SU1411568A1

SU1411568A1 - Variable-capacitance device for measuring microdisplacements

Info

Publication number: SU1411568A1
Application number: SU864158757A
Authority: SU
Inventors: Павел Александрович Батрак; Виктор Михайлович Костенко; Михаил Иванович Прокофьев; Андрей Юрьевич Чепурко
Original assignee: Киевский Политехнический Институт Им.50-Летия Великой Октябрьской Социалистической Революции
Priority date: 1986-12-10
Filing date: 1986-12-10
Publication date: 1988-07-23

Abstract

Изобретение относитс к измерительной технике. Цель изобретени - повышение точности и температурной стабильности характеристики преобразовани емкостного устройства дл измерений микроперемещений . Устройство содержит емкостный преобразователь , в котором его потенциальный электрод выполнен в виде двух пластин 3 и 4, расположенных в одной плоскости с со- .ответствующими измерительными электродами 1 и 2. Пары элч - тродов расположены по разные стороны от экранирующих электродов 5 и 6, закрепленных параллельно один другому с противоположных сторон диэлектрической подложки 7. Измерительные электроды присоединены к входам дифференциального усилител 8, образу с его входными сопротивлени ми мостовую схему измерени , а также к входам сумматора 9, подключенного к источнику 10 питани . При перемещени х объекта на выходе усилител 8 формируетс сигнал, равный разности потенциалов , наводимых на электродах 3 и 4 преобразовател и завис щих от зазоров между ними и соответствующими экранирующими электродами, которые измен ютс дифференциально . Одновременно с помощью цепи обратной св зи через сумматор 9 обеспечиваетс регулирование напр жени питани преобразовател так, чтобы сумма напр жений на его измерительных электродах поддерживалась посто нной. Благодар этому обеспечиваетс повышение точности измерений микроперемещений и компенсируютс температурные погрешности. 2 ил. I (Л с:This invention relates to a measurement technique. The purpose of the invention is to improve the accuracy and temperature stability of the conversion characteristic of a capacitive device for measuring microdisplacements. The device contains a capacitive transducer, in which its potential electrode is made in the form of two plates 3 and 4, located in the same plane with the corresponding measuring electrodes 1 and 2. The pairs of electrodes are located on opposite sides of the shielding electrodes 5 and 6, fixed parallel to each other from opposite sides of the dielectric substrate 7. The measuring electrodes are connected to the inputs of the differential amplifier 8, forming a bridge measurement circuit with its input resistances, as well as to the inputs an adder 9 connected to the power source 10. When the object is moved, the output of the amplifier 8 generates a signal equal to the potential difference induced on the electrodes 3 and 4 of the converter and depending on the gaps between them and the corresponding shielding electrodes, which are differentially changed. At the same time, using the feedback circuit through the adder 9, the supply voltage of the converter is regulated so that the sum of the voltages on its measuring electrodes is kept constant. Due to this, the accuracy of microdisplacement measurements is improved and temperature errors are compensated. 2 Il. I (L with:

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения перемещений порядка 10 ³—5Х ХЮ² мкм, например, в автоматизированных системах управления.The invention relates to measuring equipment and can be used to measure displacements of the order of 10 ³ —5X HU ² μm, for example, in automated control systems.

Целью изобретения является повышение точности и температурной стабильности характеристики преобразования за счет регулировки напряжения питания с помощью Замкнутой цепи обратной связи, а также за (чет компенсации температурных погрешностей измерения.The aim of the invention is to improve the accuracy and temperature stability of the conversion characteristics by adjusting the supply voltage using a closed feedback loop, as well as (even compensation for temperature measurement errors.

На фиг. 1 схематически изображено емкостное устройство для измерений микроперемещений; на фиг. 2 — электрическая эквивалентная схема замещения емкостного устройства, представляющая собой мост, образованный парами потенциальных и измерительных электродов емкостного преобразователя и входными сопротивлениями дифференциального усилителя устройства.In FIG. 1 schematically depicts a capacitive device for measuring micro displacements; in FIG. 2 is an electrical equivalent circuit equivalent circuit of a capacitive device, which is a bridge formed by pairs of potential and measuring electrodes of a capacitive transducer and input resistances of the differential amplifier of the device.

