SE455230B - Anordning for kapacitiv metning av relativrorelsen mellan skalan och loparen hos ett lengdmetnings- eller vinkelmetningsinstrument - Google Patents

Anordning for kapacitiv metning av relativrorelsen mellan skalan och loparen hos ett lengdmetnings- eller vinkelmetningsinstrument

Info

Publication number
SE455230B
SE455230B SE8303619A SE8303619A SE455230B SE 455230 B SE455230 B SE 455230B SE 8303619 A SE8303619 A SE 8303619A SE 8303619 A SE8303619 A SE 8303619A SE 455230 B SE455230 B SE 455230B
Authority
SE
Sweden
Prior art keywords
electrodes
scale
capacities
numerical
runner
Prior art date
Application number
SE8303619A
Other languages
English (en)
Other versions
SE8303619L (sv
SE8303619D0 (sv
Inventor
C W Burckhardt
J Fournier
P Stauber
Original Assignee
Tesa Sa
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tesa Sa filed Critical Tesa Sa
Publication of SE8303619D0 publication Critical patent/SE8303619D0/sv
Publication of SE8303619L publication Critical patent/SE8303619L/sv
Publication of SE455230B publication Critical patent/SE455230B/sv

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/24Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying capacitance
    • G01D5/241Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying capacitance by relative movement of capacitor electrodes
    • G01D5/2412Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying capacitance by relative movement of capacitor electrodes by varying overlap
    • G01D5/2415Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying capacitance by relative movement of capacitor electrodes by varying overlap adapted for encoders
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/06Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters
    • H03M1/08Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters of noise
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/12Analogue/digital converters
    • H03M1/22Analogue/digital converters pattern-reading type
    • H03M1/24Analogue/digital converters pattern-reading type using relatively movable reader and disc or strip
    • H03M1/28Analogue/digital converters pattern-reading type using relatively movable reader and disc or strip with non-weighted coding
    • H03M1/30Analogue/digital converters pattern-reading type using relatively movable reader and disc or strip with non-weighted coding incremental

