專利名稱：電容式測量行程的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于用于機床或其他儀器設(shè)備精密測量的電容式行程測量方法及裝置。
類似的行程測量裝置有光柵、感應(yīng)同步器。光柵容易受到污染。感應(yīng)同步器的工作方式是電流輸入，故消耗功率較大;輸出是電壓，其信號偏小。已知的電容式行程測量裝置有專利號為US3938113及JPP157807-80，它們的共同點是在發(fā)射極上加上矩形高頻電壓，電極作為電壓傳遞元件及分壓元件，它傳出的電壓直接被送到運算放大器進行放大。這樣就要求接收柵對地保持極高阻抗，如阻抗降低則輸出電壓的波形、幅值都要畸變，直接影響測量精度。要求對地阻抗高還會引起對空氣濕度的敏感及屏蔽的困難和容易受外來電場的干擾。同時運算放大器的電性能指標(biāo)限制了高頻電壓的振幅及頻率，其信噪比及被測物體的最高移動速度也會受到影響。這些都是造成電容式位移測量裝置的優(yōu)越性沒能被充分發(fā)掘。
本發(fā)明的目的是提供一種信噪比大、抗環(huán)境影響能力強、安裝要求低、精度高、容許被測物體移動速度較高的行程測量的方法和裝置。
本發(fā)明的工作原理是在被稱為尺子的發(fā)送部件上有為數(shù)很多的在長度方向上以間隔周期為P排列著的條狀發(fā)送電極，發(fā)送電極上加有高頻電壓，以在發(fā)送部件上沿其運動方向，將產(chǎn)生以P為周期的高頻電場的起伏變化。與發(fā)送電極相間地排列著接地的條狀電極。接收部件，其上有許多以一定間隔排列著的條狀接收電極，接收電極與發(fā)送電極基本平行并保持一定間隙，以構(gòu)成電容測量元件，接收電極比發(fā)送電極短，當(dāng)它們在條狀電極的垂直方向上對發(fā)送電極作相對運動，就使接收電極上通過高頻電流，此電流通過整流電路整流成直流電流，該直流電流包含著在相對運動中因電容變化而產(chǎn)生的以P為周期的正弦信號。當(dāng)由至少兩個接收電極的不同相位的電流正弦信號，通過放大器電路后，可得到多個在一個以P為2π的空間圓周角上均勻分布的不同相位的電壓正弦信號。這些電壓正弦信號可通過矩形信號發(fā)生電路，而產(chǎn)生多個矩形電壓信號，若將此矩形信號分別去控制多個開關(guān)，而開關(guān)的輸入信號仍為電壓正弦信號，這樣，通過開關(guān)可選出各正弦信號的斜邊，將此再通過加法器電路，就組成了鋸齒形信號。將此鋸齒形信號通過輸出電路就可得到信號輸出，此信號可為數(shù)字量，也可為模擬量，但它們均代表了接收電極與發(fā)送電極之間相對運動的行程。
本發(fā)明還將多個正弦信號通過反饋電路向控制放大器的輸入端提供反饋，控制放大器的輸出去控制振蕩器輸出的高頻電壓的振幅，而該高頻電壓即為加在發(fā)送電極上的電壓。通過這一反饋控制系統(tǒng)，可使多個有不同相位角的正弦信號的振幅得到了穩(wěn)定，從而使由它產(chǎn)生的鋸齒信號的穩(wěn)定度、精確度得到保證。
本發(fā)明還考慮到在發(fā)送部件上除了第一發(fā)送電極外，又安置了與第一發(fā)送電極平行的多行附加發(fā)送電極及接地電極，且各行具有不同的間隔周期，與之相對地在接收部件上也安置了除了第一接收電極外的與附加發(fā)送電極有同樣行數(shù)的附加接收電極。將通過各附加接收電極的電流整流，使其形成與行數(shù)相應(yīng)的截頂?shù)慕普壹敖朴嘞倚盘?，其周期依次為P的2的整數(shù)次方倍。將這幾個信號與來自第一接收電極的矩形信號共同作用而產(chǎn)生二進制的位置數(shù)字信號，它與從鋸齒信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后得到的二進制的位置數(shù)字信號，以及與由矩形信號轉(zhuǎn)換的二進制數(shù)字信號一起共同構(gòu)成一個代表行程的二進制數(shù)字輸出。
