电容传感器

非接触、具有亚纳米精度的直接位置测量

  • 距离、运动和振动的绝对测量
  • 可行的测量范围为10µm至2mm
  • 直接计量 : 运动物体的直接位置测量
  • 只有最小加热,没有散射光
  • 真空兼容10-9帕
  • 免维护,无磨损
  • 高带宽至10 kHz
  • 高温长期稳定 (<0.1 nm/3 h)
  • 为了最大温度稳定性的殷刚选项 (5 ×­ 10-6/K)
  • 紧凑型单电极或双电极传感器,定制设计
  • 在各种配置水平处理电子产品,从模拟原始设备制造商(OEM)版本到可随时扩展的模块化设计的数字控制系统。

非接触测量原理

设计包括两个导电表面:高频交流电在两个表面之间产生均匀电场。由于具有平行板电容器,电容与两个表面之间的距离直接相关。测量的量是电场电容的变化。

均匀电场确保高线性度

具有额外保护环电极的PI配置可在活动区域产生一个非常均匀的场。 此外,来自PI的所有电控均使用可纠正两个传感器台之间平行度误差的集成线性化方法。根据所使用的材料,电容传感器提供独立于热影响的良好的长期稳定性

C 电容
A 有源传感器表面
d 传感器和目标表面之间的距离
ε0 常数
εr 电容器极板之间材料的介电常数

直接计量最大精度

合理地安装在精密定位系统中,电容传感器可直接测量运动部件相对于基体的实际位置(直接计量)。传动系统、执行机构,杠杆臂,或导向系统的误差均不影响测量。从而发生在传动系统中的任何漂移或滞后会自动消除。 由于外部误差可通过传感器及时检测并反馈,因此位置控制压电陶瓷纳米定位系统可实现卓越的运动性、长期的高稳定性和刚性、快速响应的位置伺服回路。

集成到自动化定位系统中

单台电容e 传感器 可测量各种导电表面,且便于机械处理,例如,在安装或电缆敷设过程中。其使用也更加灵活,例如检测垂直于测量方向的运动。

电容位置传感器可集成在定位系统中或附着于外部。通过双台传感器,测量在两个具有匹配表面的指定传感器台上进行,从而现场精度可给出最佳结果。

线性化的信号处理

处理和测量电控仅产生最小的噪音,并使用线性化系统 (ILS),弥补电容器板间平行度误差的影响。. 数字控制器通过额外的线性化算法与高阶多项式提供最高的精度。 所有系统均在PI校准并根据预期带宽和测量范围进行优化。PI为不同配置水平的电容传感器提供信号条件电控,从模拟OEM版本到可随时扩展的模块化数字控制器系统。


应变式传感器(SGS)的间接位置测量

应变片传感器包括一个薄金属或半导体箔(压电电阻),附着于压电陶瓷或为了提高精度,附着于弯曲平面的导向系统。这种类型的位置测量是接触和间接的移动平台的位置取决于杠杆、导向或压电堆的测量。应变片传感器从其扩展中获得位置信息。具有多个应变片传感器的全桥电路提高了热稳定性。


PISeca:电容式单电极传感器

PISeca单电极电容传感器可测量各种导电表面,且便于机械处理,例如,在安装或电缆敷设过程中。其使用也更加灵活,例如检测垂直于测量方向的运动。 用于PISeca的E-852独立处理电控仅产生最小的噪声,并集成线性化系统。所有系统均在PI校准并根据预期带宽和测量范围进行优化。. >> PISeca传感器和对应的处理电控作为PI的产品提供。


电容式单电极和双电极传感器的应用

振动、平坦度和厚度的测量

PISeca系统的高动态也允许通过振动和振荡的优良分辨率测量。因此可检测旋转工件的均匀度或纳米范围内的厚度。例如,一个可能的应用领域是生产磁盘驱动或振动的主动补偿。

具有纳米精度的测量距离

电容传感器可有效测量最短的距离。测量的量是使用均匀电场的传感器头和目标表面之间的电容的变化。达到的精度是纳米级范围。绝对值通过经调整、校准的系统确定。

平行计量:高精度多轴测量

对于闭环多轴纳米定位任务,具有电容传感器的高性能平台结合直接计量和并联运动。使用于多轴纳米定位系统中时,允许同时测量所有自由度,并积极弥补导向错误(主动轨迹控制概念)。在这里,电容传感器是给出最佳定位分辨率结果的最精准的测量系统。

测量具有亚微米精度的层厚度

由于其非接触性操作和高动态性能,电容传感器最适合用于测量运动中的导电表面(例如转鼓)上非导电材料的膜或层的厚度。

偏摆测量与补偿

将电容传感器集成在测量搭建中可精确测量偏摆运动。可差动测量移动的物理偏转角,并在需要的情况下进行补偿。

具有微牛顿量级的灵敏度的力传感器

单板电容传感器经常被用来作为微牛顿范围内的无接触测量高分辨力传感器。在这里,最小距离偏差通过无接触在长距离基础上测量,分辨率在亚微米范围内,不会影响测量过程。系统的定义刚度使力得以计算。

纳米定位/闭环系统

纳米定位是高分辨率位移测量中的应用。在这里,双台电容传感器测量移动物体最大精度的直接距离和实际位置。较高的传感器带宽同时允许动态应用中的闭环控制。

测量直线度和平面度,和主动串扰弥补

一个可能的应用是纳米定位串扰测量。允许实时检测运动对另一个轴的串扰,并主动弥补。较高的传感器带宽提供绝佳的动态性能。

平面外测量、等高扫描和圆外测量

补偿波动或振荡运动,例如,在等高扫描或在白光干涉中,是最适合使用电容传感器的应用。