Датчик стабилизации курсовой устойчивости: Система курсовой устойчивости ESC: устройство и принцип работы

Содержание

Cистема курсовой устойчивости и динамической стабилизации

Автор admin На чтение 6 мин. Просмотров 139

В своем стремлении сделать автомобили как можно более безопасными, производители оснащают их всевозможными вспомогательными системами, предназначенными для того, чтобы в нужный момент помочь водителю избежать опасности. Одна из них – это система курсовой устойчивости. На автомобилях разных марок она может называться по-разному: ESC у Honda, DSC у BMW, ESP у подавляющего большинства европейских и американских автомобилей, VDC у Subaru, VSC у Toyota, VSA у Honda и Acura, но предназначение у системы курсовой стабилизации одно – не позволить автомобилю сойти с заданной траектории при любых режимах езды, будь то разгон, торможение, движение по прямой или в повороте.

Работа ESC, VDC и любой другой может быть проиллюстрирована следующим образом: машина движется в повороте с набором скорости, внезапно одна сторона попадает на занесенный песком участок.

Сила сцепления с дорогой резко меняется, и это может привести к заносу или сносу. Чтобы предотвратить уход с траектории, система динамической стабилизации моментально перераспределяет крутящего момента между ведущими колесами, и при необходимости подтормаживает колеса. А в случае, если автомобиль оснащен активной системой рулевого управления, изменяется угол поворота колес.

Впервые система курсовой устойчивости автомобиля появилась в далеком 1995 году, тогда получив название ESP или Electronic Stability Programme, и с тех пор стала наибольшее распространенной в автомобилестроении. В дальнейшем устройство всех систем будет рассматриваться на ее примере.

Устройство систем ESC, DSC, ESP, VDC, VSC, VSA
Принцип работы систем ESC, DSC, ESP, VDC, VSC, VSA
Насколько необходима система динамической стабилизации
Дополнительные возможности систем ESC, DSC, ESP, VDC, VSC, VSA

Устройство систем ESC, DSC, ESP, VDC, VSC, VSA

Система курсовой устойчивости представляет собой систему активной безопасности высокого уровня. Она является составной, состоящей из более простых, а именно:

Данная система состоит из набора входных датчиков (давления в тормозной системе, угловой скорости колес, ускорения, скорости поворота и угла поворота руля и других), блока управления и гидравлического блока.

Одна группа датчиков применяется для оценки действий водителя (данные об угле поворота рулевого колеса, давлении в тормозной системе), другая помогает анализировать фактические параметры движения машины (оценивается частота вращения колес, поперечное и продольное ускорение, скорость поворота авто, давление в тормозной).

ЭБУ ESP, основываясь на данных, полученных от датчиков, подает соответствующие команды исполнительным устройствам. Помимо систем, входящих в состав самой ESP, ее блок управления взаимодействует с блоком управления двигателем и блоком управления АКПП. От них он также получает необходимую информацию и посылает им управляющие сигналы.

Система динамической стабилизации работает, посредством гидравлического блока ABS.

Принцип работы систем ESC, DSC, ESP, VDC, VSC, VSA

ЭБУ системы курсовой устойчивости работает непрерывно. Получая информацию от датчиков, анализирующих действия водителя, вычисляет желаемые параметры движения автомобиля. Полученные результаты сравниваются с фактическими параметрами, информация о которых поступает от второй группы датчиков. Несовпадение распознается ESP как неконтролируемая ситуация, и она включается в работу.

Стабилизируется движение следующими способами:

подтормаживаются определенные колеса;
изменяется крутящий момент двигателя;

если автомобиль имеет систему активного рулевого управления, изменяется угол поворота передних колес;
если машина имеет адаптивную подвеску, изменяется степень демпфирования амортизаторов.

