電容傳感器

非接觸、具有亞納米精度的直接位置測量

  • 距離、運動和振動的絕對測量
  • 可行的測量範圍為10µm至2mm
  • 直接計量 : 運動物體的直接位置測量
  • 隻有最小加熱,沒有散射光
  • 真空兼容10-9帕
  • 免維護,無磨損
  • 高帶寬至10 kHz
  • 高溫長期穩定 (<0.1 nm/3 h)
  • 為了最大溫度穩定性的殷剛選項 (5 ×­ 10-6/K)
  • 緊湊型單電極或雙電極傳感器,定制設計
  • 在各種配置水平處理電子産品,從模拟原始設備制造商(OEM)版本到可随時擴展的模塊化設計的數字控制系統。

非接觸測量原理

設計包括兩個導電表面:高頻交流電在兩個表面之間産生均勻電場。由于具有平行闆電容器,電容與兩個表面之間的距離直接相關。測量的量是電場電容的變化。

均勻電場确保高線性度

具有額外保護環電極的PI配置可在活動區域産生一個非常均勻的場。 此外,來自PI的所有電控均使用可糾正兩個傳感器台之間平行度誤差的集成線性化方法。根據所使用的材料,電容傳感器提供獨立于熱影響的良好的長期穩定性

C 電容
A 有源傳感器表面
d 傳感器和目标表面之間的距離
ε0 常數
εr 電容器極闆之間材料的介電常數

直接計量最大精度

合理地安裝在精密定位系統中,電容傳感器可直接測量運動部件相對于基體的實際位置(直接計量)。傳動系統、執行機構,杠杆臂,或導向系統的誤差均不影響測量。從而發生在傳動系統中的任何漂移或滞後會自動消除。 由于外部誤差可通過傳感器及時檢測并反饋,因此位置控制壓電陶瓷納米定位系統可實現卓越的運動性、長期的高穩定性和剛性、快速響應的位置伺服回路。

集成到自動化定位系統中

單台電容e 傳感器 可測量各種導電表面,且便于機械處理,例如,在安裝或電纜敷設過程中。其使用也更加靈活,例如檢測垂直于測量方向的運動。

電容位置傳感器可集成在定位系統中或附着于外部。通過雙台傳感器,測量在兩個具有匹配表面的指定傳感器台上進行,從而現場精度可給出最佳結果。

線性化的信号處理

處理和測量電控僅産生最小的噪音,并使用線性化系統 (ILS),彌補電容器闆間平行度誤差的影響。. 數字控制器通過額外的線性化算法與高階多項式提供最高的精度。 所有系統均在PI校準并根據預期帶寬和測量範圍進行優化。PI為不同配置水平的電容傳感器提供信号條件電控,從模拟OEM版本到可随時擴展的模塊化數字控制器系統。


應變式傳感器(SGS)的間接位置測量

應變片傳感器包括一個薄金屬或半導體箔(壓電電阻),附着于壓電陶瓷或為了提高精度,附着于彎曲平面的導向系統。這種類型的位置測量是接觸和間接的移動平台的位置取決于杠杆、導向或壓電堆的測量。應變片傳感器從其擴展中獲得位置信息。具有多個應變片傳感器的全橋電路提高了熱穩定性。


PISeca:電容式單電極傳感器

PISeca單電極電容傳感器可測量各種導電表面,且便于機械處理,例如,在安裝或電纜敷設過程中。其使用也更加靈活,例如檢測垂直于測量方向的運動。 用于PISeca的E-852獨立處理電控僅産生最小的噪聲,并集成線性化系統。所有系統均在PI校準并根據預期帶寬和測量範圍進行優化。. >> PISeca傳感器和對應的處理電控作為PI的産品提供。


電容式單電極和雙電極傳感器的應用

振動、平坦度和厚度的測量

PISeca系統的高動态也允許通過振動和振蕩的優良分辨率測量。因此可檢測旋轉工件的均勻度或納米範圍内的厚度。例如,一個可能的應用領域是生産磁盤驅動或振動的主動補償。

具有納米精度的測量距離

電容傳感器可有效測量最短的距離。測量的量是使用均勻電場的傳感器頭和目标表面之間的電容的變化。達到的精度是納米級範圍。絕對值通過經調整、校準的系統确定。

平行計量:高精度多軸測量

對于閉環多軸納米定位任務,具有電容傳感器的高性能平台結合直接計量和并聯運動。使用于多軸納米定位系統中時,允許同時測量所有自由度,并積極彌補導向錯誤(主動軌迹控制概念)。在這裡,電容傳感器是給出最佳定位分辨率結果的最精準的測量系統。

測量具有亞微米精度的層厚度

由于其非接觸性操作和高動态性能,電容傳感器最适合用于測量運動中的導電表面(例如轉鼓)上非導電材料的膜或層的厚度。

偏擺測量與補償

将電容傳感器集成在測量搭建中可精确測量偏擺運動。可差動測量移動的物理偏轉角,并在需要的情況下進行補償。
 

具有微牛頓量級的靈敏度的力傳感器

單闆電容傳感器經常被用來作為微牛頓範圍内的無接觸測量高分辨力傳感器。在這裡,最小距離偏差通過無接觸在長距離基礎上測量,分辨率在亞微米範圍内,不會影響測量過程。系統的定義剛度使力得以計算。

納米定位/閉環系統

納米定位是高分辨率位移測量中的應用。在這裡,雙台電容傳感器測量移動物體最大精度的直接距離和實際位置。較高的傳感器帶寬同時允許動态應用中的閉環控制。

測量直線度和平面度,和主動串擾彌補

一個可能的應用是納米定位串擾測量。允許實時檢測運動對另一個軸的串擾,并主動彌補。較高的傳感器帶寬提供絕佳的動态性能。

平面外測量、等高掃描和圓外測量

補償波動或振蕩運動,例如,在等高掃描或在白光幹涉中,是最适合使用電容傳感器的應用。

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