电容传感器的控制方法技术

本发明专利技术公开一种用于振镜电机系统中的电容传感器的控制方法，包括电容传感器、与电容传感器相连的相减电路和相加电路，以及给电容传感器提供能量的高频电源，包括数字模拟转换器、增益档位调节器，电容传感器获得的值经相加电路求和；求和后获得的值与数字模拟转换器处理的值共同输入比较电路；经比较电路比较，获得的增益调节值提供给高频电源；相减电路对电容传感器获得的值相减后经增益档位调节器调节后输出位置信号。该控制方法的特点在于利用电容传感器的传感区域求和后使用数字／模拟转换器（ＤＡＣ）进行增益控制，在避免使用超高精度手工调节电位器的情况下做到低温漂增益控制的目的，并使控制获得数字接口。

Control method of capacitance sensor

The invention discloses a method for controlling the capacitance sensor of vibration mirror motor in the system, including the subtraction circuit and drive circuit is connected with the capacitance sensor, capacitance sensor, capacitance sensor and to provide energy for high frequency power supply, including digital to analog converter, gain gear regulator, capacitance sensor values obtained by adding circuit summation value; and digital to analog converter with common input value comparison circuit obtained after summation; by comparison circuit compares the gain adjustment value for high frequency power supply; subtraction circuit for capacitive sensor values obtained after subtracting by the gain shift regulator output position signal. The characteristics of this control method is to use capacitance sensor for sensing area and the use of digital to analog converter (DAC) to gain control, to avoid the use of ultra high precision potentiometer manual under the condition of low temperature drift and gain control to do, and to obtain digital interface control.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是关于一种传感器的控制方法，尤指一种数字增益电容传感器的 控制方法。技术背景电容传感器是常见的一种灵敏传感器，其中差动电容传感器是性能比较好 的 一种电容传感器。在振镜伺服电机中差动电容传感器更是被普遍采用的， 一般是使两个差动的极对获得的数值相减从而获得变化量。同时，把两个差 动的极对获得的数值的和作为一个常数来控制，从而抵抗温度变化引起的飘 移。该传统用法的控制框图可见图1，传统的系统是电容传感器l将两个差动的极对获得的数值通过相加电路2求和得到一个电压值，该电压值与精密电 压源4输出的电压值经过比较电路3直接相比较，进而输出电压值控制高频 电源5供给给电容传感器1的能量，使得电容传感器1的和始终是一个固定 的常数，从而抵御温度等环境变化带来的漂移。为了与外部控制接口匹配， 电容传感器1的两个差动极对获得的数值通过相减电路6的相减运算后获得 的电压值，再经过增益调节电路7增益调节后输出位置信号。 这样的结构有几个缺点1. 增益调节电路使用电位器做增益调节将产生较大的漂移，因为电位器 要做精密低温漂是非常困难和昂贵的，世界上仅有很少的厂家能做出 这样的电位器。2. 电位器需手工调节，费时费力，调节的精度不高，随意性也比较大。3. 低温漂精密电位器的调节寿命很短，调节次数一多就会损坏。
技术实现思路
本专利技术所欲解决的技术问题是提供一种，利用该 控制方法控制电容传感器能在振镜伺服电机等高要求的应用场合中，达到高精度、低温漂的调节目的。本专利技术所釆用的技术方案是 一种用于振镜电机系统中的电容传感器的 控制方法，包:fe电容传感器、与电容传感器相连的相减电路和相加电路，以 及给电容传感器提供能量的高频电源，包括数字模拟转换器、增益档位调节 器，电容传感器获得的值经相加电路求和；求和后获得的值与数字模拟转换 器处理的值共同输入比较电路；经比较电路比较，获得的增益调节值提供给输出位置信号。所述电容传感器包括一对或多对差动电容极对。电容传感器包括公共的能量发射源面、位移检测区域、与位移相关的中 间介质。中间介质为陶瓷。微型处理器与计算机相连，计算机对微型处理器进行操作。增益档位调节器采用数字电位器，数字电位器与微型处理器相连，微型 处理器设定数字电位器的档位选择系数。