Крутящий момент мотора изменяется одним из нескольких способов:

изменяется положение дроссельной заслонки;
пропускается впрыск горючего или импульс зажигания;
изменяется угол опережения зажигания;
отменяется переключение передачи в АКПП;
в случае полного привода осуществляется перераспределение крутящего момента на осях.

Насколько необходима система динамической стабилизации

Существует немало противников каких-либо вспомогательных электронных систем в автомобилях. Все они, как один, утверждают, что ESC, DSC, ESP, VDC, VSC, VSA и прочие только расхолаживают водителей и к тому же являются просто способом вытянуть из покупателя побольше денег. Свои доводы они подкрепляют еще и тем, что еще 20 лет назад, в автомобилях не было подобных электронных помощников, и, тем не менее, водители прекрасно справлялись с управлением.

Надо отдать должное, что доля истины в этих аргументах есть. В самом деле, многие водители, уверовав в то, что помощь ESC, DSC, ESP, VDC, VSC, VSA дает им практически безграничные возможности на дороге, начинают ездить, пренебрегая здравым смыслом. Итог может быть очень печальным.

Тем не менее, согласиться с противниками систем активной безопасности нельзя. Система курсовой устойчивости необходима, хотя бы как страховочная мера. Как показывают исследования, человек затрачивает намного больше времени на оценку ситуации и правильную реакцию, чем электронная система. ESP уже помогла сберечь жизнь и здоровье многим участникам дорожного движения (особенно начинающим водителям). Если же водитель отточил свое мастерство до такой степени, что система, хоть и работает, но не вмешивается в действия человека, его можно только поздравить.

Дополнительные возможности систем ESC, DSC, ESP, VDC, VSC, VSA

Система курсовой устойчивости, помимо своей основной задачи – динамической стабилизации автомобиля, может выполнять и дополнительные задачи, такие как предотвращение опрокидывания машины, предотвращение столкновения, стабилизация автопоезда и другие.

Внедорожники, в силу высоко расположенного центра тяжести, склонны к опрокидыванию при вхождении в поворот на высокой скорости. Для предотвращения такой ситуации предназначена система предотвращения опрокидывания, или Roll Over Prevention (ROP). В целях повышения устойчивости подтормаживаются передние колеса автомобиля, и снижается крутящий момент двигателя.

Для реализации функции предотвращения столкновения системам ESC, DSC, ESP, VDC, VSC, VSA дополнительно требуется адаптивный круиз-контроль.

Вначале водителю подаются звуковые и визуальные сигналы, если реакции не последовало – автоматически нагнетается давление в тормозной системе.

Если система курсовой устойчивости выполняет функцию стабилизации автопоезда на автомобилях, оснащенных тягово-сцепным устройством, то она предотвращает рыскание прицепа за счет подтормаживания колес и уменьшения крутящего момента двигателя.

Еще одна полезная функция, которая бывает особенно необходима при езде по серпантину, заключается в повышении эффективности тормозов при нагреве (название Over Boost или Fading Brake Support). Работает она просто – при нагреве тормозных колодок автоматически повышается давление в тормозной системе.

Наконец, система динамической стабилизации может автоматически удалять влагу с тормозных дисков. Активизируется такая функция при включенных стеклоочистителях на скорости свыше 50 км/ч. Принцип действия заключается в кратковременном регулярном повышении давления в тормозной системе, в результате чего колодки прижимаются к тормозным дискам, те нагреваются и попавшая на них вода частично снимается колодками, а частично испаряется.

Мне нравится1Не нравится

Что еще стоит почитать

особенности, функции, принцип работы и как обозначается у разных автопроизводителей?

Все, даже опытные водители, ошибаются. К сожалению, ошибки за рулем могут быть катастрофическими и, кроме того, очень дорогостоящими для всех участников движения. К счастью, автопроизводители транспортных средств из года в год работают над тем, чтобы водители и пассажиры были в максимальной безопасности. Среди всего прочего, на сегодняшний день технологии в автомобилестроения ушли очень далеко, благодаря чему появилось безопасное решение, которое помогает водителю выбраться из неприятностей, связанных с потерей контроля над автомобилем при управлении.