Емкостное устройство содержит дифференциальный емкостный преобразователь перемещений, два плоских измерительных электрода 1 и 2 которого и две пластины 3 и 4, представляющие собой потенциальный электрод преобразователя, расположены попарно параллельно по разные стороны от его экранирующих электродов 5 и 6. Экранирующие электроды кинематически связываются в процессе измерения с объектом кон'роля и закреплены один параллельно другому на противоположных поверхностях диэлектрической подложки 7. Измерительные электроды 1 и 2 подключены к входам дифференциального усилителя 8 и сумматора 9, подключенного к источнику 10 питания переменного тока, имеющего напряжение CJr.The capacitive device contains a differential capacitive displacement transducer, two flat measuring electrodes 1 and 2 of which and two plates 3 and 4, which are a potential electrode of the transducer, are arranged in pairs in parallel on opposite sides of its shielding electrodes 5 and 6. The shielding electrodes kinematically communicate during measurement with the object of control and mounted one parallel to the other on opposite surfaces of the dielectric substrate 7. Measuring electrodes 1 and 2 are connected to the input odes of differential amplifier 8 and adder 9 connected to an AC power source 10 having a voltage of CJr.

Емкостное устройство для измерений микроперемещений работает следующим образом.Capacitive device for measuring microdisplacement works as follows.

При перемещении объекта х контроля и (вязанной с ним диэлектрической подложки 7 ( экранирующими электродами 5 и 6 изменяется емкость между каждой пластиной 3 и 4 потенциального электрода и расположенными в одной плоскости с ней измерительным Электродом 1 или 2 соответственно, вслед ствие чего изменяется наводимое на измерительных электродах напряжение. Это приводит к изменению в противоположные стороны емкостных сопротивлений х, и х₂, включен2 ных в смежные плечи мостовой схемы измерения. Благодаря разбалансу моста появляется сигнал на выходе дифференциального усилителя 8, равный разности напряжений U, и Ц₂, наводимых на измерительных электродах 1 и 2 в функции зазоров меж10 ду ними и соответствующими им экранирующими электродами 5 и 6, а фаза сигнала разбаланса меняется на 180° при переходе через точку баланса моста. Одновременно напряжения Ц и U₂ с измерительных электродов по15 даются на вход сумматора 9, который обеспечивает регулирование напряжения источника 10 питания так, что сумма выходных сигналов Ui и U₂ емкостного преобразователя остается постоянной. Благодаря этому обеспечивается повышение точности измерения микроперемещений вследствие повышения линейности характеристики преобразования и компенсируются погрешности измерения.When moving the control object x and (the dielectric substrate 7 knitted with it (shielding electrodes 5 and 6), the capacitance changes between each plate 3 and 4 of the potential electrode and the measuring electrode 1 or 2 located in the same plane with it, respectively, as a result of which the induced on the measuring electrodes voltage. This leads to a change in the opposite sides of the capacitance x, and x ₂ included2 in adjacent shoulders of the bridge measurement circuit. Due to the imbalance of the bridge, a signal appears at the output differential amplifier 8, equal to the voltage difference U, and C ₂ induced on measuring electrodes 1 and 2 as a function of the gaps between them 10 and the corresponding shielding electrodes 5 and 6, and the phase of the unbalance signal changes 180 ° when crossing the bridge balance point At the same time, the voltages C and U ₂ from the measuring electrodes are supplied to the input of the adder 9, which provides regulation of the voltage of the power source 10 so that the sum of the output signals Ui and U _{2 of the} capacitive transducer remains constant. This ensures an increase in the accuracy of measurement of micromotion due to an increase in the linearity of the conversion characteristics and compensates for measurement errors.

Claims

Claim

22 A capacitive device for measuring displacement, containing a power source, an adder connected to it, an amplifier and a differential capacitive transducer with parallel flat measuring electrodes, a 3Q potential electrode and two shielding electrodes kinematically connected during the measurement with the control object, characterized in that, in order to improve the accuracy and stability of the conversion characteristics, the potential 35 electrode is made in the form of two plates, which together with and tonnage electrodes arranged in pairs on opposite sides of shield electrodes, the latter are fixed in parallel to one another on opposite surfaces dielektrieskoy substrate, formed by the differential amplifier, and both measuring electrodes are connected to the inputs of the differential amplifier and the adder.