¿Cómo funciona un calibrador electrónico?

¿Cómo funcionan estos calibradores electrónicos?:

Calibrar

Sé que funcionan midiendo la capacitancia de la pista de atletismo, de alguna manera. Pero, ¿cómo usan la capacitancia para medir distancias? ¿Es una relación lineal entre la capacitancia y la distancia o está sucediendo algo más? Estos son realmente precisos: especificación de ± 0,02 mm de 0 a 100 mm, y la resolución se reduce a 0,01 mm. También estoy sorprendido de cómo estos pueden cumplir con las especificaciones a un precio muy bajo: compré el mío por £ 8 y lo probé con algunos objetos comunes de los que conocía las dimensiones, y se comprueba.

publicación de blog útil sobre este tema: desmontaje de calibre digital (simplemente acumulando material de referencia)

Respuestas (3)

Su posición a la relación de capacitancia a la relación de frecuencia a la conversión de valor. La clave es usar conductores con patrones desiguales en la proximidad de dos capacitores. El circuito tiene una respuesta lenta, pero funciona notablemente como calibre.

Alguien rompió un set aparte para que puedas ver los patrones: adafruit.com/blog/2010/11/08/digital-calipers-tear-down
Bonito. Puedo imaginar cómo lo descubrió el primer inventor. Él (ella) estaba sintonizando la radio girando el artilugio de calibre / condensador con una mano, con la regla logarítmica en la otra mano, luego miró los relojes LCD en una muñeca en otra mano y dijo ... ¡Eureka!
Aquí está la página de Flickr con todos ellos si estabas confundido como si yo dijera '¿DÓNDE DA LAS FOTOS?'

Me divertí un poco tratando de medir las señales, algo realmente extraño está pasando allí.

"Aquí hay una buena página web" <- esa página? ¡equivocado! no es lo que está sucediendo allí en absoluto, solo hay una señal de entrada, no sin y cos

"La clave es usar conductores con patrones desiguales en la proximidad de dos condensadores". <-- mal de nuevo

Si alguna vez encuentras una página web donde alguien haya creado una copia de uno de estos, creeré lo que dicen.

De todos modos, esto es lo que medí, no puedo encontrar nada de esa información en Google

Las tiras verticales que están agrupadas por 8, están conectadas a las salidas digitales del chip en blob, son impulsadas por señales PWM, que se aproximan a la onda sinusoidal. 8 fases, período de onda sinusoidal 1800us (YMMV), período de pulso ~5.6us. Cada fase cambiada por 1800us/8 = 225us

La placa receptora recibe la summa summarum que llega a través del estator mediante acoplamiento capacitivo. Ahora, la señal de recepción es un montón de basura en su mayoría, pero los picos de la señal que se corresponden con los flancos ascendentes del pulso de salida forman una sinusoide. La fase de esa sinusoide depende de la posición del estator. Supongo que las mediciones de rx deben sincronizarse con pulsos de salida, y luego hay un procesamiento de señal funky para obtener el cambio de fase, no estoy 100% seguro de cómo hacer el lado rx de esto.

Como el patrón del estator y el patrón de las placas tx se repiten cada 5 mm, eso significa que el valor final es la suma de las medidas gruesas y finas. La medición aproximada es el conteo de repeticiones de 5 mm, contadas y recordadas al igual que los valores normales del codificador, puede estropear este conteo si mueve el cabezal de escaneo en el calibrador demasiado rápido, el calibrador pierde su punto 0. La medición fina es la medición del cambio de fase de la sinusoide de salida. Estos se suman y se muestran en la pantalla LCD.