Сперва давайте погрузимся в историю и вспомним важный факт, что в 80-е годы прошлого века более половины дорожно-транспортных происшествий были вызваны заносом. Поэтому производители автомобилей, в том числе ведущая на то время автокомпания Mercedes-Benz, заслужившая наибольшие заслуги в области повышения безопасности вождения, в конце 80-х годов начала работу над инновационной электронной системой, которая помогала бы водителю справиться с машиной в случае возникновения аварийной ситуации на дороге. В последствии данная система получила название Electronic Stability Program — электронная система стабилизации курсовой устойчивости, она же всем известная ESP (ЕСП).

Каков принцип работы автомобильной электронной системы ESP?
Итак, система

ESP (Electronic Stability Program) — это целый комплекс электронных программ с датчиками, который удерживает автомобиль на заданной траектории, контролируя при этом уровень тяги и скольжения на дороге. Данный помощник работает по относительно простому принципу. Система, которая на самом деле является своего рода продолжением противозаносного механизма ABS, проверяет, движется ли автомобиль по траектории, указанной водителем.

Когда электронная система ЕСП получает противоречивые значения от электронного блока управления (ЭБУ), то она тут же уменьшает крутящий момент двигателя, а если этого недостаточно, то дополнительно тормозит отдельные колеса, чтобы вернуть транспортное средство на правильную траекторию.

Система ESP оказывается чрезвычайно полезной на скользкой поверхности, а также при объезде препятствий на высокой скорости. Однако стоит знать, что даже

ESP окажется неэффективной на очень высокой скорости движения, поэтому вы всегда должны руководствоваться здравым смыслом во время вождения.

Как обозначается система ESP у разных автопроизводителей?
Для справки заметим, что у некоторых автопроизводителей, электронная система стабилизации, она же ЕСП, устанавливаемая на те или иные модели может иметь различное наименование, однако принцип действия у механизма почти не отличается.

На сегодняшний день аббревиатура ESP до сих пор используется у следующих автомобильных брендов: Mercedes-Benz, Opel, Audi, Bentley, Bugatti, Seat, Skoda, Chrysler, Smart, Citroen, Dodge, Volkswagen, Jeep, Lamborghini. Peugeot, Suzuk

Как система курсовой устойчивости работает на транспортном средстве?

На чтение 3 мин. Просмотров 127

Система курсовой устойчивости автомобиля позволяет справиться с управлением транспортного средства в сложной и критической ситуации, дает возможность восстановить ее устойчивость выбрать верное движение по заданной траектории, к примеру, в случае крутого поворота. Если возникнет критическая ситуация благодаря наличию подобной системы возможно такое изменение крутящего момента двигателя, которое переместит угол поворота колес.

Система курсовой устойчивости

В случае когда на транспортном средстве установлена адаптивная подвеска, система курсовой устойчивости поможет избежать деформирования амортизаторов. Что интересно, система динамической стабилизации срабатывает если транспорт начинает терять свою устойчивость.

Можно ли защитить транспорт от аварий на дорогах?

Рассмотрим ситуацию. Транспортное средство передвигается таким образом, что возле поворота не притормаживает и одна его часть оказывается на песке. Сцепление с дорожным покрытием существенно изменяется, и машину может занести. Дабы остаться в нужной траектории система динамической стабилизации старается быстро распределить обороты между всеми четырьмя колесами. Если же имеется активная связь, которая управляется при помощи руля, то она может притормозить колеса.

Датчики и их роль

В далеком 1995 году в некоторые модели автотранспортных средств была вставлена специальная и одновременно с этим уникальная составляющая, получившая название система курсовой устойчивости автомобиля. Следует учесть, что благодаря ее непрерывной и налаженной работе автомобиль постоянно находится под защитой. Информация поступает в специальные датчики, проводится параллельный анализ всех манипуляций и движений водителя и происходит вычисление необходимых параметров, которые помогут в управлении транспортным средством.