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Description

15 20 25 30 35 455 230 ningselektroder. På detta sätt ger förskjutningen av löparen över skalan upphov till en signal på mottagningselektroden, som till att börfia med alstrar minst tvâ signaler svarande mot intill va- randra belägna matningselektroder, varvid identifieringen med av- seende på signalernas amplitud, som åstadkommes medelst den elekt- roniska kretsen möjliggör att bestämma löparens position med av- seende på skalan.
Denna kända anordning uppvisar den väsentliga fördelen av att undvika varje förbindelse mellan skalan och löparen, vare sig genom kabel eller genom glidkontakt, vilket skulle kunna vara ett hinder vid handhavande eller underhåll.
Denna kapacitiva mätanordning, som likaså konstruerats i förenklande och förbilligande syfte, innefattar emellertid kret- sar som fortfarande är relativt komplexa och som i de flesta fall är av analogt slag och oundvikligen innefattar en analog-numerisk transformator för att erhålla en numerisk visning av den verk- ställda mätningen och vars strömförbrukning också är relativt betydande.
Uppfinningen har till ändamål att åstadkomma en väsentligt ökad förenkling av den elektroniska behandlingskretsen och en benägenhet att förbruka mindre energi än den ovan beskrivna an- ordningen. Syftet härmed är i synnerhet att medgiva användning av batterier eller ackumulatorer med liten kapacitet och med ringa volym för att till ett minimum reducera dimensionerna hos den kåpa som innehåller matnings- och behandlingskretsarna och samtidigt uppnå en lång varaktighet vid användning utan utbyte av batterier eller uppladdning av ackumulatorer.
För att uppnå detta ändamål kännetecknas den kapacitiva mätanordningen enligt uppfinningen av att skalans elektroder är jämnt fördelade i dess längdriktning; av att minst en del av löparens elektroder är uppdelade i två grupper vardera innefat- tande minst ett par elektroder, varvid de båda elektroderna är isolerade, den ena från den andra, och anordnade över utsträck- ningen.av skalans elektroder och matade medelst en numerisk signalgenerator, varvid nämnda båda elektroder dessutom är fas- 10 15 20 25 30 35 s 455 230 förskjutna 1800 och de båda grupperna elektroder är fasförskjutna 90° för att genom sin förbindelse med skalans elektroder bilda två par mätkapaciteter mot jord, varvid de därvid utvecklade sig- nalerna är karaktmfisfigkanædavseende på amplituden och med avseen- de pâ nämnda förskjutningsrörelse; samt därav att den elektronis- ka behandlingskretsen innefattar två grupper kommuterade referens- kapaciteter av typ H05 med binär vikt monterade i bryggkoppling med mätkapaciteterna för att bilda tvâ kapacitiva bryggor, med tvâ komparatorer vardera ansluten till en av nämnda båda bryggor, samt en behandlingsanordning av typ CMOS med två ingångar anslutna till nämnda båda komparatorer och med två âterverkande utgångar anslutna till de båda kapacitiva bryggorna och varvid kretsen innefattar moduler med förmåga att utföra en numerisk interpola- tion inom varje period under periodiskt, av den numeriska sig- nalgeneratorn styrt återställande av jämvikten hos de kapacitiva bryggorna genom omkastning av referenskapaciteterna, varvid lä- get hos nämnda kapaciteters omkastare vid varje jämviktstillfälle ger den numeriska ekvivalenten för förskjutningsrörelsen, och varvid räkningen av perioderna för övrigt kan utföras mellan nämnda jämviktsoperationer genom inkoppling av en pulsgenerator.
På detta sätt är behandlingsprocessen för de analoga sig- naler som härrör från de båda paren mätkapaciteter helt och hil- let numeriska. Detta svarar väl mot den enkelhet och energibe- sparing som åsyftas enligt uppfinningen, varvid den analoga de- len av den elektroniska kretsen är begränsad till de kapacitiva bryggorna, som för övrigt ej aktiveras utom vid utförande av en mätning, under löparens förskjutningsrörelse på skalan.
Bifogade ritning visar i exemplifierande syfte en utförings- form av uppfinningsföremâlet samt dessutom tre utförandevarianter.
Fig 1 är ett kopplingsschema över den som exempel lämnade utföringsformen. l Fig 2 är ett diagram illustrerande utvecklingen av de alst- rade signalerna.
Fig 3 är ett schema över ett element i den elektroniska kret- sen. 10 15 20 25 30 35 455 230 q Fig 4 är ett blockschema illustrerande behandlingsprocessen för de alstrade signalerna.
Fig 5, 6 och 7 är scheman över de tre utförandevarianterna.
Den kapacitiva mätanordningen, som schematiskt illustreras i sin sammansättning i Fig 1, innefattar en skala 1, i detta fall rätlinjig, som t ex stången hos ett skjutmått, en löpare 2 rör- ligt och förskjutbart monterad på vanligt sätt längs skalan 1, som t ex löparen hos ett skjutmått, samt av en elektronisk mat- nings- och behandlingskrets 3, som kan vara integrerad i en i löparen 2 ingående stel kåpa.
