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MTI高精度電容測量系統 振聯科技有限公司 從建華 隨著時代的發展和科技的進步，人們對於實驗和生產的要求越來越高，輔助研發與生產的檢測產品也一代代推陳出新。就位移測量領域而言，非接觸式的測量系統作為一種新興和先進的測量方法逐漸取代了接觸式的測量方法，並取得了高速發展。站在巨人的肩膀上，MTI高精度電容測試系統應運而生。 AS-9000測量系統簡介 AS-9000是最高解析度、單或雙通道測量應用的理想選擇，它採用了MTI的最高新電容放大器技術，使得噪音低和穩定性更高。它的帶有LED條狀顯示的前板增益和補償調節使得探頭定位更加容易，雙通道的求和放大器可進行求和、微分和厚度測量。 圖1 AS-9000雙通道測量系統 電容探頭原理說明 電容位移測量系統：將被測的物理量（如位移、振動等）轉化為電容量的變化，再由測量電路轉化成電壓或電流的變化。 圖2 AS-9000測量系統原理示意 電容測量系統是將電容探頭端面和被測物表面做為電容的兩個極板，構成一個電容，電容的容值可由如下公式得出： C [（k）（A）]/（D） 電容探頭的輸出阻抗可由如下公式得出： Z 1/（ωC） （D）/[（ω）（k）（A）] 電容探頭的輸出阻抗與探頭至被測物表面的距離成線性比例關係，而電容探頭的輸出電壓與輸出阻抗也是成線性比例關係，故而可以得出電容探頭的輸出電壓與探頭至被測物表面的距離是成線性比例關係，由此我們可以通過測量電容探頭的輸出電壓來測量出探頭至被測物表面之間的距離。 常見類型電容探頭介紹 在實際應用中，我們需要根據實際的測量量程和測量環境來選擇電容探頭的類型，如下圖所示為電容測量系統中6種常見類型的電容探頭： 圖3 6種常見類型電容探頭 6種常見類型電容探頭的標準尺寸如下圖所示，我們根據實際測試的量程要求選擇合適量程的探頭： 圖4 6種常見類型電容探頭的標準尺寸 一種特殊類型電容探頭介紹 在MTI高精度電容測量系統產品中，除了上面介紹的6種常見類型的電容探頭外，還有一種特殊的電容探頭，稱之為push-pull探頭，它與上面介紹的6種常見類型的電容探頭區別在於：常見類型的電容探頭要求被測物表面是接地的導體，探頭與被測物表面構成完整的回路，而push-pull探頭卻沒有這樣的要求，它只要求被測物表面是導體即可，如下圖所示： 圖5 push-pull探頭原理示意圖 push-pull探頭中有兩個感應區，通過被測物表面的傳導，兩個感應區形成一個完整的回路，故而無需被測物接地。正是由於push-pull探頭有這樣一個特性，完善了電容測量系統在被測物不方便接地操作時的正常測試要求，常用於在流水線上檢測物件的厚度測試，如下圖所示為push-pull探頭用於流水線檢測物件厚度的模型示意圖： 圖6 厚度測試示意圖 測試需要選用兩個push-pull探頭，如圖所示固定兩個push-pull電容探頭，兩探頭之間的距離為G,A探頭至被測物表面的距離為A，B探頭至被測物表面的距離為B，物體的厚度為T， G A+B+T G是已知的，通過測量可以得出A和B，則由上述公式可得出被測物的厚度T。 AS-9000測量系統參數說明 1、通道數：1或2 主要是根據客戶的具體需求來選擇單通道或者是雙通道，雙通道的求和放大器可進行求和、微分和厚度測量。 2、測量範圍：0-12.5mm 主要根據實際被測表面的位移大小或振動幅度來確定的，測試系統的量程是由我們選擇的電容探頭決定的，根據實際的測量範圍要求選擇合適的電容探頭。 3、精度：0.02%（滿量程） 電容測量系統的精度與系統的測量量程有關，比如我們測量系統選擇量程為0.025mm電容探頭，那麼我們的測量系統精度為5nm。 4、解析度 電容測試系統的解析度是需要計算得來的，因為它不僅與測量的量程有關，還與頻率回應、基礎噪音以及放大倍數有關，計算公式如下所示： Resolution Sensitivity * Noise 解析度 靈敏度 * 噪音 Sensitivity System Range / Voltage Range System Range：系統的測量範圍 Voltage Range：類比電壓輸出範圍（mv） Noise Base Noise * push * BW/500 ^1/2 Base Noise：在AS-9000同一量程測量系統中，我們根據實際需要使用不同的量程段，它的基礎噪音是不同的，表現出來的解析度也是不同的。以中點為中心，基礎噪音在1/10量程時為0.2mv，在1/2量程時為0.5mv，在全量程時為1.0mv。 Push：系統放大倍數（出廠前設定） BW：頻率回應（出廠前設定，有10HZ、50HZ、100HZ、200HZ、500HZ、1kHZ、2kHZ、5kHZ可供選擇） 例如：我們選擇AS-9000測量