[发明专利]一种基于电容感测的直线位移测量装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于电容感测的直线位移测量装置及方法，利用电容感测原理，上、下各放一个金属薄片，间隔固定的距离。下面的薄片固定不动，当上层金属薄片移动时，上、下两个金属薄片的重合面积将会发生变化，会导致金属薄片上的寄生电容发生改变。用高精度、数字式电容数字检测器FDC2214感知这种微弱变化，将其转换为高达28位二进制数的数字量输出。然后采用硬件抗尖峰滤波和软件抗尖峰滤波算法，通过微处理器进行计算后得到准确的位移信息。本发明解决了现有直线测量技术中量程和精度无法兼顾的难题，克服现有测量技术复杂、加工难度大等缺点，实现对移动物体的精密位移测量。

技术领域

本发明涉及线性位移检测领域，特别是涉及一种基于电容感测的直线位移测量装置及方法。

背景技术

随着电子信息技术和智能制造技术的飞速发展，直线位移测量已成为测量领域的重要需求之一，不仅要追求大尺寸、高精度等性能，而且要考虑其成本、加工和安装复杂度等因素。

目前常用的直线位移测量方法包括：光学测量方法、磁场式测量方法、金属应变片测量方法等。激光干涉仪(光学测量方法)可在5米内进行测量，精度达到1nm，但其受客观光线影响较大，造价昂贵。金属应变片(金属应变片测量方法)基于压电阻原理，可测量直线位移，但受温度影响较大。磁场式测量方法利用导磁体切割磁力线产生的行波磁场进行测量，但要求建立匀速运动坐标系，而物体运动匀速恰恰是其难点，非匀速运动会带来很大的误差。上述方法需处理大量数据，算法复杂度较高，识别率较低，而且设备复杂，成本较高。

因此，亟需一种能够解决量程和精度无法兼顾的难题，克服现有测量技术复杂、加工难度大等缺点的测量方法称为现今热门的话题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于电容感测的直线位移测量装置及方法，解决现有直线测量技术中量程和精度无法兼顾的难题，克服现有测量技术复杂、加工难度大等缺点，实现对移动物体的精密位移测量。

为实现上述目的，本发明提供一种基于电容感测的直线位移测量装置，包括：可变电容器、电感、电容、电容数字检测器和微处理器；所述可变电容器、电感和电容均并联在所述电容数字检测器上，且均接地；所述电容数字检测器通过IIC接口与所述微处理器相连接；所述微处理器通过串口与智能终端相连接。

优选地，所述可变电容器，包括：第一金属薄片、第二金属薄片、纤维板；所述第一金属薄片和所述第二金属薄片内侧之间设有所述纤维板；所述第一金属薄片和所述第二金属薄片外侧分别与所述电感和所述电容的两端连接。

优选地，所述第一金属薄片和所述第二金属薄片均为单面覆铜板；所述纤维板为玻璃纤维板，介电常数为4.5；所述纤维板、第一金属薄片和所述第二金属薄片面积相同。

优选地，所述第二金属薄片的位置固定，所述第一金属薄片能够从最左端向右平行移动。

优选地，所述电容数字检测器采用FDC2214电容感测传感器。

优选地，所述微处理器采用STM32H743IIT6单片机。

一种基于电容感测的直线位移测量方法，具体包括以下步骤：

S1、通过电容数字检测器对可变电容器进行数据监测，并采用微处理器对监测的数据进行采集；

S2、对电容数字检测器、IIC接口及微处理器中的定时器进行初始化；

S3、采用初始化后的IIC接口读取电容数字检测器每个通道数值，并通过尖峰滤波算法去除干扰，然后采用所述微处理器对滤波后的监测数据进行分析处理，计算得到水平位移数据。

优选地，所述S1具体为：

S1.1、通过电容数字检测器对振荡电路进行数据监测，并计算得到振荡电路的振荡频率变化范围；

S1.2、计算电容数字检测器的参考工作频率；