このアプローチは静電容量を正確に測定し、間隔を推測しますか？

セットアップを始める前に、以下の静電容量測定方法に関するフィードバックや警告に興味があります。

実験では、2つのサンプル間の間隔を0.1 mm以上の解像度で測定および追跡する必要に出会いました。残りのセットアップの制約のため、少し調べた結果、静電容量測定法が間隔を推測するのに最も適しているように見えます。

次の簡略化を目標として考えます。

大きなコンデンサを形成する2つの銅板（各2cm X 2cm）間の距離を測定/追跡したいと思います。

注： 以下のAD7746は、2チャネル、24ビットシグマデルタ静電容量-デジタルコンバーターです。

• アイデア：で始まる$C=\varepsilon_0\varepsilon_r \frac{A}{d}$、プレート面積と空気の誘電率が一定の場合、測定された静電容量が距離に反比例することは言うまでもありません。したがって、最初にいくつかの校正データを取得し、それを使用して、測定された静電容量値からの距離を推測するように調整します。

• 測定方法： 0.1 mm以上の解像度というかなり厳しい要件があるので、アナログデバイスの静電容量測定IC AD7746を使用して正確な測定を行う予定です。

できるだけきれいな測定を行うために注意すべきことは何ですか、またはどのような点を改善できますか？上記は私の希望する解決策を私に得ることができますか、それとも私が見ないエラーソースになりやすいですか？

考えられる改善の1つは、AD7746に2つのチャネルがあるため、追加のチャネルを使用して、完全に固定された /基準プレートの個別のペアを同時に測定し、それを使用して温度またはEMIの影響を無効にすることもできると考えていました。うーん、これらの要素がどれほど重要かわかりません...

更新（詳細）：私のセットアップについて少し詳しく、存在する制約：実験には、真上にある大きなサンプルが含まれ、トッププレートにキスをします。サンプルは約75mm X 75mm（非金属）で、垂直方向の動きで上部プレートを押しつぶします。

その結果、Y軸の動きに垂直に平行にセンサーを配置する余地はありません。垂直方向の変位/ギャップの検出は、水平方向に行うか、部品を基板の底板の位置に取り付けて行う必要があります。

そうは言っても、天板は私の提案する測定方法のために追加されたものであり、厳密には必要ありません。私の主な目標は、前述の75mm X 75mmのサンプルが下から垂直にどれだけ離れているかを測定することです。

更新（測定結果）：静電容量測定で簡単なテストを実行したところ、変位の約0.2 mmステップで静電容量データをかなりはっきりと区別することができました。静電容量測定で発生するノイズは、現在のところ、大きすぎてそれ以上の解像度を得ることができません。静電容量測定でSNRを改善できるかどうかを確認するために、いくつかのことを変更しようとしています。

Dave Tweedがすでに述べたように、最大​​分離がプレートの寸法に匹敵するという事実は、このセットアップを問題にします。プレートが互いに接近しているときに距離を正確に推定することができますが、この設定は範囲全体では機能しません。

Daveは、これらの非線形性を考慮に入れることを提案しましたが、非常に複雑な計算をせずに、これがどのようにして必要な精度を満たすことができるかはわかりません。

ただし、マイクロコントローラーを使用するので、次のトリックを試してみてください。静電容量までの距離の初期マッピングを実行し、このデータをマイクロコントローラーのメモリに格納し（十分に洗練されている場合）、格納されたデータをルックアップとして使用します。測定された静電容量を距離にマッピングする表。

必要なクリアランスについては、セットアップの近くに存在する可能性のあるオブジェクトによって異なります。導電性スクリーンでシールドすることを検討してください。

距離ではなくプレートのオーバーラップを変化させるジオメトリを検討する場合があります。静電容量はオーバーラップに比例して変化します。Cは1 / dと変化するため、現状では、遠点での感度は不明瞭です。オーバーラップに変更しても、1％の精度は期待できません。

すでに述べた他のオプション、またはLVDTを検討してください。

更新：フォローアップとして、このような多くの測定はプッシュプル構成によって改善されています。1つが同時に大きくなり、もう1つが小さくなるにつれて評価される2つのコンデンサを使用してこれを解決できる場合、感度と直線性の両方が向上します。

これを、より大きな距離で静電容量を使用する代わりの方法として検討してください。

非常に特定の発散ビームを持つタイプの光通信レーザーを使用します（それらの多くは、光ファイバーのインターフェイスに適するようにこのように設計されています）。光の出力を特定の角度で球の部分表面に「スプレー」します。レーザーから離れれば離れるほど、1平方mmあたりの受信パワー（受信フォトトランジスタなどから）は少なくなります。編集フォトダイオードを内蔵しているため、レーザー出力の光パワーを正確に制御できます。

フォトトランジスタは、光を受け取ることができるアクティブな表面領域を持っています。もちろん、これはレーザーからの距離に関係なく一定であるため、2つが離れるほど弱い信号を受信します。

方形波でレーザーを変調する必要があるので、これを使用してフォトトランジスタ信号にフィルターをかけ、太陽光の破滅の結果などのDC効果を防ぐことができます。

位置合わせエラーは非常に大きな問題になるため、効果的にクローズアップ（<2mm）で動作しない場合がありますが、静電容量のクローズアップのアイデアは、私が見ることができるものから最もよく機能します。多分両方を使用します。