Информация, которая поступила параллельно проходит сравнение с данными, которые получены от второй части специальных датчиков, если все сходится, прибор «спокоен». В случае возникновения разногласий она мгновенно срабатывает.

Если же система динамической стабилизации автомобиля внедрена на поездах, в оснащении которых присутствует тягово-сцепное устройство, то основная ее функция заключается в том, чтобы оберегать прицеп от несанкционированного и неожиданного раскрытия благодаря торможению колес. Кроме этого, следует также выделить и функцию,помогающую спокойно передвигаться по серпантину.

Работа тормозов в системе

Система курсовой устойчивости автомобиля заключается в увеличении эффективности тормозов в случае нагрева. Такое понятие ее работы очень просто и банально, так как подобное технологическое решение срабатывает в случае с тормозными колодками, которые нагреваются и как результат наблюдается увеличение давления в системе торможения. В конце хотелось бы отметить тот факт, что система курсовой стабилизации имеет свойство к автоматическому удалению влаги с тормозных дисков. Она начинает срабатывать, если транспортное средство передвигается со скоростью, превышающей 50 км/ч.Вся суть подобной системы сводится к тому, что на определенное время в тормозной системе наблюдается резкое увеличение давления, как следствие колодки начинают действовать несколько иначе, а именно прижимаются к дискам, которые отвечают за торможение. Последние начинают нагреваться, а жидкость, которая попала в них, испаряться.

Информационные блоки

Система курсовой устойчивости автомобиля зачастую может быть установлена на транспортные средства премиум-класса. К сожалению, дорогие модели автомобилей не могут похвастаться подобным, исключение разве что составляет Ford Focus II.

Система курсовой устойчивости, расположенная в транспортном средстве, имеет в своем составе специальные датчики, которые фиксируют положение руля, следят за углом скорости колес, отображают информацию, которая говорит о повороте автотранспорта.

С помощью этих миниатюрных устройств на специальных блоках происходит четкое отображение информации. Одновременно с этим подобные блоки начинают давать соответствующие команды, которые и выполняют устройства-исполнители, а именно: занимаются непосредственным переключением клапанов высокого давления в системе противобуксирного типа. Система динамической стабилизации автомобиля – потрясающая возможность уберечь себя и людей, которыми дорожите от всевозможных казусов и непредвиденных ситуаций на дороге.

Стабильность сенсорной ячейки — Большая химическая энциклопедия

Срок службы сенсорных ячеек.

Типичный срок службы сенсорных ячеек SPE CO изображен на рисунке 12 для сенсорных ячеек с откликами в диапазоне от 1,8 до 2 к / ч / млн. Приведенные данные относятся к элементам, которые были постоянно потенциостированы и работали с контрольным газом с перерывами в течение приблизительно 8 часов в день. Аналогичная стабильность наблюдалась для сенсорных ячеек при непрерывной работе с тестовым газом. [Pg.566]

Радиометрические измерения можно проводить, когда ячейка датчика направлена к лампе через отверстие диаметром 1 см.Датчик перемещается по рельсу, установленному на заданном расстоянии от оси лампы. Радиометрические измерения также можно выполнять, поворачивая лампу на несколько контурных углов на фиксированных радиальных расстояниях. Перед каждым измерением рекомендуется выключить лампы на 5 минут для стабилизации излучения лампы. [Стр.55]

Датчик давления является частью системы безопасности электронного контроля устойчивости (ESC) для автомобилей. Он преобразует гидравлическое тормозное давление в электрический сигнал. MID — это носитель для печатной платы. Он также обеспечивает сопряжение электрических соединений от чувствительного элемента к печатной плате и от печатной платы к контактам заказчика. MID имеет интерфейсы к сенсорной ячейке, к печатной плате, к тестерам для соответствующих тестов и к периферии (рис. 9.5). [Стр.283]

