Questo approccio misurerà accuratamente capacità e inferenza spaziale?

Sono interessato a qualsiasi feedback o avvertenza riguardo al seguente metodo di misurazione della capacità prima di iniziare a configurarlo.

Per un esperimento, ho riscontrato la necessità di misurare e tracciare la spaziatura tra due campioni, con una risoluzione di 0,1 mm o superiore. A causa dei vincoli del resto della mia configurazione, dopo un po 'di ricerca, mi sembra che un metodo di misurazione capacitiva sia più adatto per inferire la spaziatura.

Considera la seguente semplificazione come obiettivo:

Vorrei misurare / tracciare la distanza tra 2 piastre di rame (ogni 2 cm x 2 cm) che essenzialmente formano un grande condensatore.

Nota: AD7746 di seguito è un convertitore di capacità-digitale sigma-delta a 2 canali, 24 bit

• L'idea: a partire da , dove l'area della piastra il dielettrico dell'aria è costante, è ovviamente vero che la capacità misurata è inversamente proporzionale alla distanza. Quindi potrei prima prendere alcuni dati di calibrazione e, usando quello, regolare di conseguenza per inferire la distanza da qualsiasi valore di capacità misurato.$C=\varepsilon_0\varepsilon_r \frac{A}{d}$

• Il metodo di misurazione: dato il mio requisito abbastanza rigoroso di risoluzione di 0,1 mm o superiore, ho intenzione di effettuare una misurazione precisa utilizzando l'IC AD7746 di misurazione capacitiva di Analog Devices .

Su quali cose dovrei fare attenzione per ottenere una misurazione quanto più pulita possibile o su quali aspetti posso migliorare? Quanto sopra potrebbe ottenere la risoluzione desiderata o è soggetto a fonti di errore che non vedo?

Un possibile miglioramento è: stavo pensando, dal momento che AD7746 ha due canali, potrei anche usare il canale extra per misurare anche simultaneamente una coppia separata di piastre completamente fisse / di riferimento e usarlo per annullare qualsiasi effetto di temperatura o EMI. Hmm, non sono sicuro di quanto siano importanti questi fattori ...

AGGIORNAMENTO (maggiori dettagli) : un po 'di più sulla mia configurazione e quali vincoli esistono: l'esperimento prevede un campione più grande che è direttamente sopra, baciando la piastra superiore. Il campione è di circa 75 mm x 75 mm (non metallico) e in qualche modo schiaccia la piastra superiore durante il movimento verticale.

Di conseguenza, non vi è alcun margine per posizionare i sensori verticalmente paralleli al movimento dell'asse Y. Qualsiasi rilevamento dello spostamento / spazio verticale dovrebbe essere realizzato sia in orizzontale, sia con parti montate su una tavola nella posizione della piastra inferiore.

Detto questo, la piastra superiore è stata aggiunta solo per il mio modo di misura proposto e non è strettamente necessaria. Il mio obiettivo principale è misurare quanto lontano il mio campione di 75 mm x 75 mm di cui sopra finisce verticalmente dal basso.

AGGIORNAMENTO (Risultato della misurazione) : ho eseguito un test rapido sulla misurazione capacitiva e sono stato in grado di distinguere i dati di capacità abbastanza chiaramente a passi di circa 0,2 mm nello spostamento. Il rumore che sto ricevendo nella misurazione della capacità è, per ora, troppo grande per ottenere una risoluzione migliore di quella. Sto cercando di variare alcune cose per vedere se riesco a migliorare il SNR nella misurazione della capacità.

Come già accennato da Dave Tweed, il fatto che la separazione massima sia paragonabile alle dimensioni delle piastre rende problematica questa configurazione. È possibile ottenere una stima accurata della distanza mentre le piastre sono vicine tra loro, ma questa configurazione non funzionerà per l'intera gamma.

Dave ha suggerito che queste non linearità possono essere spiegate, ma non vedo come ciò possa essere ottenuto, soddisfacendo l'accuratezza richiesta, senza calcoli molto complicati.

Tuttavia, poiché stai per utilizzare il microcontrollore, puoi provare il seguente trucco: esegui la mappatura iniziale delle distanze sulla capacità, archivia questi dati nella memoria dei microcontrollori (supponendo che sia abbastanza sofisticato) e utilizza i dati memorizzati come una ricerca- tabella per mappare la capacità misurata indietro alla distanza.

Per quanto riguarda la distanza richiesta, dipende da quali oggetti potrebbero essere presenti nelle vicinanze della configurazione. Valuta di proteggerlo con schermi conduttivi.

È possibile considerare una geometria che varia l'overlap delle piastre anziché la distanza. La capacità varierà linearmente con la sovrapposizione. C varia come 1 / d, quindi così com'è, la tua sensibilità nel punto lontano sarà rozza. Anche cambiando per sovrapporsi, non vorrei contare su una precisione dell'1%.

Considera le altre opzioni già menzionate o un LVDT.

AGGIORNAMENTO: Come seguito, molte misure come questa sono migliorate da una disposizione push-pull. Se riesci a risolverlo usando DUE condensatori, dove uno diventa più grande allo stesso tempo e la velocità dell'altro diventa più piccola, la sensibilità e la linearità miglioreranno entrambe.

Considera questo come un'alternativa all'utilizzo della capacità a distanze maggiori.

Utilizzare un laser per comunicazioni ottiche del tipo con un raggio divergente molto specifico (molti di questi sono progettati in questo modo per essere adatti all'interfaccia in fibra ottica). "Spruzza" la sua emissione di luce su una superficie frazionaria di una sfera ad un certo angolo. Più si è lontani dal laser, minore è la potenza incidente ricevuta per mm quadrato (ad esempio da un transistor fotografico ricevente). EDIT Molti hanno incorporato i fotodiodi in modo da poter controllare con precisione la potenza della luce di uscita laser.

Il transistor fotografico avrà una superficie attiva che può ricevere luce. Questo ovviamente è costante indipendentemente dalla distanza dal laser, quindi riceve un segnale più debole man mano che i due si allontanano ulteriormente.

Dovresti modulare il laser con un'onda quadra in modo da poterlo utilizzare per filtrare il segnale del transistor fotografico per evitare effetti cc come la luce solare che rovina i risultati.

Potrebbe non funzionare in modo efficace da vicino (<2 mm) perché gli errori di allineamento diventano un problema davvero grande, ma da vicino la tua idea di capacità funziona meglio da quello che posso vedere. Forse usi entrambi.