Skalan 1 är försedd med en serie elektroder E1 jämnt förde- lade i dess längdriktning och helt förbundna med àanda Dessa elektroder är rektangulära och måttet b som åtskiljer dem, den ena från den andra, är lika med dess bredd a. På detta sätt bil- dar denna skala en linjär mätlikare uppvisande en periodisk upp- repning av ett ledande baselement bestående av en elektrod E1, varvid perioden l är lika med summan av bredden av nämnda elekt- rod och måttet b som åtskiljer den från den efterföljande, en- ligt relationen: l = a + b.
Löparen 2 är försedd med två grupper elektroder A och B var- dera innefattande ett bestämt antal par elektroder A1 - B1 resp A2 - BZ, i detta fall till ett antal av tre. Dessa båda grupper elektroder A och B är anordnade med mellanrum sett i skalans 1 längdriktning och de båda elektroderna A1 och A2 resp B, och B2 i varje par är isolerade, den ena från den andra, och anordnade på avstånd från varandra i skalans tvärriktning och var och en ansluten till en numerisk signalgenerator ingående i den elekt- roniska kretsen 3.
Elektroderna A1, A2, B1 och BZ hos löparen 2 har samma bredd a och samma inbördes avstånd b sig emellan, i varje grupp A och B, som elektroderna E1 hos skalan, under det att de i tvärriktningen är anordnade för att täcka den zon som upptages medelst de sistnämna, de ena A1 och B1 å ena sidan och de andra A2 och'B2 å den andra.
Inom varje grupp elektroder A och B är de båda elektroderna 10 15 20 25 30 35 s 455 230 i varje par inbördes fasförskjutna 1800 och de båda grupperna aiektrodar är fasförskjutna 9o°, vilket askadiiggjorts pa rit- ningen genom den rätvinkliga streckade projektionen av ett par elektroder ur varje grupp A och B på elektroderna E1 hos skalan 1.
Fördelade på detta sätt bildar skalans 1 och löparens 2 elektroder två par mätkapaciteter mot jord CA1 - CA2 resp CB1 - CB2, varvid signalerna alstras i beroende av den relativa för- skjutningsrörelsen hos nämnda skala och löpare och genom de nämnda förskjutningarna hos elektroderna, på det sätt som visas på diagrammet i Fig 2.
I detta diagram utgör förskjutningsrörelsen D abskissor och de variationer i amplituden C för de signaler som alstras medelst kapaciteterna CA1 och CA2 resp CB1 och CB2 utgör ordinator.
Sätter man CA och CB lika med medeltalet av de signaler som under förskjutningsrörelsen alstras medelst kapaciteterna CA1 och CA2 resp CB1 och C82, och sätter man C lika med variationen hos amplituden för dessa signaler inom en period, ser man att dessa signaler utvecklas på följande sätt: CA1 = cA É c och CB1 = cs CA = CA + C C82 = CB n +l lå' 2 Eftersom amplituden C står i relation till den relativa förskjutningsrörelsen mellan skalan och löparen inom en period, är det sålunda möjligt att bestämma det relativa läget för de båda elementen genom att kombinera de båda mätkomposanterna: 1) En grov position bestämd genom räkning och/eller avräk- ning av antalet perioder, de bâda paren kapaciteter CA1 - CA2 och C81 - C82, som genom deras resp fasförskjut- ning om 900 möjliggör att bestämma riktningen för för- skjutningsrörelsen. 2) En noggrann position bestämd genom interpolation inom en period.
Det skall här påpekas att under en förskjutningsrörelse med lika amplitud med en signalperiod l sammanlagt fyra avgivna 10 15 20 25 30 35 455 230 s signaler ger fyra nollpasseringar¿ vilket medger att ta med en måttökning av en fjärdedel av längden hos en period genom att räkna nämnda nollpasseringar.
Nämnda grovposition och nämnda noggranna position liksom också kombinationer därav uppnås med hjälp av den elektroniska behandlingskretsen 3, med början från analoga signaler avgivna genom de båda paren mätkapaciteter.
För att uppnå detta innefattar nämnda krets 3 tillsammans med de båda paren mätkapaciteter CA1 - CA2 och CB1 - C82, två grupper av kommuterade referenskapaciteter RA1 och RA2 resp RB1 och RB2 monterade i bryggkoppling med nämnda mätkapaciteter för att bilda två distinkta och likartade kapacitiva bryggor 4A och 48, av vilka den ena 4A visas i detalj i Fig 3. Dessa referenskapaciteter,betecknade med CR inom varje grupp i nämnda Fig 3,är av typ MDS liksom också deras omkopplare 11 samt har bfnära vikter (1; 2, 4, 8 etc).
De båda utgångarna hos var och en av nämnda båda kapacitiva bryggor 4A och 4B är anslutna till en komparator SA resp 5B, vars utgång är ansluten till en behandlare 6 av typ CMOS. Be- handlaren 6 innefattar tvâ återverkande utgångar 7 och 8 anslut- na till nämna kapacitiva bryggor, samt en tredje utgång 9 an- sluten till ett element 10 för digital teckenvisning.
Behandlaren 6 har som karaktenisttskí :funktion att säkerställa omkopplingen av referenskapaciteterna hos de båda kapacitiva bryggorna 4A och 48 medelst en renodlat numerisk algoritm. Den använda processen är som följer: Komparatorerna 5A och SB indikerar för behandlaren 6 rikt- ningen för bristande jämvikt hos de kapacitiva bryggorna 4A resp 48. Behandlaren 6 återställer jämvikten hos var och en av dessa båda bryggor genom inkoppling och urkoppling av referenskapaci- teterna CR. Läget hos strömbrytarna 11 just i detta ögonblick ger den numeriska ekvivalenten för amplituden C hos den analoga signal som avgives medelst mätkapaciteterna CA1, CA2, CB1 och CB2 såsom definerats i det föregående och som illustreras i Fig 2.
