[发明专利]差分电容位移量的转换和细分方法及电容型线性位移测量系统

摘要

本发明是差分电容位移量的转换和细分方法及电容型线性位移测量系统。1.用差分电容位移量的转换基准求解位移量，无需调制、解调、放大器、A/D等，测量和细分简便精确；2.把差分电容变化量转换为脉冲宽度量，其电路无需调零，无噪声、无寄生和零漂等干扰，量程不限，它只与串接电阻有关；3.用上说方法和电路提出一种电容型线性位移测量系统，它是大量程的绝对位置测量，传感器和电路都简单的全数字型、精度高、稳定性好，能在水、油、灰尘污染等恶劣环境中使用，优于光栅和球栅等；4.把传感器、电路、和显示件等集成一体的微型(MEMS)器件，精度是纳米级，能精确测量MEMS的机械位置、位移、速度、振幅和頻率等运动参数，参数变换是遥控。

主权项

1.一种差分电容位移量的转换和细分方法，其特征是：它包括差分电容位移量的转换基准和细分方法；所述差分电容位移量的转换基准是用一对差分电容的差分位移区间的位移距离s或宽度b与在差分位移区间内测量的第一个差分电容C1及第二个差分电容C2之和(C1+C2)相比，这一比值正是在差分位移区间内测量时单位电容变化量的位移量用dc表示；在这差分位移区间的距离s或宽度b内任何点，只要测量条件和测量环境保持不变，这一单位电容变化量的位移量dc是相同不变的，有了这单位电容变化量的位移量dc，也就有了所测量到的差分电容变化量转换为位移量的基准，而且是动态跟踪的基准，当测量条件和测量环境变化时，测量的差分电容变化量之和(C1+C2)随着跟踪变化，在这差分位移区间内的距离s未变，也就是在这动极板上的两个电极与定极板上的电极所覆盖的宽度b未变，而这单位电容变化量的位移量dc，也相应的随着差分电容变化量之和(C1+C2)的变化而跟踪变化，有了这动态跟踪的基准，可以方便求出由差分位移区间内位移时差分电容变化量所对应的位移量；所述转换基准能在水、油、灰尘污染恶劣测量环境中使用和扩大了运用范围，还省去了调制与解调、放大器、A/D转换器模拟量元件，有数字元件所替代的全数字化，避免了模拟量元件所带来的干扰，特别是全数字化能使精度、分辨力和测量速度提高了几个数量级；所述细分方法是在差分位移区间内，单位电容变化量的位移量dc的倒数是单位位移量的电容变化量用ds表示，如果分辨力是一微米，最小单位位移量是微米，选用每一微米的电容变化量ds，测量时必须能测量出每一微米的电容变化量ds，也就是能测出最小分辨力为一微米，只要能测量出这最小单位位移量的电容变化量ds就是最小细分单位量；这是有了所测量到的电容变化量转换为位移量的基准，可使单位位移量的电容变化量具体化；无需内插法及预定的电容变化量所对应位移量的大容量的数据存储器。