Wie funktioniert ein elektronischer Messschieber?

Wie funktionieren diese elektronischen Messschieber?:

Bremssattel

Ich weiß, dass sie irgendwie die Kapazität der Laufbahn messen. Aber wie verwenden sie die Kapazität, um Entfernungen zu messen - ist es ein lineares Verhältnis von Kapazität zu Entfernung, oder passiert noch etwas anderes? Diese sind wirklich genau – eine Spezifikation von ±0,02 mm von 0–100 mm und eine Auflösung von bis zu 0,01 mm. Ich bin auch überrascht, wie diese die Spezifikationen zu dem sehr niedrigen Preis erfüllen können - ich habe meine für £ 8 abgeholt und sie mit ein paar gewöhnlichen Objekten ausprobiert, deren Abmessungen ich kannte, und es ist auscheckbar.

nützlicher Blogbeitrag zu diesem Thema: Digital Caliper Teardown (nur Referenzmaterial stapeln)

Antworten (3)

Das Verhältnis von Position zu Kapazität zu Frequenzverhältnis zu Wertumwandlung. Der Schlüssel liegt in der Verwendung ungleichmäßig gemusterter Leiter in der Nähe von zwei Kondensatoren. Die Schaltung hat eine langsame Reaktion, funktioniert aber bemerkenswert als Bremssattel.

Jemand hat ein Set auseinandergerissen, damit Sie die Muster sehen können: adafruit.com/blog/2010/11/08/digital-calipers-tear-down
Nett. Ich kann mir vorstellen, wie früh Erfinder es entdeckt haben. Er (sie) stimmte das Radio ab, indem er mit einer Hand die Messgerät-/Kondensator-Vorrichtung drehte, das logarithmische Lineal in der anderen Hand hielt, dann schaute er (sie) auf die LCD-Uhren an einem Handgelenk der anderen Hand und sagte ... Heureka!
Hier ist die Flickr-Seite mit allen darauf, wenn Sie so verwirrt waren wie ich, als ich nach „WO DA PICS?“ ging.

Hatte gerade etwas Spaß beim Versuch, die Signale zu erfassen, da geht etwas wirklich Ungewöhnliches vor sich.

"Hier ist eine gute Webseite" <- diese Seite? falsch! nicht, was da überhaupt passiert, es gibt nur ein Eingangssignal, nicht sin und cos

"Der Schlüssel liegt in der Verwendung von ungleichmäßig gemusterten Leitern in der Nähe von zwei Kondensatoren." <-- wieder falsch

Wenn Sie jemals eine Webseite finden, auf der jemand tatsächlich eine Kopie davon erstellt hat, dann glaube ich, was sie sagen.

Wie auch immer, das ist, was ich gemessen habe, kann keine dieser Informationen von Google finden

Die vertikalen Streifen, die zu 8 gruppiert sind, diese sind mit digitalen Ausgängen des Chip-on-Blob verbunden, sie werden von PWM-Signalen angesteuert - annähernd Sinuswelle. 8 Phasen, Sinuswellenperiode 1800 us (YMMV), Impulsperiode ~ 5,6 us. Jede Phase um 1800 us/8 = 225 us verschoben

Die Empfangsplatte erhält das Summa Summarum, das durch kapazitive Kopplung durch den Stator kommt. Jetzt ist das Empfangssignal größtenteils Müll, aber die Signalspitzen, die den ansteigenden Flanken des Ausgangsimpulses entsprechen, bilden eine Sinuskurve. Die Phase dieser Sinuskurve hängt von der Position des Stators ab. Ich vermute, RX-Messungen müssen mit Ausgangsimpulsen zeitlich abgestimmt werden, und dann gibt es eine unkonventionelle Signalverarbeitung, um die Phasenverschiebung zu erhalten. Ich bin mir nicht 100% sicher, wie ich die RX-Seite davon machen soll.

Da sich das Statormuster und das Muster der TX-Platten alle 5 mm wiederholen, bedeutet dies, dass der Endwert eine Summe aus Grob- und Feinmessungen ist. Die Grobmessung ist die Anzahl der 5-mm-Wiederholungen, die genau wie normale Encoder-Werte gezählt und gespeichert werden. Sie können diese Zählung durcheinander bringen, wenn Sie den Abtastkopf auf dem Messschieber zu schnell bewegen, der Messschieber verliert seinen 0-Punkt. Die Feinmessung ist die Phasenverschiebungsmessung der Ausgangssinuskurve. Diese werden summiert und auf dem LCD angezeigt.

