Apakah pendekatan ini akan secara akurat mengukur kapasitansi dan menyimpulkan jarak?

Saya tertarik pada umpan balik atau peringatan tentang metode pengukuran kapasitansi berikut sebelum saya mulai mengaturnya.

Untuk percobaan, saya menemukan kebutuhan untuk mengukur dan melacak jarak antara dua sampel, dengan resolusi 0,1 mm atau lebih baik. Karena kendala dari sisa pengaturan saya, setelah sedikit riset, tampak bagi saya bahwa metode pengukuran kapasitif paling cocok untuk menyimpulkan jarak.

Pertimbangkan penyederhanaan berikut sebagai tujuannya:

Saya ingin mengukur / melacak jarak antara 2 pelat tembaga (masing-masing 2cm X 2cm) yang pada dasarnya membentuk kapasitor besar.

Catatan: AD7746 di bawah ini adalah konverter Capacitance-to-digital 2-channel, 24-bit sigma-delta

• Idenya: Dimulai dengan$C=\varepsilon_0\varepsilon_r \frac{A}{d}$, di mana area pelat dielektrik udara konstan, tentu saja benar bahwa kapasitansi yang diukur berbanding terbalik dengan jarak. Jadi saya pertama kali dapat mengambil beberapa data kalibrasi, dan menggunakan itu, sesuaikan sesuai untuk menyimpulkan jarak dari nilai kapasitansi yang diukur.

• Metode pengukuran: Mengingat persyaratan saya yang cukup ketat yaitu resolusi 0,1 mm atau lebih baik, saya berencana untuk melakukan pengukuran yang tepat dengan menggunakan pengukuran kapasitif Perangkat Analog IC AD7746 .

Hal-hal apa yang harus saya perhatikan untuk mendapatkan pengukuran sebersih mungkin, atau aspek apa yang dapat saya tingkatkan? Mungkinkah hal di atas memberi saya resolusi yang saya inginkan, atau apakah rentan terhadap sumber kesalahan yang tidak saya lihat?

Salah satu peningkatan yang mungkin adalah: Saya berpikir, karena AD7746 memiliki dua saluran, saya bahkan dapat menggunakan saluran tambahan untuk secara bersamaan mengukur pasangan terpisah dari pelat yang benar - benar diperbaiki / referensi, dan menggunakannya untuk membatalkan efek suhu atau EMI. Hmm, tidak yakin seberapa penting faktor-faktor itu ...

UPDATE (lebih detail) : Sedikit lebih banyak tentang pengaturan saya, dan apa kendala yang ada: Percobaan melibatkan sampel yang lebih besar yang langsung di atas, mencium pelat atas. Sampel sekitar 75mm X 75mm (non-logam) dan itu semacam menghancurkan pelat atas ke bawah selama gerakan vertikal.

Akibatnya, tidak ada ruang untuk menempatkan sensor paralel secara vertikal dengan gerakan sumbu Y. Setiap penginderaan dari perpindahan / celah vertikal harus dilakukan baik secara horizontal, atau dengan bagian-bagian yang dipasang pada papan di posisi pelat bawah.

Dengan itu, pelat atas ditambahkan hanya untuk cara pengukuran yang saya usulkan, dan tidak sepenuhnya diperlukan. Tujuan utama saya adalah mengukur seberapa jauh sampel 75mm X 75mm saya yang disebutkan di atas berakhir secara vertikal dari bawah.

UPDATE (Hasil pengukuran) : Saya menjalankan tes cepat pada pengukuran kapasitif, dan saya dapat membedakan data kapasitansi dengan cukup jelas pada sekitar 0,2 mm langkah dalam perpindahan. Kebisingan yang saya dapatkan dalam pengukuran kapasitansi, seperti yang sekarang, terlalu besar untuk mendapatkan resolusi yang lebih baik dari itu. Saya mencoba memvariasikan beberapa hal untuk melihat apakah saya dapat meningkatkan SNR dalam pengukuran kapasitansi.

Seperti yang Dave Tweed sebutkan, fakta bahwa pemisahan maksimal sebanding dengan dimensi pelat membuat pengaturan ini bermasalah. Anda mungkin mendapatkan estimasi jarak yang akurat saat pelat berdekatan, tetapi pengaturan ini tidak akan berfungsi untuk seluruh jajaran.

Dave menyarankan bahwa nonlinier ini dapat dipertanggungjawabkan, tetapi saya tidak melihat bagaimana hal ini dapat dicapai, memenuhi akurasi yang diperlukan, tanpa perhitungan yang sangat rumit.

Namun, karena Anda akan menggunakan mikrokontroler, Anda dapat mencoba trik berikut: melakukan pemetaan awal jarak ke kapasitansi, menyimpan data ini dalam memori mikrokontroler (dengan asumsi itu cukup canggih) dan menggunakan data yang disimpan sebagai pencarian. tabel untuk memetakan kapasitansi yang diukur kembali ke jarak.

Adapun izin yang diperlukan, itu tergantung pada objek yang mungkin ada di sekitar pengaturan Anda. Pertimbangkan untuk melindunginya dengan layar konduktif.

Anda mungkin mempertimbangkan geometri yang memvariasikan OVERLAP pelat bukan jarak. Kapasitansi Anda akan bervariasi secara linear dengan tumpang tindih. C bervariasi sebagai 1 / d, sehingga, sensitivitas Anda pada titik jauh akan kasar. Bahkan berubah menjadi tumpang tindih, saya tidak akan mengandalkan akurasi 1%.

Pertimbangkan opsi lain yang telah disebutkan, atau LVDT.

UPDATE: Sebagai tindak lanjut, banyak pengukuran seperti ini diperbaiki oleh pengaturan push-pull. Jika Anda dapat mengatasi ini menggunakan DUA kapasitor, di mana yang satu menjadi lebih besar pada waktu dan kecepatan yang sama dengan yang lainnya semakin kecil, sensitivitas dan linearitas keduanya akan meningkat.

Pertimbangkan ini sebagai alternatif untuk menggunakan kapasitansi pada jarak yang lebih jauh.

Gunakan laser komunikasi optik dari jenis yang memiliki sinar divergen yang sangat spesifik (banyak dari mereka dirancang seperti ini agar cocok untuk interfacing serat optik). Ini "menyemprotkan" output cahayanya ke permukaan fraksional dari bola pada sudut tertentu. Semakin jauh Anda dari laser, semakin kecil daya insiden yang diterima per mm persegi (seperti dari transistor foto penerima). EDIT Banyak dioda foto bawaan sehingga Anda dapat mengontrol daya cahaya output laser dengan akurat.

Transistor foto akan memiliki area permukaan aktif yang dapat menerima cahaya. Ini tentu saja konstan terlepas dari jarak dari laser, oleh karena itu ia menerima sinyal yang lebih lemah karena keduanya bergerak lebih jauh terpisah.

Anda perlu memodulasi laser dengan gelombang persegi sehingga Anda dapat menggunakannya untuk memfilter sinyal transistor foto untuk mencegah efek dc seperti hasil penghancuran sinar matahari.

Dalam mungkin tidak bekerja secara efektif dari dekat (<2mm) karena kesalahan penyelarasan kemudian menjadi masalah yang sangat besar tetapi, coba tutup ide kapasitansi Anda bekerja paling baik dari apa yang saya lihat. Mungkin gunakan keduanya.