Genom att referenskapaciteterna har binära vikter är det 10 15 20 25 30 35 7 455 230 använda sättet att åstadkomma jämvikt omvändningen genom succes- siva approximationer jämförbara med de som utnyttjas i analoga- numeriska omvandlare. Då amplituden C för ovan nämnda signal står i relation till skalans-löparens relativa position inom varje period, är nämnda jämviktsprocess ekvivalent med virtuella förskjutningsrörelser, eftersom komparatorerna 5A och 5B ej för- mår göra någon distinktion mellan en effektiv rörelse och approxi- meringsprocessen.
Denna för refereskapaciteterna karakteristiska omkopplings- funktion medelst en numerisk algoritm utgör den noggranna mät- ningen genom numerisk interpolation inom varje period för de periodiska signaler som härrör från mätkapaciteterna CA1, CA¿, CB1 och CBZ under den relativa förskjutningsrörelsen mellan ska-- lan och löparen hos mätanordningen. Denna funktion liksom också de andra räknings- och avräkningsfunktionerna för perioderna ut- gör grovmätningen och kombinationen av dessa båda mätkomposanter illustreras medelst blockschemat i Fig 4.
På detta blockschema betecknas redan omnämnda förbindelser och element med samma hänvisningsbeteckningar.
Behandlaren 6, som är förbunden med var och en av de båda kapacitiva bryggorna 4A och 48 genom förbindelserna 7 och 8, innefattar en jämviktsmodul medelst successiva approximationer 12 resp 13, som mottager signalen från utgången på komparatorn SA resp SB till vilken den är ansluten, liksom också de perio- diska brytimpulser som härrör från en autonom impulsgenerator 14.
De båda jämviktsmodulerna 12 och 13 är, via en andra ut- gång 15 resp 16, förbundna med en beräknare för noggrann posi- tion 17, vilken för övrigt likaså mottager den periodiska bryt- signalen som härrör från impulsgeneratorn 14.
I denna första del av kretsen hos behandlaren 6 avsedd för bestämningen av det noggranna måttet medelst beräknaren 17, har de periodiska brytimpulserna till ändamål att vid varje im- puls avbryta den successiva approximationsprocessen för att på samma gång medge återställandet av jämvikten hos de kapacitiva 10 15 20 25 30 35 455 230 bryggorna 4A och 4B för att undvika förlust av det genom räkning erhållna grovmåttet, liksom också för att genom diskriminering bestämma riktningen för den relativa rörelsen mellan skala-löpare.
För att utföra grovmätningen innefattar behandlaren 6 en diskriminator 18 för förskjutningsrörelsens riktning, ansluten till utgången på var och en av de båda komparatorerna 5A och SB liksom också till impulsgeneratorn 14, varvid diskriminatorn på- verkas genom fasförskjutning 900 av de signaler som härrör från de båda paren mätkapaciteter, samt också att en räknare-avräknare 19 som påverkas genom nollpasseringarna hos de signaler som här- rör från nämnda mätkapaciteter, är ansluten till nämnda diskrimi- nator 18.
De sålunda bestämda noggranna och grova måtten på förskjut- ningsrörelsen kombineras därefter medelst en summerare 20 ansluten till utgången på beräknaren 17 för den noggranna positionen samt till utgången på räknaren-avräknaren 19, och vars utgång är an- sluten till elementet för digital visning 10 genom förmedling av en mellanliggande avkodare 21.
Räknaren-avräknaren 19 och summeraren 20 hos nämnda krets är anslutna till en extern nollställningskontroll 22.
Upplösningsgraden och precisionen hos den kapacitiva mät- ningsanordningen enligt uppfinningen beror självfallet på stor leken av det inkrement som utnyttjas för räkningen, på symmet- rin hos dess distribution och på noggrannhetsgraden hos den interpolering som utföres inom varje period hos mätsignalerna liksom vid alla kända kapacitiva mätningsanordningar som arbe- tar genom räkning och interpolering.
Den numeriska interpoleringen som i föreliggande fall ås- tadkommes genom styrning av omkopplarna hos referenskapacite- terna CR för de kapacitiva bryggorna 4A och 4B medelst behand- laren 6 enligt en numerisk algoritm, är konkurrenskraftig till följd av det faktum att_utbytet hos kapaciteterna kan definieras mycket exakt medelst den använda teknologin CMUS.
Då en betydligt större precision önskas, är det fördelak- tigt att utföra nämnda interpolering med hjälp av den i Fig 5 WS 10 15 20 25 30 35 9 455 250 visade kretsen, som i själva verket är en första variant av den i Fig 3 visade kapacitiva bryggan.
Denna första variant har fördelen av att simulera en integ- rerad krets med kommuterad referenskapacitet. Denna bryggkrets består av två omvändningsintegratorer med kommuterade referens- kapaciteter med numeriskt styrt utbyte.
I denna krets är referenskapaciteternas CR brytare ll för de båda grupperna RA1 och RA2 monterade på så sätt att hela kom- muteringen utföres mellan en potential styrd medelst en källa med låg impedans bestående av utgången på en operationsförstärkare 23 resp 24 integrerad i kretsen för nämnda kapaciteter, och en virtuell jordanslutning bestående av ingången till nämnda förstär- kare. _ I dessa två integratorer simuleras motståndet medelst den av en mätkapacitet CA1, CA2 och en omkopplare 25 resp 26 beståen- de sammansättningen.
