移量d_c是相同不變的，有了這單位電容變化量的位移量d_c，也就有了所測量到的差分電容變化量轉換為位移量的基準，而且是動態跟蹤的基準，當測量條件和測量環境變化時，測量的差分電容變化量之和(C₁+C₂)隨著跟蹤變化，在這差分位移區間內的距離s未變，也就是在這動極板上的兩個電極與定極板上的電極所覆蓋的寬度b未變，而這單位電容變化量的位移量d_c，也相應的隨著差分電容變化量之和(C₁+C₂)的變化而跟蹤變化，有了這動態跟蹤的基準，可以方便求出由差分位移區間內位移時差分電容變化量所對應的位移量；

所述轉換基準能在水、油、灰塵污染惡劣測量環境中使用和擴大了運用范圍，還省去了調制與解調、放大器、A/D轉換器模擬量元件，有數字元件所替代的全數字化，避免了模擬量元件所帶來的干擾，特別是全數字化能使精度、分辨力和測量速度提高了幾個數量級；

所述細分方法是在差分位移區間內，單位電容變化量的位移量dc的倒數是單位位移量的電容變化量用ds表示，如果分辨力是一微米，最小單位位移量是微米，選用每一微米的電容變化量ds，測量時必須能測量出每一微米的電容變化量ds，也就是能測出最小分辨力為一微米，只要能測量出這最小單位位移量的電容變化量ds就是最小細分單位量；這是有了所測量到的電容變化量轉換為位移量的基準，可使單位位移量的電容變化量具體化；無需內插法及預定的電容變化量所對應位移量的大容量的數據存儲器。

2.按權利要求1所說的差分電容位移量的轉換和細分方法，其特征是：其用于差分電容位移傳感器的測量。

3.一種差分電容位移量的轉換和細分方法，其特征是：包括差分電容變化量轉換為脈沖寬度量和細分方法；所說差分電容變化量轉換為脈沖寬度量是把兩個差分電容C₁與C₂用同一個單穩態觸發器電路，分別依次轉換為兩個脈沖寬度量t₁≈0.69RC₁和t₂≈0.69RC₂，兩個差分電容C₁與C₂所用的測量電路是同一個，無需用電位器調節電路的平衡，兩個差分電容C₁與C₂先后測量時間之差通常最多是毫秒級，測量中兩個差分電容C₁與C₂在這短暫時間內不存在零漂問題；單穩態觸發器的輸出脈沖寬度量由細分電路，分成以最小細分單位的脈沖寬度組成的一個脈沖串，這個脈沖串輸出至單片微型計算機，有單片微型計算機進行計數與分析比較給出結果；

所說細分電路是將一個寬度大的脈沖，分成最小細分單位的脈沖寬度的脈沖串，它是有高頻方波振蕩器產生的高頻脈沖，與單穩態觸發器的輸出的寬度大的脈沖，通過二輸入與門電路的輸出，就是所說的細分電路的脈沖串輸出，細分電路輸出的脈沖串中，每一個脈沖寬度取決于最小細分單位的脈沖寬度，它是分辨力中最小單位位移量的電容變化量所對應的脈沖寬度，最小細分單位的脈沖寬度愈小，高頻方波振蕩器產生的高頻脈沖頻率愈高，這種細分就是頻率細分，改變頻率只是改變振蕩器的參數，有利于微納米的測量；

所說差分電容變化量轉換為脈沖寬度量的電路中沒有放大器模擬量元件，全是數字量元件，無需電位器調零，也無零漂，所有干擾和寄生，或附加電容都相同，可以用嵌入式系統對脈沖寬度進行捕捉/比較，使單片微型計算機外圍控制電路更為簡單。

4.按權利要求3所說的差分電容位移量的轉換和細分方法，其特征是：其用于差分電容位移傳感器的測量。