本發(fā)明還考慮到當(dāng)需要為模擬量輸出時，可把上述二進制數(shù)字信號用D/A轉(zhuǎn)換成階梯信號，并與鋸齒信號疊加，就可得到代表行程的線性信號輸出。
本發(fā)明由于發(fā)送電極上的輸入為電壓，功率消耗甚小，且把發(fā)送電極與接受電極之間的電容作為電抗元件，并以直流電流作為接收電極的輸出信號，從而使接收電極對地阻抗較低及對地電壓較小，其電壓振幅相當(dāng)一個二極管正向電壓的大小且與發(fā)送電報的電壓振幅無關(guān)，因此就可以在發(fā)送電極上施加振幅大、頻率高的電壓，這樣就大大增強了有效信號，接收電極因阻抗及電壓都低，因而不易感受外界干擾，屏蔽也易于解決，因此本發(fā)明的測量方法和裝置可以獲得高的信噪比及低的環(huán)境影響。并且由于信噪比很高，本發(fā)明可不需要專門的濾波器，也容許發(fā)送電極與接收電極之間留有較大間隙，這樣安裝要求就降低了，這對于長行程測量是具有重要經(jīng)濟價值的。本發(fā)明當(dāng)為二進制數(shù)字輸出時，因這種數(shù)字輸出有極高的可靠性，且與行程之間有絕對嚴格的關(guān)系，不依賴任何零點的校正，有很重要的現(xiàn)實價值，從測量范圍來說，它可從米級一直下延到微米級，也是相當(dāng)大的。當(dāng)本發(fā)明為線性信號輸出，當(dāng)行程為數(shù)毫米以上時，精度可達到某種極限。(此時精度的限定僅是由基準(zhǔn)電源與精密電阻的精度所決定的了)由上述可見，本發(fā)明是一種具有高精度、高穩(wěn)定性、高可靠性能、測量范圍寬、不須依賴任何零點校正的行程測量方法和裝置。
附圖

圖1.發(fā)送電極的外形圖2.接收電極的外形圖3.電容式測量行程數(shù)字輸出的原理4.圖3中接收電極輸出電流波形圖5.圖3中電壓波形圖6.將鋸齒信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字輸出的輸出電路方框7.一行具有多組接收電極的接收部件外形圖8.用多組接收電極消除高次諧波的方案圖9.提供反饋電流的方案之一圖10.圖9中反饋電流的波形及與鋸齒電壓的關(guān)系圖11.提供反饋電流的方案之二圖12.使正弦信號從4相分解為8相的方案圖13.八相正弦信號的向量14.產(chǎn)生8相正弦信號的另一種方案圖15.具有多行發(fā)送電極的發(fā)送部件外形圖16.具有多行接收電極的接收部件外形圖17.從附加發(fā)送電極產(chǎn)生二進制位置數(shù)字信號的方案圖18.從二進制位置數(shù)字信號與鋸齒信號共同構(gòu)成代表行程的二進制數(shù)字輸出的方案圖19.圖17中電壓波形20.由位置數(shù)字信號與鋸齒信號共同構(gòu)成代表行程的線性輸出的方案圖21.線性輸出線路中電流及電壓波形實施例的詳細說明1.在圖1中，發(fā)送部件(10)上排列著一行共面的、大小相同的條狀發(fā)送電極(101～108)，電極間的間隔周期為P，各電極有一條導(dǎo)電帶(11)連接起來。與發(fā)送電極相間地排列著接地電極。在發(fā)送電極上加高頻電壓時，在發(fā)送部件(10)上沿運動方向?qū)a(chǎn)生以P為周期的高頻電場的起伏變化。圖2中表示了在接收部分(20)上排列著一行共面的大小相同的條狀接收電極(201～208)，其數(shù)目應(yīng)為4的整數(shù)倍。接收電極的間隔周期P′取為P的 3/4 ，接收電極周期地連接在4條引線(21、22、23、24)上。發(fā)送電極與相對應(yīng)接受電極構(gòu)成電容測量元件。