Доступно несколько датчиков DO. Некоторые известные брендовые ферментеры, такие как New Brunswick, Bioflo series и ферментеры B. Braun Biotstat B, оснащены измерителем DO.Эта установка имеет 2-литровую емкость для ферментации, оснащенную измерителем содержания растворенного кислорода и датчиком pH, датчиком пеногасителя и контроллерами уровня для сбора культур. Концентрация DO в среде зависит от температуры. Более высокая рабочая температура снизит уровень DO. Для обеспечения достаточного количества мелких пузырьков воздуха используется микро-барботер. Пузырьки воздуха в среде стабилизируются, а жидкая фаза насыщается воздухом. Доступность кислорода является основным параметром, который следует учитывать при оценке эффективной скорости роста микробных клеток. [Pg.15]

Сегодня термин твердый электролит или быстрый ионный проводник или, иногда, суперионный проводник используется для описания твердых материалов, проводимость которых полностью обусловлена ионным смещением. Смешанные проводники обладают как ионной, так и электронной проводимостью. Твердые электролиты варьируются от твердых тугоплавких материалов, таких как 8 мол.% Y2C> 3-стабилизированный ZrO2 (YSZ) или натрий fT-AbCb (NaAluOn), до мягких протонообменных полимерных мембран, таких как Du Pont s Nafion, и включают соединения, которые стехиометрический (Agl), нестехиометрический (натрий J3 «-A12C> 3) или легированный (YSZ).Приготовление, свойства и некоторые области применения твердых электролитов обсуждались в ряде книг2, 5 и обзоров.6,7 Основное коммерческое применение твердых электролитов — в газовых сенсорах.8,9 Еще одно новое применение — твердооксидные топливные элементы. .4,5,1, n … [Pg.91]

Стабильность керамических материалов при высоких температурах сделала их полезными в качестве футеровок печей и вызвала интерес к керамическим автомобильным двигателям, которые могут выдерживать перегрев. В настоящее время типичный автомобиль содержит около 35 кг керамических материалов, таких как свечи зажигания, датчики давления и вибрации, тормозные накладки, каталитические нейтрализаторы, а также тепловая и электрическая изоляция.В некоторых топливных элементах используется пористый твердый электролит, такой как диоксид циркония, ZrO2, который содержит небольшое количество оксида кальция. Это электронный изолятор, поэтому электроны не проходят через него, а оксидные ионы проходят. [Pg.737]

Во-вторых, датчики часто предназначены для одноразового использования или для использования в течение одной недели или меньше, а ферменты способны обеспечить отличную производительность в этих временных масштабах при условии, что они поддерживаются в естественной среде. при умеренной температуре и с минимальными физическими нагрузками.Стабилизация ферментов на проводящих поверхностях в течение более длительных периодов времени представляет собой серьезную проблему, поскольку ферменты могут подвергаться денатурации или инактивации. Кроме того, необходимость подачи реагентов в биотопливный элемент означает, что конвекция и, следовательно, вязкий сдвиг часто присутствуют в работающих топливных элементах. Применение сдвига к мягкому материалу, например пленке на белковой основе, может привести к ускоренному разложению из-за напряжения сдвига [Binyamin and Heller, 1999]. Однако было продемонстрировано, что ферменты на поверхностях стабильны в течение нескольких месяцев (см. Ниже).[Pg.599]