数字模拟转换器分别与精密电压源和微型处理器相连，微型处理器设定 的电压值和精密电压源提供的电压共同输入数字模拟转换器进行处理。本专利技术所达到的技术效果是本专利技术通过数字/模拟转换器(DAC)代替 传统的精密电压参考源，同时用高稳定的数字增益档位调节器代替增益调节 电路，非常方便地达到了高精度低温漂的调节目的；由于采用数字调节的方 案使得调节可以通过计算机进行，减少了劳动强度和调节的人为随意性。附图说明下面参照附图结合实施例对本专利技术作进一步的描述。 图l是本专利技术差动电容传感器现有技术的工作流程框图。 图2是本专利技术差动电容传感器的工作流程框图。具体实施方式本专利技术是一种创新的振镜系统使用的位移、转角差动电容传感器的控制方 法。该控制方法的特点在于利用差动电容传感器的传感区域求和后使用数字/ 模拟转换器(DAC)进行增益控制，在避免使用超高精度手工调节电位器的 情况下做到低温漂增益控制的调节目的，并使控制获得数字接口 。如图2所示，本专利技术的电容传感器IO包括一对差动电容极对11，其中包 括公共的能量发射源面12、两个电学上独立的位移检测区域13、 14、 一个与 位移相关的中间介质15。本专利技术的中间介质15为陶瓷。电容传感器IO还可 采用多对差动电容才及对。本专利技术与电容传感器10相连有相减电路70、相加电路20、高频电源50， 与相减电路70连接有数字增益档位调节器80,与相加电路20连接有比较电 路30，与比较电路30进一步连接有数字模拟转换器(DAC) 60，以及与数 字模拟转换器(DAC) 60连接有精密电压源40，高频电源50与比较电路30 连接。相加电路20、比较电路30、数字模拟转换器(DAC) 60和精密电压 源40构成本专利技术的增益控制调节环，另有微型处理器90与数字增益档位调 节器80、数字模拟转换器(DAC) 60和计算机100分别相连。电容传感器10的检测区域13、 14同时与一个相减电路70连接，差动的 极对11获得的值经相减电路70运算后经数字增益档位调节器80增益调节， 从而输出位置信息或信号。微型处理器卯与数字增益档位调节器80相连， 并可对其设置可变的设定档位值。所述的数字增益档位调节器80在本专利技术中 是使用数字电位器进行选择的。本专利技术为了对位置输出信号进行增益控制， 首先通过图2中的数字增益档位调节器80进行增益范围的选择，由于采用数 字电位器进行增益放大，而数字电位器芯片内的精密电阻在同 一个芯片内， 所以一致性很好(温度相同)，温度变化引起的比例变化就很小， 一般可以达 到5PPM也就是百万分之五。电容传感器IO的位移检测区域13、 14与一个相加电路20连接，经相加 电路20求和后用于增益控制调节环节；增益控制环包括相加电路20、比较电 路30、数字摸拟转换器60、以及精密电压源40，相加电路20对自差动电容 极对11获得的值相加求和后给增益控制环提供一个反馈的值微型处理器90 和精密电压源40分别与数字模拟转换器(DAC) 60相连，微型处理器90可 以对数字模拟转换器60给定一个可以改变的电压信号，精密电压源40提供 预定电压值，二者电压值经数字模拟转换器(DAC) 60后给增益控制环提供 控制的目标值，经相加电路20输出的反馈电压值和经数字模拟转换器(DAC ) 60输出的目标值再进一步经比较电路30比较后输出至高频电源50，高频电 源50用于给电容传感器IO的公共能量发射源面12提供能量，高频电源50 的频率范围为1MHZ-500MHZ。总之，增益控制环用于调节高频电源50的能量。上述的增益控制环的控制目标是通过上述数字模拟转换器60给定的一个可以改变的电压信号，同时把差动电容传感器10的和与数字模拟转换器60 进行比较控制高频电源50的输出能量，对电容传感器IO的增益进行微调。 由于数字模拟转换器60的精度比较高，通常为十-l/2LSB，并且有内建的反馈 电阻，所以精度也很高。于是，通过这样创新的控制结构就做到了避免使用 超高精度的传统人工调节电位器，但却得到了比传统方法更好的效果。本专利技术的微型处理器(MCU) 90与计算机IOO相连，通过计算机IOO利 用软件对微型处理器卯进行控制和设定值。故本专利技术调节方法还能非常方便 地通过通讯接口与计算机接口，从而使调节不需要拆装机器的外壳。又由于 所采用的器件都是无触点的调节方案，所以比传统的高精度电位器寿命大大 提高，传统的高精度电位器一般的使用寿命为调节200次就要报废，但本发 明新的调节方案却可以调节上千万次，大大提高了该电容传感器的可靠性。本专利技术技术方案可行性的理论验证推理步骤如下设精密电压源40提供的值为Uref，通过计算机IOO及微型处理器90给 数字模拟转换器60设定值为Vda，数字模拟转换器60的满值为VfUll, U为 电容传感器IO的零点输出值，AU为电容传感器IO因位移移动引起的变化 量，k为微型处理器卯为数字增益档位调节器80设置本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于振镜电机系统中的电容传感器的控制方法，包括电容传感器、与电容传感器相连的相减电路和相加电路，以及给电容传感器提供能量的高频电源，其特征在于：包括数字模拟转换器、增益档位调节器，控制方法包括以下步骤，电容传感器获得的值经相加电路求和；求和后获得的值与数字模拟转换器处理的值共同输入比较电路；经比较电路比较，获得的增益调节值提供给高频电源；相减电路对电容传感器获得的值相减后经增益档位调节器调节后输出位置信号。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：高云峰，陈克胜，
申请(专利权)人：深圳市大族激光科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]