在圖3中，接收電極的引出線(21、22、23、24)分別接到串聯(lián)二極管對的中點，二極管對是按導(dǎo)通方向串接的，例如，二極管D1的陽極接D2的陰極;二極管D3的陽極接D4的陰極;二極管D1的陰極和D6的陽極一起接在運算放大器(31)的反向輸入端，由電容器C1濾去高頻電流得到電流I1，它包含隨發(fā)送電極與接收電極之間的電容量變化以P為周期的正弦形電流;二極管D3的陰極和D8的陽極一起接運算放大器(32)的反向輸入端，由電容器C2濾去高頻電流得到電流I2。I1及I2經(jīng)運算放大器(31、32)轉(zhuǎn)變?yōu)檎倚坞妷篣1，U2，U2與U1在空間相角上差 (π)/2 ，從運算放大器(33、34)的輸出端同樣得到U3、U4。U1、U2、U3、U4是4個幅值相等、相位依次差 (π)/2 的正弦電壓。運算放大器的反向輸入端在工作時是接近地電位的。很明顯，二極管的極性全部顛倒過來也是可以工作的。
正弦電壓U1～U4輸入到矩形信號發(fā)生電路(40)，輸出4個作為開關(guān)信號的矩形電壓U1′、U2′、U3′、U4′。它們的轉(zhuǎn)折點與U1～U4的零點相對應(yīng)。
矩形電壓U1′～U4′送入開關(guān)電路(50)的4個控制端，使4個開關(guān)(K1～K4)各在半周期的間隔內(nèi)導(dǎo)通，控制端的矩形電壓與被控制端的正弦電壓在空間相角上差 (π)/2 ，即U1′控制U2，U2′控制U3以此類推，這樣在開關(guān)電路的公共輸出端經(jīng)過加法器電路(55)綜合得到鋸齒電壓UA。鋸齒的每個斜邊占據(jù)的寬度為空間相角 (π)/2 、或 (P)/4 ，然后再通過輸出電路(60)去產(chǎn)生代表行程的信號。圖4、圖5表示了各個電流與電壓的波形及相位關(guān)系。
2.圖6表示了輸出電路(60)的一種將鋸齒信號轉(zhuǎn)變?yōu)榇硇谐痰臄?shù)字信號的方案，此方案由比較器(61)、加減脈沖發(fā)生器(62)、第一計數(shù)器(63)、第二計數(shù)器(64)、數(shù)-模轉(zhuǎn)換器D/A(65)、鋸齒信號脈沖發(fā)生器(66)和顯示器(67)所組成。比較器(61)接受鋸齒信號發(fā)生器(55)的鋸齒信號UA(見圖3)，并與反饋信號UB比較，UB由第一計數(shù)器(63)中的數(shù)字信號通過D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)變?yōu)槟M信號，若UA＞UB，則加減脈沖發(fā)生器發(fā)出根據(jù)時鐘頻率的加計數(shù)脈沖，若UA＜UB，則加減脈沖發(fā)生器發(fā)出根據(jù)時鐘頻率的減計數(shù)脈沖，并使第一、第二計數(shù)器同時計數(shù)，其中第一計數(shù)器進行累計，并通過D/A轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生反饋信號UB，第二計數(shù)器保留信號，以記下總行程，并輸出代表行程的數(shù)字信號，此信號可由顯示器(67)直接顯示。鋸齒信號脈沖發(fā)生器(66)，它將鋸齒信號上跳沿或下跳沿轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖，此脈沖在鋸齒信號的一個鋸齒結(jié)束時產(chǎn)生，它將此脈沖輸入至第一計數(shù)器(63)，以對累計中清零或置數(shù)用。在上達第二計數(shù)器輸出的數(shù)字信號，也可以送到其他數(shù)據(jù)處理器中。
3.在接收部分(20)上，如將接收電極分成兩個數(shù)目相同的組，如圖7中電極(201～208)及(209～216)。兩組間的同順序號電極的距離d為P的整數(shù)倍加 (P)/6 或其距離全部為P的整數(shù)倍減 (P)/6 ，如圖8電極(209～216)按電極(201～208)同樣順序接在引線(25～28)上，引線(25～28)按引線(21～24)同樣的方法通過二極管整流接入放大電路(30)的運算放大器輸入端，使每一個放大器的輸入端流入兩個空間相角差為 (π)/3 的兩個振幅相同正弦電流，這樣就可以消除由于電極幾何尺寸因素及整流二極管的非線性造成的三次諧波而使正弦形電壓輸出趨于精確。原則上還可以通過進一步分組來消除更高次的諧波。
