[实用新型]一种数控火焰切割机的电容式高度传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及数控火焰切割机，具体是一种数控火焰切割机的电容式高度传感器。 

背景技术

数控火焰切割机在自动切割板材的过程中，为提高加工的精度和质量，需使割炬与板材之间的高度在数控切割机工作过程中最大限度地保持恒定。 

目前，在数控切割机自动调高系统中有三种电容信号检测技术： 

1、调频法：结构简单，受外界因素影响较小，但振荡频率的稳定性不足，且频带较窄，导致量程过小，而且内部杂散电容对电路的影响较大，测量精度不高； 

2、脉冲调宽法：电路线路简单，不需要交流信号发生器和解调电路，灵敏度较高，但电容传感器需要的工作电容较大； 

3、电桥法：灵敏度高，传感器的工作电容甚至在1pF以下，传感器的体积小，不足的是：音频信号不太适合小容量的电容，非线性误差较大。 

实用新型内容

本实用新型的目的是为提高目前数控火焰切割机电容式自动调高器的精度，改善其动态响应特性较差的问题，而提供一种数控火焰切割机的电容式高度传感器。 

实现本实用新型目的的技术方案是： 

一种数控火焰切割机的电容式高度传感器，由感应环和与感应环连接的信号检测电路组成，信号检测电路由顺序连接的正弦波发生电路、运算法电容检测电路、相敏检波电路组成，感应环通过电容与运算法电容检测电路连接，感应环固定在割炬上，随着割炬的上下运动带动其升降。 

本实用新型的优点是：通过设计有关电路，传感器最后输出的直流电压信号与待检测的高度形成正比的关系，实现了传感器把感应环和待加工材料之间的高度转换成电压信号的目的。采用该方案设计的电容式高度传感器，一是响应速度快，整个检测过程响应时间低于2ms；二是检测精度高，输出精度达±5mV；三是抗干扰性较强，能适应数控火焰切割机恶劣工作环境。 

附图说明

图1为本实用新型电容式高度传感器的电路连接示意图； 

图2为正弦波发生电路图； 

图3为运算法电容检测电路图； 

图4为相敏检波电路图； 

图5为本实用新型电容式高度传感器与控制系统的连接示意图。 

具体实施方式

如图1所示，一种数控火焰切割机的电容式高度传感器，由感应环、正弦波发生电路、运算法电容检测电路和相敏检波电路四部分构成。感应环和待加工材料之间含有电容Cx（Cx与感应环和代加工材料之间的高度d成反比）；正弦波发生电路输出正弦波信号V1(t)；Cx、V1(t)经运算法电容检测电路处理后输出V2(t)，V2(t)的直流分量与Cx成反比；相敏检波处理V2(t)后输出V3，其大小与V2(t)的幅值成正比。通过上述检测和处理，传感器输出的直流电压信号V3与感应环和代加工材料之间的高度d成正比，实现其高度检测功能。 

实施例： 

（一）参数设定 

1、设定钢制感应环的尺寸 

感应环结构为一圆环，内圆半径r＝20mm,外圆半径R＝r+d=40mm，据此可以计算感应环的有效面积。 

S＝π(R²-r²)＝3.14×[(40×10^-3)²-(20×10^-3)²]＝37.68×10^-4m²， 

绝缘系数ε=8.85×10^-12F/M。 

2、设定正弦波发生电路 

图2中，选定：R1=R3=5.1K,R2=50K,R4=1K,R5=10K,R7=200K,R8=0.5K,R9=25K，C1=1u,C2=10u,C3=1u,C3为=103。电路输出信号的频率f=1/[(R4+R7)*C4]，调整R7的大小使f=100K，调整R2使输出幅值Vm等于3V。因此本电路中输出激励信号： 

V1(t)=VmSinω_c^t其中Vm=3V，ω_c=2π*10⁵

3、设定运算法电容检测电路 

图3中，输出信号V2(t)的表达式为：