Hier ist eine Abbildung:Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Warum ist das überhaupt wichtig?

a) Wenn es jemand geschafft hat, es in ein DIY-Projekt zu kopieren, kann ich es zumindest nicht bei Google finden. Ich bin mir sicher, dass jemand es getan hat, aber es scheint nicht so, als ob er sein Projekt veröffentlicht hätte. Das bedeutet, dass für ein so häufiges Produkt einfach keine Anleitungen zur Verfügung stehen.

b) Die Fähigkeit, spottbillige DIY-Linear-Encoder herzustellen, zählt viel, zum Beispiel wissen Sie, wie anfällig für Ausfälle alle DIY-3D-Drucker sind? Das liegt daran, dass es sich um Steuersysteme mit offenem Regelkreis handelt, wenig Stau oder Schlupf und das Steuersystem nicht mehr weiß, wo sich der Roboter befindet. Jetzt kaufen Sie für einen Industrieroboter einen Linearencoder, einen für jede Achse. Heidenhein und 100 andere Unternehmen verkaufen Ihnen gerne einen für ~1k€. Kellerbastler haben leider kein solches Budget. Aber sie würden gerne kapazitive lineare Encoder kaufen (oder herstellen, die Herstellung ist einfach genug), wie sie in digitalen Messschiebern verwendet werden. Wenn die Anleitungsinformationen irgendwo da draußen wären.

Einige der industriellen Systeme, die ich gesehen habe, verwenden String-Encoder. Ich bin sicher, dass diese ihre eigenen Probleme haben können, aber sie könnten ziemlich einfach entweder absolut oder relativ gemacht werden.
Verdammt, dieser letzte Kommentar brachte mich zum Laufen. Wäre großartig, ein Closed-Loop-Feedback-System für DIY-3D-Drucker/CNC-Maschinen zu erstellen. Mir ist nie in den Sinn gekommen, mir die digitalen Messschieber anzusehen, ich war festgefahren und dachte an etwas Optisches.
Haben Sie das Dokument unter capsense.com/capsense-wp.pdf gelesen? Hier kommt die Behauptung von Sin and Cos ins Spiel, die von LS Starrett Co. für einen digitalen Messschieber verwendet wird. Ich versuche immer noch, dieses Design zu groken. Wenn ein solches Design über die gesamte Länge mit einer Genauigkeit von 0,01 m auf bis zu ~ 1 Meter erweitert werden könnte ... könnte das etwas sein, an dem viele Leute interessiert sein könnten.
"capsense-wp.pdf. Hier kommt die Behauptung von Sin und Cos ins Spiel" Ja, habe es überprüft, ich bin mir sicher, dass es viele Möglichkeiten gibt, solche kapazitiven Messungen durchzuführen, nur dass diese Sin-Cos-Version nicht in diesen billigen verwendet wird Bremssättel. "Wenn ein solches Design über die Gesamtlänge mit einer Genauigkeit von 0,01 m auf bis zu ~ 1 Meter erweitert werden könnte ..." Grundsätzlich besteht die Einschränkung darin, wie lange Sie den Statorstreifen herstellen können. Oder wenn Sie 2x Leseköpfe haben, können Sie zwei Zeilen Lesestreifen verwenden und diese überlappen. Die Statorstreifen sind im Grunde PCBs und diese sind ziemlich genau hergestellt, für zusätzliche Genauigkeit können Sie immer kalibrieren.
ahh, ja, jetzt verstehe ich was du meinst. Es hört sich so an, als ob die Sin/Cos-Methode für einen wahrscheinlich sehr teuren Bremssattel verwendet wird. (Starrett Zeug ist nie billig)
Dieser Sin-Cos-Ansatz sieht aus wie ein abgefahrenes analoges Design, ich bezweifle, dass digitale Messschieber, die billig oder teuer sind, das haben. Wenn PWM-Signale die Arbeit erledigen, warum sich die Mühe machen. Es gab einige induktive Designs, aber ich denke, alle aktuellen auf dem Markt haben dasselbe grundlegende Arbeitsprinzip, das ich gemessen habe
Die geringe Reaktion ist ein einschränkender Faktor für die Verwendung als 3D-Drucker-Encoder
Tatsächlich verwenden sie in kommerziellen CNCs Servomotoren, keine Schrittmotoren. Servo haben Rückmeldung über Drehgeber, sodass Sie keinen Lineargeber benötigen.
Ich habe eine meiner sehr ähnlich aussehenden genommen und sie auch mit einem Zielfernrohr versehen. Könnte dies nur eine einfache zeitsynchronisierte RC-Kapazitätsmessung sein? Laden Sie es einfach mit einem GPIO auf, verwandeln Sie den Pin in einen Pulldown-Eingang, messen Sie mit ADC zu einem festen Zeitpunkt relativ zur GPIO-Trennung. 8 Mal wiederholen. Sin/Cosinus mit angepasstem Filter anpassen. atan2, um die Phase innerhalb einer Statorlasche zu erhalten. Wiederholen Sie dies oft genug, damit wir, wenn sich der Stator bewegt, dies als Phasenumbrüche verfolgen.
Ich schätzte meine auf etwa 26 mm ^ 2 pro Summe der einzelnen Kanalflossen. Swag von 0,25 mm zwischen Stator und Lamellen ergibt ungefähr 1pf - nicht viel, aber plausibel. Der ADC des nRF52 liegt bei etwa 2,5 pf, was die Dinge verwischt, aber diese Technik erfordert keine absoluten Messungen.

Die Kapazität bildet einen Resolver, mit dem Sie einen Sinus- und Kosinuswert ablesen können, mit dem Sie im Vergleich zum Mastersignal die Position sehr genau bestimmen können.