4.由正弦信號的斜邊構(gòu)成的鋸齒信號UA理論上是非線性的，相當(dāng)于正弦曲線中Sin(- (π)/4 )到Sin( (π)/4 )的線段。此外鋸齒電壓的幅值穩(wěn)定也就是正弦信號的幅值穩(wěn)定也至關(guān)重要，一個適用的解決方案是引進一個反饋信號，該反饋信號與4個正弦信號的振幅有關(guān)，而且在鋸齒信號頂端出現(xiàn)時反饋信號偏小，總增益提高，從而使鋸齒信號形狀精確。這種反饋的存在也可以消除絕大部份能引起鋸齒信號幅值變化的其他影響。圖9、圖10提供反饋電流的兩種方案，他們都是由第一整流電路i11及第二整流電路i12提供的，由此兩電流相加的和i13作為反饋電流，再與恒定電流Is相比較，以控制控制放大器(70)的輸出，該輸出再控制振蕩器(73)的高頻振蕩電壓
的振幅，此振蕩電壓即是被加以發(fā)送電極上的電壓。由這一特殊的電流反饋，使鋸齒信號的非線性得到了校正，校正后在鋸齒每一段的峰值(75、76)、零點(77)、半峰值(78、79)5點恰好處在一條直線上，從而提高了鋸齒信號UA的線性度和穩(wěn)定性。
所述的第一整流電路是由m個獨立電路構(gòu)成，每個獨立電路包含一個電阻與一個開關(guān)，每個獨立電路的一端分別接在m個正弦信號的輸出端上，另一端接在公共端;所述的第二個整流電路是由m個半波整流電路與一個公共電阻構(gòu)成，每個半波整流電路的一端分別接在m個正弦信號的輸出端上，另一端接公共電阻。第一整流電路的公共端與第二整流電路的公共電阻的另一端接在控制放大器輸入端，由此二電路組成的反饋電流與輸入端輸入的恒定電流再相比較。圖9示出了一種提供反饋電流的方案，其中第一整流電路(71)由4個并聯(lián)的獨立整流電路構(gòu)成，每個獨立整流電路由一個電阻與一個二極管串聯(lián)，其一端接在U1～U4的輸出端，另一端接在控制放大器(70)的輸入端(74)，向控制放大器(70)提供4相半波電流之和i11。第二整流電路(72)由4個二極管D13～D16與一個電阻R5構(gòu)成，二極管D13～D16的一端接U1～U4的輸出端，另一端與一個電阻R5連接。電阻R5的另一端接控制放大器(70)的輸入端(74)提供4相半被整流電流i12，所有二極管的方向適應(yīng)于使i11與i12具有相同的流向，電阻的阻值配置應(yīng)使i11與i12具有相同的峰值，此時i11與i12之和就成了8相半波整流電流i13(示于圖10)電流的最低幅值在鋸齒信號的峰值與零點處。電流i13作為控制放大器(70)的反饋電流，它與輸入端輸入的恒定給定電流Is相比較?？刂品糯笃?70)的輸出端控制振蕩器(73)的高頻振蕩電壓
的振幅。在圖10中的i11～i13曲線是未實現(xiàn)反饋控制前的波形，實現(xiàn)后i13就成為與Is相等、流向相同的平直波形。
5.圖11是提供反饋電流的另一種方案，其第一整流電路(81)中用4個模擬門K5～K8代替4個二極管D9～D12，每個模擬門的導(dǎo)通時間正好使每個正弦信號同方向的半周通過。在第二整流電路(82)中，有4個運算放大器構(gòu)成包絡(luò)線檢出器，圖11中的兩個整流電路與圖9中兩個整流電路的功能相同，但它可以消除二極管產(chǎn)生的誤差，所以可獲得更精確的反饋電流。
6.為了進一步提高鋸齒信號的線性，還可以把正弦信號再加以分相，圖12，13中表示了用向量相加的方法，使4個正弦信號成為8個振幅相等，并依次有相位差為 (π)/4 的正弦信號(U1～U8)。用實施例1中同樣的方法通過8個模擬開關(guān)形成一個鋸齒信號UC，UC在一個周期P內(nèi)有8個鋸齒段，每個鋸齒段占據(jù)從- (π)/8 ～ (π)/8 一段。在未經(jīng)反饋校正前UC的原始線性比UA的原始線性要好5倍。在一個周期內(nèi)采用8個鋸齒段后，實施例4及5中所述的取得反饋電流的方法仍然適用，只要把原來的4個整流電路相應(yīng)地改為8個整流電路，其效果同樣可以達到在鋸齒的每一段中的峰值、零點、半峰值5點恰好處在一條直線上。