После каждой серии экспериментов с лучами различной интенсивности секционная пластина вынималась из ячейки и разбиралась, при этом радиоактивное серебро вымывалось азотной кислотой. Радиоактивность полученных растворов измеряли многоканальным спектрометрическим сцинтилляционным у-счетчиком с чувствительностью до 10 Гс, т.е. е. около 10 атомов, что по расчетам в 10 раз ниже чувствительности сенсора ZnO 10 Гс или 10 атомов Ag соответственно [28]. Эта разница в чувствительности приводила к большим неудобствам при использовании экспонирования целей в вышеуказанных методах. Для экспонирования сенсора было достаточно всего нескольких секунд по сравнению с несколькими часами воздействия сцинтилляционного счетчика, чтобы позволить ему накопить общую радиоактивность. Совершенно очевидно, что из-за недостаточной стабильности при длительной выдержке накапливалась ошибка. [Стр.190]

Freeman и Seitz [6] разработали один из первых сенсоров CL на основе ферментов с убедительными характеристиками. Они иммобилизовали пероксидазу хрена (HRP) на конце оптического волокна и достигли предела обнаружения 2 · 10 4 6 моль / л h302.Preuschoff et al. [23] разработали волоконно-оптическую проточную ячейку для обнаружения h302 с долговременной стабильностью, подходящую для быстрой FTA. Различные пероксидазы были ковалентно … [Pg.573]

При приготовлении иммобилизованных реагентов CL были применены методы иммобилизации с особыми преимуществами, такими как возможность повторного использования, улучшенная стабильность и повышенная эффективность. Эти стратегии были применены при разработке сенсоров CL, которые сегодня представляют собой наиболее важные инструменты в аналитической химии из-за предлагаемой высокой чувствительности. Оптические волокна использовались для передачи света с целью улучшения качества обнаружения, а в конструкции датчиков CL были введены новые типы проточных ячеек. Кроме того, избирательность была значительно улучшена за счет использования ферментативных реакций или реакций антиген-антитело. [Pg.631]

Его исследовательские интересы в основном связаны с высокотемпературной и твердотельной химией материалов, включая электрохимические устройства (например, химические сенсоры и топливные элементы), а также химической стабильностью материалов (например.г., высокотемпературное окисление). Доктор Фергус является активным членом Электрохимического общества, Общества металлов, минералов и материалов, Американского керамического общества, Общества исследования материалов и Американского общества инженерного образования. [Pg.462]

Тканевые электроды [2, 3, 4, 5, 45,57]. В этих биосенсорах тонкий слой ткани прикреплен к внутреннему датчику. Ферментативные реакции, происходящие в ткани, высвобождают продукты, воспринимаемые внутренним датчиком. В глютаминовом электроде [5, 45] толстый слой (около 0.05 мм) печени свиньи, а в аденозин-5-монофосфатном электроде [4] — слой мышечной ткани кролика. В обоих случаях зонд газообразного аммиака является индикаторным электродом. Сравнивались различные типы ферментных, бактериальных и тканевых электродов [2]. В аденозиновом электроде использовали смесь клеток, полученных с внешней (слизистой) стороны тонкого кишечника мыши [3j. Стабильность всех этих электродов увеличивается в присутствии азида натрия в растворе, который предотвращает бактериальное разложение ткани.В электроде, специфичном для антидиуретического гормона [57], жабский пузырь помещают над мембраной натрийчувствительного стеклянного электрода. В присутствии антидиуретического гормона ионы натрия транспортируются через мочевой пузырь, и реакция натриевого электрода зависит от концентрации гормона. [Pg.205]

Несмотря на отличные аналитические характеристики, присущие молекулярным фосфорометрическим измерениям, их использованию препятствует необходимость в громоздких методах измерения криогенных температур. Возможность стабилизировать «триплетное состояние» при комнатной температуре путем иммобилизации люминофора на твердой подложке [69,70] или в жидком растворе с использованием «упорядоченной среды» [71] открыла новые возможности для исследований фосфоресценции и аналитической фосфориметрии. . Фосфоресценция при комнатной температуре (RTF) до сих пор использовалась для определения следовых количеств многих органических соединений, представляющих биохимический интерес [69,72]. Удержание фосфоресцирующих частиц на твердом носителе, помещенном в проточную ячейку, является отличным способом «закрепить» его во избежание безызлучательной дезактивации.Конфигурация, подобная показанной на рис. 2.13.4, использовалась для реализации датчика, основанного на этом принципе, для определения алюминия в клинических образцах (диализные жидкости и концентрация… [Pg.218]