Dessa båda omkopplare 25 och 26 pâverkas medelst den redan nämnda numeriska signalgeneratorn och omkopplar mellan en källa med låg impedans 29 som matas av den likaså redan omnämnda nume- riska signalgeneratorn själv och förstärkarnas 23 och 24 vir- tuella jordanslutning.
De båda utgångarna hos denna bryggkrets är anslutna till komparatorn 5A på samma sätt och i samma syfte som beskrivits i det föregående.
I denna första variant är självfallet en andra identisk bryggkrets ansluten till det andra paret mätkapaciteter RB1 och RB2 och till komparatorn 58, och inom varje grupp av referens- kapaciteter hos dessa två bryggkretsar styres dessa likaså på samma sätt som beskrivits i det föregående, medelst behandlaren e . ' Vid denna första variant erhålles den önskade effekten med betydligt större precision genom att störningar eliminerats. Ef- tersom omkastningarna äger rum mellan potentialerna för mord, för~ den vil“tuel la jordanslutningen och för utoånaen hos en källa med låg impedans, elimineras i själva verket de kapacitiva läckagen hos 10 15 20 25 30 35 455 230 1U de analoga omkopplarna. Eftersom, ä andra sidan, mätkapaciteter- na CA¿ och CA2 har samma potential, föreligger varken någon kapa- citiv koppling mellan deras elektroder eller någon läckagebild- ning, vilket dessutom förenklar deras avskärmning liksom avskärm- ningen av den elektroniska kretsen.
Det är möjligt att ytterligare förbättra anordningens käns- lighet.
Den i diagrammet i Fig 6 illustrerade andra varianten är avsedd att åstadkomma detta.
I denna andra variant är skalans elektroder E1 anslutna än till jord än till en källa med låg impedans 29 som matas medelst _den numeriska signalgeneratorn med hjälp av omkastarna 27, 28.
Mätkapaciteterna CA1 och CA2 är i detta fall likaså monterade i en kapacitiv brygga av samma slag som den i det föregående be- skrivna och i Fig 5 illustrerade första varianten, och som består av tvâ omkastningsintegratorer med omkopplade referenskapaciteter.
Omkastarna 27 och 28 styres i detta fall likaså medelst den numeriska signalgeneratorn liksom omkastarna 25 och 26, samt synkront med de sistnämnda.
Omkastarna 25 och 26 omkopplar likaså var och en mellan jord och den virtuella jordanslutningen hos en operationsförstär- kare 23, 24 under det att omkastarna 27 och 28 omkopplar mellan källan med låg impedans 29 och jord. På detta sätt elimineras allt kapacitivt läckage till jord beroende på omkastarna, och den därmed åtföljande vinsten med avseende på känslighet medger mätning av kapaciteter med ett värde som är mindre än 0,1 pF.
Självfallet kan andra varianter av de kapacitiva bryggorna 4A och 48 komma till användning utan att avvika från uppfinnings- taken i den mån man alltid jämför mätkapaciteter med referens- kapaciteter.
Vad beträffar elektroderna är det på samma sätt självklart, att alla varianter med avseende på utförandet som medger bild- ning av två par mätkapaciteter med förmåga att generera signaler vars utveckling på samma gång är karakteristisk för amplituden och för riktningen hos rörelsen mellan löpare och skala, kan an- c 10 15 20 25 30 1, 455 230 vändas utan att avvika från uppfinningstanken.
Ett exempel på ett annat elektrodarrangemang lämnas i den i Fig 7 visade tredje varianten. '“ I denna tredje variant, vars schematiska illustration är begränsad till vad som är nödvändigt för förståelsen, innefattar löparen 2 förutom de båda grupperna elektroder A och B.( visade i detalj i Fig 1) en elektrod 30, som antingen kan vara för mat- ning eller för jord och som är elektriskt isolerad från de bada grupperna medelst en isoleringselektrod 31 anordnad i en mellan- liggande position, varvid dessa båda supplementära elektroder inramar de båda ifrågavarande grupperna A och B.
Skalans elektroder E (ej visade) å sin sida, är individuel- la och flytande, dvs totalt elektriskt isolerade, de ena från de andra liksom också från skalan. På detta sätt verkar skalans elektroder E, endast i egenskap av överföringselektroder för signalen. Denna anordning uppvisar den fördelen att icke erfordra någon som helst elektrisk kontakt mellan löparen och skalan, så- som visas i utföringsexemplet enligt Fig 1.
I denna tredje variant kan samma effekt erhållas medelst ett flertal isolerade matnings- eller jordelektroder 30 för var och en av de båda grupperna elektroder A och B.
Ett annat, icke visat exempel på ett annorlunda elektrod- arrangemang kan åstadkommas genom inträngning, typ tänder med två kammar, av elektroderna A1 - A2 resp B1 - B2 i löparens tvâ elektrodpar. Detta arrangemang underlättar hänsynstagandet till elektrodernas symmetriska konfiguration och deras förskjutning.
Slutligen kan omvandlingen genom successiv approximering ersättas medelst andra algoritmer såsom t ex omvandling genom repetering.