7.接收電極的另一些結(jié)構(gòu)形式是采用不同于實施例1的間隔周期，例如取P′為 5/4 P。當(dāng)有8條輸出引線(91～98)時(見圖14)，P′亦可取為 5/8 P或 7/8 P。例如在圖14中間隔周期P′＝ 5/8 P，整流電路亦可采取不同于實施例1而將一半二極管接地，另一半接到運算放大器的反向輸入端得到4個空間相位差為 (π)/4 的4個正弦信號U1、U2、U5、U6，再通過反相器得到U3、U4、U7、U8。
8.圖15所示的發(fā)送部件(10)上有四行共面附加發(fā)送電極122、132、142、152及之相間的接地電極121、131、141、151，此四行附加發(fā)送電極與發(fā)送電極形狀相似亦加有高頻電壓并平行排列，而間隔周期不同，依次為前一行的二倍，即電極(122)的間隔周期P1＝2P，電極(132)的間隔周期P2＝2P1，電極(142)的間隔周期P3＝2P2，電極(152)的間隔周期P4＝2P3。圖16所示為一個有附加接收電極的接收部件(20)，附加接收電極成對出現(xiàn)，且至少有一對，它與發(fā)送電極同行數(shù)，且與之各個分別耦合，其中心距為與之相耦合的附加發(fā)送電極的間隔周期的整數(shù)倍加或減 1/4 個間隔周期，并可以以該間隔周期的整數(shù)倍為周期重復(fù)出現(xiàn)，如P1′＝ 1/4 P1及P11＝P1。附加發(fā)送電極的行數(shù)實際是隨著行程的增加而增加，行數(shù)＝lg行程Plg2]]>圖17示出了將附加接收電極得到的信號變?yōu)榇硇谐痰淖畲笪粸槿谐蹋钚∥粸镻的二進制數(shù)字的線路。電極(221)通過整形電路(83)中一對二極管先將得到的高頻電流轉(zhuǎn)換為直流電流，再經(jīng)運算放大器放大得到電壓U11，同樣可以從電極(222)得到電壓U12，U11和U12是近似的一對截頂?shù)恼液陀嘞译妷海琔11及U12和矩形電壓U1′及U3′共同經(jīng)第一門電路(84)產(chǎn)生信號U21及U22，其邏輯關(guān)系為U21＝U11·U3′+U12·U1′ U22＝U21其余幾個輸出是U23＝U13·U22+U14·U21U24＝U23U25＝U15·U24+U16·U23U26＝U25U27＝U17·U26+U18·U25當(dāng)需要的位置信號是二進制數(shù)字量時就把鋸齒電壓UA經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換變?yōu)槎M制數(shù)字，與作為數(shù)字量的U1′、U21、U23、U25、U27一起存放在寄存器(86)的D0～D7及D9～D13中(圖18)。U1′的周期等于P，脈沖寬度為 1/2 P，而一個間隔周期P中可能有4個或8個鋸齒，中間就缺少一位或兩位。缺位的數(shù)字可以由U1′、U2′、U3′、U4′經(jīng)第二門電路(85)得到。當(dāng)一個周期P內(nèi)有4個鋸齒時，D8位上的信號U20為U20＝U1′·U2′+U3′·U4′用以上所述的方法可以在寄存器(86)中得到高可靠性的代表行程的二進制數(shù)字量。
9.當(dāng)需要測量的行程是以模擬量輸出時，可以反過來將由整形電路、第一門電路、第二門電路得來的二進制數(shù)字信號U20、U1′、U21、U23、U25、U27經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換變?yōu)殡A梯電流i20(示于圖21)，并與由第一接收電極整形來的鋸齒信號UA所產(chǎn)生的鋸齒電流i21相加，i20的階梯高度與i21的鋸齒高度相等。這樣總電流i22將是與行程成比例的線性電流，再經(jīng)運算放大器(89)以電壓UL輸出(圖20)。
權(quán)利要求
