Емкостной датчик для измерения линейных перемещений


 


Владельцы патента RU 2472106:

Закрытое акционерное общество "Нанотехнология-МДТ" (RU)

Изобретение относится к области прецизионных измерений перемещений посредством измерения емкости и может быть использовано для определения линейных перемещений сканирующих устройств в сканирующих зондовых микроскопах (СЗМ). Сущность: датчик содержит измерительную емкость и опорную емкость, подключенные к первому входу интегратора, включающего операционный усилитель и емкость. Между измерительной емкостью и опорной емкостью к первому входу интегратора подключены последовательно демодулятор и полосовой усилитель. Между измерительной емкостью и выходом интегратора последовательно включены первый модулятор и потенциометр масштаба. К опорной емкости последовательно подключены второй модулятор и потенциометр смещения. Технический результат: повышение точности измерения линейных перемещений. 1 ил.

 

Изобретение относится к области прецизионных измерений перемещений посредством измерения емкости. Емкостной датчик может быть использован для определения линейных перемещений сканирующих устройств в сканирующих зондовых микроскопах (СЗМ).

Известен емкостной измеритель перемещений, включающий операционный усилитель, к первому входу которого подключены первая измерительная и вторая опорная емкости, соединенные через ключи с модулем опорного напряжения и с "землей". Ко второму входу подключена компенсирующая емкость [1].

Это устройство выбрано в качестве прототипа, как совпадающее с предложенным решением по большинству признаков.

Основной недостаток описанного измерителя перемещений заключается в том, что во время переключения электронных ключей происходит инжекция заряда, что приводит к искажению величины измеряемой емкости и соответственно к неточности измерения перемещений.

Целью изобретения является создание универсального и надежного датчика линейных перемещений.

Технический результат изобретения заключается в повышении точности измерения линейных перемещений.

Указанный технический результат достигается тем, что в емкостной датчик для измерения линейных перемещений, содержащий измерительную емкость и опорную емкость, подключенные к первому входу интегратора, включающего операционный усилитель и емкость, между измерительной емкостью и опорной емкостью к первому входу интегратора подключены последовательно демодулятор и полосовой усилитель, а между измерительной емкостью и выходом интегратора последовательно включены первый модулятор и потенциометр масштаба, при этом к опорной емкости последовательно подключены второй модулятор и потенциометр смещения.

На фиг.1 представлена схема емкостного датчика для измерения линейных перемещений.

Емкостной датчик для измерения линейных перемещений содержит контур обратной связи 1, включающий измерительную емкость 2 с первой 3 и второй 4 обкладками. К первой обкладке 3 измерительной емкости 2 подключен своим входом полосовой усилитель 5, выход которого соединен с демодулятором 6, содержащим первый генератор 7 и первый умножитель 8. Демодулятор 6 соединен с потенциометром 9, который, в свою очередь, подключен к первому входу интегратора 10, включающего операционный усилитель 11 и емкость 12. Выход интегратора 10 соединен с измерителем сигнала 13 и потенциометром масштаба 14, который, в свою очередь, подключен к первому модулятору 15, содержащему второй генератор 16 и второй умножитель 17. Первый модулятор 15 соединен со второй обкладкой 4 измерительной емкости 2. К первой обкладке 3 измерительной емкости 2 подключена схема опорного возбуждения 18. Эта схема содержит опорную емкость 19 с первой обкладкой 20, соединенной с первой обкладкой 3 измерительной емкости 2. Вторая обкладка 21 опорной емкости 19 подключена ко второму модулятору 22, включающему третий генератор 23 и третий умножитель 24. Второй модулятор 22 соединен с потенциометром смещения 25.

Емкостной датчик для измерения линейных перемещений работает следующим образом. Схема опорного возбуждения 18 создает напряжение Uоп на опорной емкости 19. Интегратор 10 и демодулятор 6 работают как ноль-детектор, и напряжение в точке "0" примерно равно 0 вольт, поэтому Uоп*Cоп=Uизм*Cизм или 1/Cизм=Uизм/Uоп*Cоп.

В результате происходит измерение обратной емкости или перемещения с пониженным уровнем шумов и повышенным быстродействием. В результате этого повышается точность измерения линейных перемещений.

При использовании емкостного датчика для измерения линейных перемещений в СЗМ первая обкладка 3 измерительной емкости 2 может быть расположена на перемещающемся элементе пьезосканера, а вторая обкладка 4 на неподвижном элементе СЗМ. При перемещении первой обкладки 3 относительно второй обкладки 4 (изменении между ними расстояния) происходит изменение емкости 2, измеряя которую определяют линейное перемещение подвижного элемента пьезосканера.

Предложенная конструкция емкостного датчика для измерения линейных перемещений позволяет минимизировать массу подвижных частей измерительной емкости 2 (обкладки 3) за счет исключения дополнительных механических элементов (экранов), что положительно сказывается на точностных характеристиках сканирующей зондовой микроскопии. Подробно принципы работы СЗМ см. в [2, 3].

ЛИТЕРАТУРА

1. Патент DE 19644125, 1997-10-02.

2. Зондовая микроскопия для биологии и медицины. В.А.Быков и др. Сенсорные системы, т.12, №1,1998, с.99-121.

3. Сканирующая туннельная и атомно-силовая микроскопия в электрохимии поверхности. А.И.Данилов. Успехи химии, 64(8), 1995, с.818-833.

Емкостной датчик для измерения линейных перемещений, содержащий измерительную емкость и опорную емкость, подключенные к первому входу интегратора, включающего операционный усилитель и емкость, отличающийся тем, что между измерительной емкостью и опорной емкостью к первому входу интегратора подключены последовательно демодулятор и полосовой усилитель, а между измерительной емкостью и выходом интегратора последовательно включены первый модулятор и потенциометр масштаба, при этом к опорной емкости последовательно подключены второй модулятор и потенциометр смещения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к бесконтактному прибору, предназначенному для определения абсолютного положения компонента, выполненного с возможностью задания или оценки количества медицинского препарата, инъецируемого из устройства подачи этого препарата.

Изобретение относится к устройству для подачи установленной дозы медицинского препарата посредством ее выталкивания. .

Изобретение относится к передатчику управления промышленными процессами, в частности к дифференциальному датчику для такого передатчика. .

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования в системах с автоматическим сбором информации о значениях измеряемых величин.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения радиальных зазоров и осевых смещений торцов турбинных лопаток с большим углом изгиба профиля пера.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения координатных составляющих смещений торцов лопаток ротора относительно статора турбомашины.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения координатных составляющих смещений торцов лопаток ротора относительно статора турбомашины.

Изобретение относится к датчикам перемещения, в частности к перемещениям двух каких-либо объектов относительно друг друга. .

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения координатных составляющих смещений торцов лопаток колеса ротора относительно статора турбомашины.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для оценки деформации статора газотурбинного двигателя. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения зазора между стационарной и вращающейся компонентами машины (турбины, генератора и т.п.).

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для оценки деформации статорной оболочки (ДСО) винтовентиляторной силовой установки (ВВСУ) авиационного газотурбинного двигателя (ГТД) в местах установки кластерных одновитковых вихретоковых датчиков (КОВТД) и смещений геометрического центра оболочки относительно центра вращения винта.

Изобретение относится к контролю качества микромеханических устройств, используемых в акселерометрах, гироскопах, датчиках давления. .

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к области создания средств и методов бесконтактного измерения вибраций деталей машин и механизмов, и может быть использовано для бесконтактного измерения зазоров.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения взаимных перемещений различных объектов, в том числе отдельных участков деформируемых тел
Наверх