Claims (7)

10 15 20 25 30 35 455 230 n PATENTKRAV
1. Anordning för kapacitiv mätning av relativrörelsen mel- lan skalan och löparen hos ett längdmätnings- eller vinkelmät- ningsinstrument, i vilket skalan och löparen är försedda med se- rier av elektroder linjärt anordnade i riktningen för deras re- lativa förskjutningsrörelse, och som drives och matas elektriskt för att genom anslutning till varandra bilda ett flertal elekt- riska kapaciteter med förmåga att bearbeta en periodisk signal, varvid antalet perioder är proportionellt mot nämnda förskjut- ningsrörelse och varvid löparens elektroder är anslutna i en elektronisk behandlingskrets lämpad för behandling av en numerisk mät-slutsignal för nämnda förskjutningsrörelse genom räkning av antalet av nämnda perioder och genom interpolation inom var och en av dessa, k ä n n e t e c k n a d av att skalans (1) elekt- roder (E1) är jämnt fördelade i dess längdriktning; av att minst en del av löparens (2) elektroder är uppdelade i två grupper (A, B), vardera innefattande minst ett par elektroder (A1 - B1, A2 - B2) där de båda elektroderna är isolerade, den ena från den andra, och anordnade över utsträckningen av skalans elekt- roder (E1) och matade medelst en numerisk signalgenerator, var- vid de båda nämnda elektroderna dessutom är fasförskjutna 180° och de båda grupperna elektroder är fasförskjutna 90° för att genom sin förbindelse med skalans elektroder (E1) bilda två par mätkapaciteter mot jord (CA1 - CA2, CB1 - CB2), varvid de därvid utvecklade signalerna är karakteristiska med avseende på amplituden och med avseende på nämnda förskjutningsrörelse; samt därav att den elektroniska behandlingskretsen (3) innefattar två grupper kommuterade referenskapaciteter av typ MOS (RA1 - RAZ, RB1 - Rßå) med binär vikt monterade i bryggkoppling med mätkapaciteterna för att bilda tvâ kapacitiva bryggor (4A, 4B), två komparatorer (SA, šß) vardera ansluten till en av nämnda båda bryggor, samt en behandlingsanordning (6) av typ CMOS med två ingångar anslutna till de båda nämnda komparatorerna, med två áterverkande utgångar (7) 8) anslutna till de båda kapaciti- va bryggorna, och varvid kretsen innefattar moduler (12, 13) med 10 15 20 25 30 35 13 455 230 förmåga att utföra en numerisk interpolation inom varje period under periodiskt, av den numeriska signaïgeneratorn styrt åter- stäïiande av jämvikten hos de kapacitiva bryggorna genom omkast- ning av referenskapaciteterna (CR), varvid iäget hos nämnda kapa- citetersomkastare (11) vid varje jämviktstiïïfälie ger den nume- riska ekvivaïenten för förskjutningsrörelsen, och varvid räkningen av perioderna för övrigt kan utföras meiian nämnda jämviktsopera- tioner genom inkoppiing av en puïsgenerator.
2. Anordning eniigt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att skaïans eïektroder (E1 - Fig 1, Fig 3, Fig 5) är anslutna till jord.
3. Anordning eniigt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att skaïans eiektroder (E, - Fig 6) samtiiga är anslutna än tiil jord än tili en källa med iåg impedans (29) som matas medeist den numeriska signaigeneratorn genom två omkastare (27, 28) som pâverkas medeïst den numeriska signalgeneratorn.
4. Anordning en1igt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att var och en av de bada kapacitiva bryggorna (4A, 48) består av två operationsförstärkare (23, 24) monterade som omkastnings- integratorer med omkastade kapaciteter, i viika motståndet simu- Ieras medeïst ett arrangemang med en mätkapacitet (CA1, CA2) och en omkastare (25, 26) som drives medeist den numeriska signai- generatorn, varvid referenskapaciteterna (CR) är monterade i återverkningssïingan hos nämnda integratorer för att genom sin verkan bestämma en numeriskt kontroilerad vinst genom omkastar- na (11) hos nämnda referenskapaciteter (Fig 5, Fig 6).
5. S. Ånordning enligt kraven 1, 2 och 4, k ä n n e t e c k - n a d av att de båda omkastarna (25, 26 Fig 5) hos de båda integratorerna är monterade för att åstadkomma omkastning meilan en kä11a med iåg impedans (29) matad medeist den numeriska sig- naigeneratorn, och den virtuella jordansiutningen hos operations- förstärkarna (23, 24).
6. Anordning eniigt kraven 1, 3 och 4, k ä n n e t e c k - 'av att de båda omkastarna (25, 26 Fig 6) hos de båda integ- är monterade för att åstadkomma omkastning meilan n a d ratorerna 10 455 230 14 jord och den virtuella jordanslutningen hos operationsförstärkar- na (23, 24), varvid nämnda båda omkastare matas synkront med om- kastarna (27, 28) och därvid ansluter skalans elektroder än till jord än till källan med låg impedans (29).
7. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att skalans elektroder (E1 - Fig 7) är individuella och flytande, under det att löparen (2) utöver sina tvâ grupper elektroder (A, B) innefattar minst en matnings- eller jordelektrod (30) isolerad från dessa båda grupper. f:
SE8303619A 1982-07-07 1983-06-23 Anordning for kapacitiv metning av relativrorelsen mellan skalan och loparen hos ett lengdmetnings- eller vinkelmetningsinstrument SE455230B (sv)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CH4133/82A CH648929A5 (fr) 1982-07-07 1982-07-07 Dispositif de mesure capacitif de deplacement.