1.用于測量行程的方法及裝置包括一個較長的發(fā)送部件上有至少一行共面的發(fā)送電極，發(fā)送電極是多根條狀以一定周期按長度方向排列，發(fā)送電極上加高頻電壓，與發(fā)送電極相間地排列著條狀接地電極，一個較短的接收部件上有至少一行共面的接收電極，接收電極是多根條狀以一定周期排列；接收部件與發(fā)送部件之間保持一個間隙，每條接收電極保持與發(fā)送電極平行，并且可以在與電極垂直的方向上作相對運動，構(gòu)成電容測量元件，有一個測量電路將接收電極得到的信號放大、處理而得到代表行程的輸出信號；本發(fā)明的特征在于所述的發(fā)送部件上的發(fā)送電極，其第一發(fā)送電極具有間隔周期P，所述的接收部件，其上與第一發(fā)送電極構(gòu)成傳感元件的第一接收電極，其每一組與n根引線相接，所有其間隔為P的整數(shù)倍的電極接在同一根引線上，與不同引線相接的接收電極之間各錯開 (2π)/(n) 空間相位角，P相應(yīng)于空間相位角2π；所述的測量電路包括一個整流電路，由與引線數(shù)目相同按導(dǎo)通方向串聯(lián)的二極管對組成，一個放大電路，由m個運算放大構(gòu)成，一個矩形信號發(fā)生電路(40)；一個開關(guān)電路(50)；一個加法器電路(55)；一個輸出路線(60)。所述整流電流的各二極管對的中點依次接在各引線上，與相隔相位角為π的接收電極相接的二極管的異名極共同接在m個運算放大器之一的反向輸入端，所述的放大電路中的各運算放大器的輸出端有m相隨上述相對運動產(chǎn)生的正弦信號，此輸出端分別接在矩形信號發(fā)生電路的輸入端和開關(guān)電路的輸入端，所述的短形信號發(fā)生電路其輸出端輸出m個與正弦信號同相位的矩形信號，并接在開關(guān)電路的控制端，所述的開關(guān)電路其每一個開關(guān)的控制端的矩形信號總是與輸入端信號錯開 (π)/2 相位角，開關(guān)電路的輸出端接加法器電路，所述的加法器電路是通過加法器的綜合，在加法器輸出端產(chǎn)生鋸齒寬度為 (P)/(m) 的鋸齒信號，轉(zhuǎn)變?yōu)榇硇谐痰妮敵鲂盘?；所述的發(fā)送電極上所加的高頻電壓是振蕩器(73)的輸出電壓，該振蕩器受一反饋系統(tǒng)控制，該反饋系統(tǒng)為一控制放大器，該控制放大器響應(yīng)于接收部件輸出的與m個正弦信號的振幅直接有關(guān)的反饋電流，控制放大器的輸出為振蕩器的輸入，以控制振蕩器輸出電壓的幅值。
2.按權(quán)利要求1所述的測量行程的方法和裝置，其特征在于所述的接受部件的第一接收電極，可以有兩組相同的接收電極構(gòu)成，兩組的同順序號電極通過二極管整流電路接在同一運算放大器輸入端，兩組間同順序號的接收電極的空間相角差為 (π)/3 。
3.按權(quán)利要求1所述的測量行程的方法和裝置，其特征在于所述的測量電路中的輸出電路可以是一個計數(shù)式數(shù)字式行程測量電路，它包括一個比較器(61)，它接受鋸齒信號發(fā)生器的鋸齒信號UA并與反饋信號UB比較，根據(jù)比較大小產(chǎn)生代表“加”或“減”的兩個電平信號;一個加減脈沖發(fā)生器(62)，它受上述兩個電平信號控制，發(fā)出根據(jù)時鐘頻率的“加”脈沖或“減”脈沖;一個第一計數(shù)器(63)，它接受上述“加”脈沖或“減”脈沖而進行“加”或“減”的累計;一個D/A轉(zhuǎn)換器(65)，它將第一計數(shù)器(63)中的數(shù)字轉(zhuǎn)變?yōu)槟M信號作為反饋信號UB送到比較器(61)中;一個鋸齒信號脈沖發(fā)生器(66)，它將鋸齒信號上跳沿或下跳沿轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖去控制第一計數(shù)器(63);一個第二計數(shù)器(64)，它將來自加減脈沖發(fā)生器(62)的“加”脈沖或“減”脈沖進行“加”或減、保留、并輸出代表行程的數(shù)字信號;一個顯示器(67)，它將數(shù)字信號直接顯示。
