[發明專利]一種電容式距離測量方法、裝置及其定標方法

有效

• 申請號: 201610652008.5
• 申請日: 2016-08-10
• 公開（公告）號: CN106289043B
• 公開（公告）日: 2019-04-12
• 發明（設計）人: 余飛;王斌
• 申請（專利權）人: 成都芯通軟件有限公司
• 主分類號: G01B7/14
• 分類號: G01B7/14
• 代理公司: 四川力久律師事務所 51221
• 代理人: 王蕓;曹晉玲

1.一種電容式距離測量裝置，其特征在于，所述裝置包括：探頭，激勵單元，電容電壓轉換單元，對數放大處理單元，數據采集轉換單元，以及控制單元；其中，

探頭用于與被測件之間形成電容；激勵單元與探頭連接，用于對探頭施加第一激勵信號；電容電壓轉換單元與探頭連接，用于獲取所形成的電容對應的第一電壓信號；對數放大處理單元與電容電壓轉換單元連接，用于對第一電壓信號進行對數放大處理，獲取第二電壓信號；數據采集轉換單元與對數放大處理單元連接，用于將第二電壓信號轉換為第三電壓信號；

控制單元與激勵單元、對數放大處理單元、以及數據采集轉換單元連接，用于確定激勵單元施加第一激勵信號的時間，確定對數放大處理單元進行對數放大處理的時間，以及將第三電壓信號轉換為距離值。

2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括設置在所述探頭背面的屏蔽層，與激勵單元連接；

激勵單元還用于對探頭施加第二激勵信號；其中，第二激勵信號與第一激勵信號的幅度和相位相同。

3.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括與控制單元連接的顯示單元，用于顯示所述距離值；或者，

所述裝置還包括與控制單元連接的通信單元，用于將所述距離值發送給上位裝置。

4.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述激勵單元通過采樣電阻與探頭連接；所述電容電壓轉換單元通過跨接于所述采樣電阻的儀表放大器獲取第一電壓信號。

5.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述對數放大處理單元包括：峰值保持模塊、電平調整模塊、對數放大模塊、和放大及范圍調整模塊；其中，

峰值保持模塊用于對第一電壓信號的正向峰值進行跟蹤并保持；電平調整模塊用于將第一電壓信號調整到對數放大模塊的輸入范圍內；對數放大模塊用于對第一電壓信號進行對數放大，獲取第二電壓信號；放大及范圍調整模塊用于將第二電壓信號調整到數據采集轉換單元的輸入范圍內。

6.根據權利要求5所述的裝置，其特征在于，所述峰值保持模塊包括：運算放大器、二極管、儲能電容、放電開關以及限流電阻；其中，

第一電壓信號流入輸入運算放大器同相輸入端，經運算放大器的輸出端和二極管后至峰值保持模塊輸出端；

放電開關一端接地，一端連接運算放大器反向輸入端，且與儲能電容并聯連接；運算放大器輸出端、二極管、限流電阻、以及運算放大器反向輸入端形成反饋環路；

控制單元用于通過開關信號控制放電開關，使儲能電容放電，或者充電。

7.根據權利要求1至6中任一項所述的裝置，其特征在于，所述探頭的數量大于或等于一；

當所述探頭的數量大于一時，探頭排列為陣列形式。

8.一種電容式距離測量方法，其特征在于，所述方法包括：

控制單元確定激勵單元施加第一激勵信號的時間；

激勵單元對探頭施加第一激勵信號；

電容電壓轉換單元獲取探頭與被測件之間形成的電容對應的第一電壓信號；

控制單元確定對數放大處理單元進行對數放大處理的時間；

對數放大處理單元對第一電壓信號進行對數放大處理，獲取第二電壓信號；

數據采集轉換單元將第二電壓信號轉換為第三電壓信號；

控制單元將第三電壓信號轉換為距離值。

9.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，所述對數放大處理單元對第一電壓信號進行對數放大處理，獲取第二電壓信號包括：

峰值保持模塊對第一電壓信號的正向峰值進行跟蹤并保持；電平調整模塊將第一電壓信號調整到對數放大模塊的輸入范圍內；對數放大模塊對第一電壓信號進行對數放大，獲取第二電壓信號；放大及范圍調整模塊將第二電壓信號調整到數據采集轉換單元的輸入范圍內。

10.一種用于權利要求1至7中任一項所述的裝置的定標方法，其特征在于，所述定標方法包括：把探頭固定在定標測試臺上；調整電路參數，使第三電壓信號電壓值變化范圍與預設的測量范圍相匹配；調整探頭與被測件之間的定標距離，從定標測試臺讀取定標距離，并獲取對應的第三電壓信號電壓值；對定標距離與第三電壓信號電壓值進行數據擬合，獲取定標距離與第三電壓信號電壓值的擬合關系式；調整探頭與被測件之間的定標距離，對擬合關系式進行驗證；當誤差值滿足精度要求時驗證通過，完成定標；當誤差值不滿足精度要求時，再次調整探頭與被測件之間的定標距離，獲取對應的第三電壓信號電壓值，以及定標距離與第三電壓信號電壓值的擬合關系式。