Publications (3)

Publication Number Publication Date
SE8303619D0 SE8303619D0 (sv) 1983-06-23
SE8303619L SE8303619L (sv) 1984-01-08
SE455230B true SE455230B (sv) 1988-06-27

Family

ID=4270450

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SE8303619A SE455230B (sv) 1982-07-07 1983-06-23 Anordning for kapacitiv metning av relativrorelsen mellan skalan och loparen hos ett lengdmetnings- eller vinkelmetningsinstrument

Country Status (10)

Country Link
US (1) US4543526A (sv)
JP (1) JPS5923218A (sv)
BR (1) BR8303577A (sv)
CH (1) CH648929A5 (sv)
DE (1) DE3324578C2 (sv)
FR (1) FR2530011B1 (sv)
GB (1) GB2123629B (sv)
IN (1) IN159378B (sv)
IT (1) IT1162890B (sv)
SE (1) SE455230B (sv)

Families Citing this family (50)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4677578A (en) * 1982-04-05 1987-06-30 Armco Inc. Non-contact sensing system for determining the relative elongation in a moving flat steel strip
DE3418566C2 (de) * 1983-05-18 1986-12-11 Mitutoyo Mfg. Co., Ltd., Tokio/Tokyo Verschiebungsdetektor
DE3338108A1 (de) * 1983-10-20 1985-05-02 Robert 5446 Engeln Wolff Digitale messvorrichtung fuer drehwinkelabhaengige groessen
DE3340782C2 (de) * 1983-11-11 1985-12-05 Mauser-Werke Oberndorf Gmbh, 7238 Oberndorf Kapazitive Längen- und Winkelmeßeinrichtung
CH666122A5 (fr) * 1986-04-10 1988-06-30 Hans Ulrich Meyer Capteur capacitif de position.
US4857828A (en) * 1986-05-30 1989-08-15 Control Logic (Proprietary) Limited Method and apparatus for detecting presence of objects
US4794393A (en) * 1986-08-22 1988-12-27 Imran Mir A Device for measuring parameters on electrocardiogram strip recordings
DE3637529A1 (de) * 1986-09-02 1988-03-17 Hengstler Gmbh Kapazitiver linear- oder drehgeber zum steuern und positionieren von bewegten gegenstaenden
US4896098A (en) * 1987-01-08 1990-01-23 Massachusetts Institute Of Technology Turbulent shear force microsensor
US4893071A (en) * 1988-05-24 1990-01-09 American Telephone And Telegraph Company, At&T Bell Laboratories Capacitive incremental position measurement and motion control
DE3834200A1 (de) * 1988-10-07 1990-04-12 Rexroth Mannesmann Gmbh Kapazitiver wegaufnehmer
US4958115A (en) * 1988-11-28 1990-09-18 At&T Bell Laboratories Capacitively commutated brushless DC servomotors
US5049824A (en) * 1988-12-12 1991-09-17 Mitutoyo Corp. Phase discrimination type electrostatic capacity detector
US5012237A (en) * 1989-05-26 1991-04-30 Cummins Electronics Company, Inc. Reflected electrostatic field angle resolver
JPH0318759A (ja) * 1989-06-15 1991-01-28 Akebono Brake Ind Co Ltd 輪速検出装置
CH685214A5 (fr) * 1991-10-15 1995-04-28 Hans Ulrich Meyer Capteur capacitif de position.
DE4201813A1 (de) * 1992-01-24 1993-07-29 Pav Praezisions Apparatebau Ag Vorrichtung zum messen einer geometrischen groesse
FR2688315B1 (fr) * 1992-03-09 1994-05-27 Sagem Capteur accelerometrique capacitif et accelerometre non asservi en comportant application.
SE9202005L (sv) * 1992-06-29 1993-12-20 Johansson Ab C E Skalsystem för absolutmätning
US5321366A (en) * 1992-08-31 1994-06-14 Murata Mfg. Co. Ltd. Capacitance sensor apparatus of divided multi-electrode type
DE4308462A1 (de) * 1993-03-17 1994-09-22 Vdo Schindling Anordnung zur Signalverarbeitung für Absolutwertsensoren mit periodischen Strukturen, insbesondere für Positions- und Winkelsensoren
US5739775A (en) * 1993-07-22 1998-04-14 Bourns, Inc. Digital input and control device
US5880683A (en) * 1993-07-22 1999-03-09 Bourns, Inc. Absolute digital position encoder
DE4328525A1 (de) * 1993-08-25 1995-04-06 Mikroelektronik Und Technologi Längen- oder Winkelmeßeinrichtung
CH689190A5 (fr) * 1993-10-19 1998-11-30 Hans Ulrich Meyer Instrument de mesure de longueurs ou d'angles.
US5828142A (en) * 1994-10-03 1998-10-27 Mrs Technology, Inc. Platen for use with lithographic stages and method of making same
EP0747673B1 (fr) * 1995-06-07 2003-03-26 Brown & Sharpe Tesa S.A. Dispositif de mesure capacitif
JP3125675B2 (ja) * 1996-03-29 2001-01-22 三菱電機株式会社 容量型センサインターフェース回路
DE69621334T2 (de) * 1996-10-11 2003-01-09 Brown & Sharpe Tesa S.A., Renens Kapazitive Dimensionsmesseinrichtung
DE19715078A1 (de) * 1997-04-11 1998-10-15 Univ Ilmenau Tech Verfahren zur kapazitiven Weg- und Winkelmessung
KR100744103B1 (ko) * 1997-12-30 2007-12-20 주식회사 하이닉스반도체 플래쉬메모리장치의로우디코더
CN1155794C (zh) 1999-12-02 2004-06-30 株式会社三丰 静电电容式变位检测装置
US6862832B2 (en) * 2002-07-17 2005-03-08 Ronnie G. Barrett Digital elevation knob
JP2006047135A (ja) * 2004-08-05 2006-02-16 Olympus Corp 静電エンコーダ
GB2419950A (en) * 2004-11-09 2006-05-10 Sharp Kk Capacitance measuring apparatus for LCD touch screen
JP2007093287A (ja) * 2005-09-27 2007-04-12 Tietech Co Ltd リニアモータ
US8994382B2 (en) * 2006-04-12 2015-03-31 Novo Nordisk A/S Absolute position determination of movably mounted member in medication delivery device
WO2008132930A1 (ja) * 2007-04-19 2008-11-06 Hosiden Corporation 回転入力装置及びそれを使った回転検出装置
JP5171395B2 (ja) * 2007-07-31 2013-03-27 京セラ株式会社 ステージの位置変動検出装置およびこれを備えた搬送装置
US7570066B2 (en) * 2007-11-01 2009-08-04 Seagate Technology Llc Simultaneous detection of in-plane and out-of-plane position displacement with capacitive sensors
JP5153457B2 (ja) * 2008-05-29 2013-02-27 京セラ株式会社 ステージの位置変動検出装置およびこれを備えた搬送装置
WO2010051264A1 (en) * 2008-10-28 2010-05-06 Pile Dynamics, Inc. Strain and displacement sensor and system and method for using the same
ES2673294T3 (es) 2008-11-06 2018-06-21 Novo Nordisk A/S Dispositivo de administración de fármacos asistido electrónicamente
US9021880B2 (en) 2010-04-30 2015-05-05 Qualcomm Mems Technologies, Inc. Micromachined piezoelectric three-axis gyroscope and stacked lateral overlap transducer (slot) based three-axis accelerometer
US9939932B2 (en) * 2014-03-21 2018-04-10 Advanced Sensor Technology Limited Position sensing device and method using self-capacitance
JP6371643B2 (ja) * 2014-09-03 2018-08-08 オリエンタルモーター株式会社 静電エンコーダ
GB2550967A (en) * 2016-06-03 2017-12-06 Brandenburg (Uk) Ltd Sensing of objects
CN106643455B (zh) * 2016-12-26 2018-11-30 清华大学 一种电容式旋变位移传感器
WO2018157015A1 (en) 2017-02-27 2018-08-30 Pile Dynamics, Inc. Non-contact strain measurement system and method for using the same
US20190360843A1 (en) * 2018-05-22 2019-11-28 Chad Unterschultz Capacitive Position Sensing