Aquí hay una ilustración:ingrese la descripción de la imagen aquí

¿Por qué es esto importante?

a) Si alguien ha logrado copiarlo en un proyecto de bricolaje, al menos no puedo encontrarlo en Google. Estoy seguro de que alguien lo ha hecho pero no parece que hayan publicado su proyecto. Lo que significa que para un artículo tan común, la información práctica simplemente no está disponible.

b) La capacidad de hacer que los codificadores lineales de bricolaje sean muy baratos cuenta mucho, por ejemplo, ¿sabe cuán propensas a fallar son todas las impresoras 3D de bricolaje? Eso es porque son sistemas de control de bucle abierto, poco atasco o deslizamiento y el sistema de control ya no sabe dónde está el robot. Ahora, para un robot industrial, compra un codificador lineal, uno para cada eje. Heidenhein y otras 100 empresas con gusto le venderán uno por ~1k€. Desafortunadamente, los aficionados al sótano no tienen ese tipo de presupuestos. Pero con gusto comprarían (o fabricarían, la fabricación es bastante simple) un codificador lineal capacitivo como los que se usan en los calibradores digitales. Si la información sobre cómo hacerlo estaba por ahí en alguna parte.

Algunos de los sistemas industriales que he visto usan codificadores de cadena. Estoy seguro de que pueden tener sus propios problemas, pero podrían convertirse en absolutos o relativos con bastante facilidad.
Maldita sea, ese último comentario hizo que mi mente funcionara. Sería increíble hacer un sistema de retroalimentación de circuito cerrado para impresoras 3D/máquinas CNC de bricolaje. Nunca se me pasó por la cabeza mirar los calibradores digitales, me quedé atascado pensando en algo óptico.
¿Leíste el artículo en capsense.com/capsense-wp.pdf? Ahí es donde entra la afirmación de seno y coseno, utilizada por LS Starrett Co. para un calibrador digital. Sin embargo, todavía estoy tratando de asimilar este diseño. Si tal diseño pudiera expandirse hasta ~1 metro con una precisión de 0,01 m a lo largo de la longitud total... eso podría ser algo en lo que podría estar interesada mucha gente.
"capsense-wp.pdf. Ahí es donde entra la afirmación de seno y coseno". calibrador. "Si tal diseño pudiera expandirse hasta ~ 1 metro con una precisión de 0,01 m a lo largo de la longitud total..." Básicamente, la limitación es la longitud que puede hacer la tira del estator. O si tiene 2 cabezales de lectura, puede usar dos líneas de tiras de lectura y superponerlas. Las tiras del estator son básicamente PCB-s y se fabrican con bastante precisión, para mayor precisión siempre se puede calibrar.
ahh, sí, ahora veo lo que quieres decir. Parece que el método seno/coseno se utiliza para un calibrador probablemente muy caro. (Las cosas de Starrett nunca son baratas)
Este enfoque sin cos parece un diseño analógico funky, dudo que cualquier calibrador digital, barato o caro, tenga eso. Si las señales PWM hacen el trabajo, ¿por qué molestarse? Ha habido algunos diseños inductivos, pero creo que todos los actuales en el mercado tienen el mismo principio de funcionamiento básico que medí
la baja respuesta es un factor limitante para usarlo como codificador de impresora 3D
En realidad, en el CNC comercial se utilizan servomotores, no motores paso a paso. Servo tiene retroalimentación a través de un codificador rotatorio, por lo que no necesita un codificador lineal.
Tomé uno de mi apariencia muy similar y también lo analicé: ¿podría ser solo una simple medición de capacitancia RC sincronizada en el tiempo? Simplemente cárguelo con un GPIO, convierta el pin en una entrada desplegable, mida con ADC en un punto fijo en el tiempo en relación con la desconexión de GPIO. Repita 8 veces. Ajuste sen/cos con filtro coincidente. atan2 para obtener la fase dentro de una pestaña del estator. Repita con la suficiente frecuencia que si el estator se mueve, lo rastreamos a medida que se ajusta la fase.
Estimé el mío alrededor de 26 mm ^ 2 por suma de cada aleta de canal. El botín de 0,25 mm entre el estator y las aletas da aproximadamente 1 pf, no mucho, pero plausible. El ADC de nRF52 es de alrededor de 2,5 pf, lo que desenfocará las cosas, pero esta técnica no requiere mediciones absolutas.

La capacitancia forma un resolver que le permite leer un valor de seno y coseno que, en comparación con la señal maestra, le permite determinar la posición con mucha precisión.

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