電容測微測振儀是一種精密測量儀器。它可以應(yīng)用于物體的微小位移、變形量、磨損量、膠帶涂層厚度、油膜或氣膜厚度、機(jī)械或物體的微小振動(dòng)(動(dòng)態(tài)頻響2.7KHz內(nèi))測量;還可應(yīng)用于彈簧高度自動(dòng)分選、壓電陶瓷電致伸縮變形特性和陀螺馬達(dá)剛度測試等。該儀器系統(tǒng)已在機(jī)械加工制造與過程控制、航空航天精密測試、科研院所和高校的科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究等方面成功應(yīng)用，其測量精度、實(shí)用性和性價(jià)比均居同類產(chǎn)品前列。根據(jù)平行板電容傳感器原理可知其電容值為：C=K.s.sld(pF)。其中K為真空中介電常數(shù);為介質(zhì)相對介電常數(shù);S為極板面積;d為極板間距。、S、d只要保持兩個(gè)不變，只改變其中任一參數(shù)就可使電容C改變，因而可制成變面積S型 、變介質(zhì)介電常數(shù) 型和改變極板間距d三大類型電容式傳感器。JWZC-I型電容測微測振儀系統(tǒng)使用自己設(shè)計(jì)加工的變極距型電容傳感器。

電容測微測振電原理和傳感器結(jié)構(gòu)電氣示意圖

電容式測微測振系統(tǒng)采用運(yùn)算式測量原理，是一種非接觸式測量儀器，儀器測量精度、分辨率與測量位移大小(量程)有關(guān)。在小量程范圍內(nèi)，分辨率最高可高達(dá)0.1nm。一般情況下，當(dāng)傳感器有效直徑為3(裝夾外徑為10)時(shí)，分辨率為0.1um，測量范圍可達(dá)±100um，儀器精度為0.1%～0.3%。也可以根據(jù)用戶的實(shí)際測量環(huán)境和使用對象專門設(shè)計(jì)傳感器的敏感和裝夾尺寸大小，進(jìn)行個(gè)性化定制。

激光切割頭Z浮電容式位移傳感器

激光切割加工在現(xiàn)代機(jī)械加工制造領(lǐng)域應(yīng)用廣泛且市場前景廣闊。激光切割過程中，為了保證切割質(zhì)量，一般要求激光束焦點(diǎn)落在工件表面以下約三分之一板厚的地方，并在加工過程中保持不變，只有這樣才能保證最佳切割效果。因此激光焦點(diǎn)位置的實(shí)時(shí)檢測與控制，是激光切割加工中一項(xiàng)非常關(guān)鍵的技術(shù)。

由于激光束光軸方向?yàn)閆軸，機(jī)床加工平面為XY，故配備了激光自動(dòng)聚焦裝置的激光切割頭一般稱之為激光切割式Z浮，它能根據(jù)工件表面的起浮驅(qū)動(dòng)激光切割頭自動(dòng)調(diào)整激光束的聚焦位置。激光切割式Z浮一般由切割頭一體化傳感器、微小信號(hào)檢測系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)以及伺服電機(jī)組成。

目前國內(nèi)外產(chǎn)品中激光焦點(diǎn)位置的實(shí)時(shí)檢測大都使用電容式位移傳感器(俗稱感應(yīng)器，也是激光切割頭的噴嘴)，它能感知和實(shí)時(shí)測量激光噴嘴與切割板材的距離，從而實(shí)現(xiàn)激光焦點(diǎn)位置的實(shí)時(shí)檢測與控制。

實(shí)際加工中，由于工件表面的凹凸不平，表面熱變形以及電容傳感器連接電纜會(huì)產(chǎn)生寄生電容干擾等因素影響，這會(huì)使得精密位移實(shí)時(shí)測量與控制的難度大大增加，且實(shí)際解決起來問題較為復(fù)雜。

我公司基于多年從事電容傳感器產(chǎn)品的研究開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，提出了有效解決這些問題的方案。

方案一：信號(hào)轉(zhuǎn)換處理集成一體化

如下圖所示，將信號(hào)轉(zhuǎn)換處理模塊集成于傳感器切割頭的噴嘴內(nèi)，構(gòu)成真正的一體化電容位移傳感器，輸出到控制器的信號(hào)為數(shù)字量，且具有數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳功能。

信號(hào)轉(zhuǎn)換處理模塊具體包括下面幾部分功能，如下圖所示。

切割頭只需要一個(gè)4芯的連接插頭，連接電纜為高溫屏蔽電纜，與電容調(diào)高控制器連接的最大傳輸距離可達(dá)100米。

方案二：采用雙屏蔽等位環(huán)電容測微技術(shù)

如下圖所示，激光切割頭噴嘴的電容傳感器是在傳統(tǒng)的純銅噴嘴外加兩層屏蔽，即芯層(位移/電容有效信號(hào)獲取)、內(nèi)屏蔽層(保護(hù)環(huán))和外屏蔽層(大地，接機(jī)床和加工板材)，層與層之間必須絕緣。

這種重新設(shè)計(jì)加工出的噴嘴電容傳感器能有效改善傳統(tǒng)純銅噴嘴感應(yīng)器所產(chǎn)生邊緣效應(yīng)的影響，能有效提高測量精度、穩(wěn)定性和可靠性。

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