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH538114A (de) * 1971-05-06 1973-06-15 Bauer Messinstrumente Ag Vorrichtung zur Digitalen, kapazitiven Messung der örtlichen Lage von Trennschichten zwischen mindestens zwei aneinandergrenzenden Medien
CH550378A (de) * 1972-09-07 1974-06-14 Maag Zahnraeder & Maschinen Ag Vorrichtung zur kapazitiven winkel- oder laengenmessung.
US3938113A (en) * 1974-06-17 1976-02-10 International Business Machines Corporation Differential capacitive position encoder
US3990005A (en) * 1974-09-03 1976-11-02 Ade Corporation Capacitive thickness gauging for ungrounded elements
SE411392B (sv) * 1977-12-09 1979-12-17 Inst Mikrovagsteknik Vid Tekni Metanordning for kapacitiv bestemning av det inbordes leget hos tva relativt varandra rorliga delar
JPS568508A (en) * 1979-07-02 1981-01-28 Nippon Soken Inc Rotation detector
DE3039483C2 (de) * 1980-10-18 1986-09-11 Dr. Johannes Heidenhain Gmbh, 8225 Traunreut Inkrementale Längen- oder Winkelmeßeinrichtung

Also Published As

Publication number Publication date
SE8303619L (sv) 1984-01-08
DE3324578A1 (de) 1984-01-12
BR8303577A (pt) 1984-02-14
IT1162890B (it) 1987-04-01
SE8303619D0 (sv) 1983-06-23
FR2530011A1 (fr) 1984-01-13
IN159378B (sv) 1987-05-09
FR2530011B1 (fr) 1986-11-28
GB8316841D0 (en) 1983-07-27
GB2123629B (en) 1986-01-08
JPS5923218A (ja) 1984-02-06
CH648929A5 (fr) 1985-04-15
IT8367725A0 (it) 1983-07-01
US4543526A (en) 1985-09-24
DE3324578C2 (de) 1985-06-20
GB2123629A (en) 1984-02-01
JPH0376687B2 (sv) 1991-12-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
SE455230B (sv) Anordning for kapacitiv metning av relativrorelsen mellan skalan och loparen hos ett lengdmetnings- eller vinkelmetningsinstrument
GB2223589A (en) Measurement of capacitance and parameters related thereto
SU919076A1 (ru) Аналого-цифровой преобразователь с автоматической калибровкой
SU708251A1 (ru) Устройство дл измерени электрической энергии
SU789813A1 (ru) Измеритель экстремумов и перепадов уровн напр жени
SU627587A1 (ru) Аналого-цифровой интегратор
SU930327A1 (ru) Устройство дл считывани графической информации
SU892703A1 (ru) Аналого-цифровой преобразователь
SU1283515A1 (ru) Устройство дл преобразовани перемещени в напр жение
SU782153A1 (ru) Аналого-цифровой преобразователь
SU1050111A1 (ru) Устройство дл прерывани аналоговых сигналов
SU670828A1 (ru) Устройство дл измерени скорости изменени температуры
SU864010A1 (ru) Цифровое измерительное устройство
SU943755A1 (ru) Устройство дл возведени в степень
SU1295519A1 (ru) Аналого-цифровой преобразователь
SU1439382A1 (ru) Измеритель линейных перемещений
SU611217A1 (ru) Устройство дл делени напр жений
SU635513A1 (ru) Аналоговое запоминающее устройство
SU1037053A1 (ru) Емкостной измеритель перемещений
SU739736A1 (ru) Преобразователь активной мощности трехфазной электрической цепи в цифровой код
SU977931A1 (ru) Устройство дл измерени перемещений
SU464781A1 (ru) Преобразователь малых перемещений в скважность импульсов
SU690626A1 (ru) Измерительный преобразователь фаза-код
JPS60181914A (ja) 座標検出装置
SU615433A1 (ru) Устройство дл измерени нестабильности электрических параметров полупроводниковых приборов

Legal Events

Date Code Title Description
NUG Patent has lapsed

Ref document number: 8303619-4

Effective date: 19950110

Format of ref document f/p: F

NUG Patent has lapsed

Ref document number: 8303619-4

Format of ref document f/p: F