4.按權(quán)利要求1所述的測量行程的方法和裝置，其特征在于所述的發(fā)送部件上的發(fā)送電極有與第一發(fā)送電極相似的加有高頻電壓并平行排列的第二、第三……多行共面發(fā)送電極，其電極間隔周期依次為前一行的二倍。所述的接收部件上的接收電極，有與發(fā)送電極同行數(shù)的、且與之各個分別耦合的第二、第三……接收電極，各行至少有一對接收電極，每對接收電極的中心距約為與之相耦合的附加發(fā)送電極的周期的整數(shù)倍或減1/4個間隔周期，各行成對的附加接收電極周期可以以發(fā)送電極的周期的整數(shù)倍重復(fù)出現(xiàn);所述的輸出電路由整形電路(83)、第一門電路(84)、第二門電路(85)、二進制寄存器(86)、A/D轉(zhuǎn)換器(87)所組成的二進制數(shù)字輸出電路，其中所述的信號整形電路(83)，是一個將每一行附加接收電極得到的高頻電流位置信號先通過一對二極管整流為直流電流，再經(jīng)運算放大器放大得到近似截頂?shù)恼液陀嘞倚盘枴Ｋ龅牡谝婚T電路是將上述的正弦及余弦信號(U11～U18)轉(zhuǎn)換為最大位為半行程、最小位為P的二進制數(shù)字的門電路。所述的第二門電路，它是將由第一接收電極整形來的矩形信號(U1′～U4′)轉(zhuǎn)換為最低位等于矩形電壓的寬度，最高值為 1/2 P的二進制數(shù)字(U20、U1′)。所述的A/D轉(zhuǎn)換器(87)，是一個將第一接收電極整形來的鋸齒信號轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)字的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。所述的二進制寄存器(86)是一個高位順序寄存第一門電路及第二門電路輸出的二進制數(shù)字，低位順序寄存上述A/D轉(zhuǎn)換器輸出的二進制數(shù)字的二進制寄存器。
5.按權(quán)利要求4所述的測量行程的方法和裝置，其特征在于輸出電路中由整形電路、第一門路、第二門電路所得的數(shù)字信號由D/A轉(zhuǎn)換器所轉(zhuǎn)換為階梯電流(i20)，它與由第一接收電極整形來的鋸齒信號UA產(chǎn)生的鋸齒電流(i21)由加法器相加，再經(jīng)運算放大器以模擬量電壓輸出。
6.按權(quán)利要求1、2、3、4、5所述的行程測量方法和裝置，其特征在于所述的控制發(fā)送電極上所加高頻電壓幅值的反饋系統(tǒng)的反饋電流是由第一整流電路及第二整流電路提供的。所述的第一整流由m個獨立電路構(gòu)成，每個獨立電路包含一個電阻與一個開關(guān)，每個獨立電路的一端分別接在m個正弦信號的輸出端上，另一端接公共端。所述的第二整流電路由m個半波整流電路與一個公共電阻構(gòu)成，每個半波整流電路的一端分別接在m個正弦信號的輸出端上，另一端接公共電阻。第一整流電路的公共端與第二整流電路的公共電阻的另一端一起接在控制放大器輸入端。
全文摘要
電容式測量行程的方法和裝置屬于電容式行程測量的技術(shù)領(lǐng)域。它由發(fā)送部件上的發(fā)送電極與接收部件上接收電極構(gòu)成電容元件，每條接收電極與發(fā)送電極平行，且可與電極垂直的方向上作相對運動。其特征是發(fā)送電極所加的振蕩電壓幅值是受由接收電極來的電流進行反饋控制的；接收電極上對高頻電流的整流是由二極管對和電容所組成，它再經(jīng)整形成為鋸齒形電壓輸出。本發(fā)明是一種高精度、高穩(wěn)定性、測量范圍寬的行程測量方法和裝置。
文檔編號G01B7/02GK1044528SQ89100368
公開日1990年8月8日 申請日期1989年1月25日 優(yōu)先權(quán)日1989年1月25日
發(fā)明者林文, 丁方善 申請人:林文