Хотя несколько типов кислородные датчики были исследованы для использования в автомобилях, наиболее распространенный тип в коммерческом использовании состоит из гальванических элементов с полностью или частично стабилизированным электролитом из оксида циркония. [Pg.251]

Что такое стабильность смещения и почему это ключевой параметр для инерциального датчика?

Автономные транспортные средства в городах должны работать в «городских каньонах», вызванных высокими зданиями, которые блокируют сигналы глобальной навигационной спутниковой системы (GNSS).Если GNSS заблокирована, автономная навигационная система не может полагаться на спутниковую систему для корректировки. В этих случаях высокопроизводительное инерциальное навигационное решение, способное предоставлять точные данные о местоположении в реальном времени, имеет важное значение для поддержания навигационных характеристик транспортного средства в эти периоды недоступности GNSS.

В навигационных приложениях стабильность смещения является критическим параметром производительности, потому что выходная скорость гироскопа постоянно математически интегрирована.Следовательно, ошибка накапливается за время миссии. Дополнительные источники ошибок, в которых статистически преобладает белый шум, сводятся к нулю. Шум смещения не сводится к нулю, что делает стабильность смещения большим источником ошибок в автономных системах наведения.

Что такое стабильность смещения?

Стабильность смещения (также известная как нестабильность смещения) может быть определена как степень отклонения или дрейфа датчика от среднего значения выходной скорости. По сути, измерение стабильности смещения показывает, насколько стабильно смещение гироскопа в течение определенного заданного периода времени.Низкая нестабильность смещения является преимуществом, поскольку она приводит к тому, что гироскоп дает меньше отклонений от средней скорости с течением времени.

В автономных транспортных средствах требования к гироскопам сосредоточены на обеспечении низкой нестабильности смещения, которая требуется для удовлетворения требований автономных транспортных средств, работающих в различных условиях, при сохранении высокого запаса прочности. Эти условия включают работу в условиях, в которых запрещена использование GNSS, например, в густонаселенных городах, заполненных городскими каньонами.

Одна из причин того, что FOG имеет более низкую нестабильность смещения, заключается в том, что это твердотельный датчик с чрезвычайно низким уровнем шума измерения в широком динамическом диапазоне.FOG не генерирует акустической вибрации и не имеет движущихся компонентов. Благодаря низкому уровню шума технология FOG является одной из немногих технологий, способных справиться с приложениями, требующими высочайшей производительности. Сравните это с гироскопической технологией Micro-Electro-Mechanical Systems (MEMS), которая использует эффект Кориолиса, основанный на отклонении вибрирующей массы в результате вращения. Смещение гироскопа MEMS со временем будет изменяться из-за мерцания в электронике и других эффектов.

Технология

FOG обеспечивает гироскопы с низкой нестабильностью смещения, которые не могут быть реализованы с помощью технологии на основе MEMS, отчасти из-за кремниевого или кварцевого вибрирующего луча и электроники обнаружения, используемых в гироскопах MEMS. Слишком большой шум гироскопа приводит к потере точности приложения и точности измерения скорости или положения.

Стабильность смещения обычно используется для определения классов гироскопа с тактическими классами, обеспечивающими стабильность смещения 0,1 ° / час, и навигационными градациями, обеспечивающими стабильность смещения 0,01 ° / час. KVH предлагает широкий выбор противотуманных фугасов, от тактического до навигационного. Эти гироскопы сочетаются с акселерометрами в наших инерциальных измерительных устройствах (IMU), а также с приемниками GNSS и магнитометрами в инерциальных навигационных системах (INS) KVH.Инерциальные навигационные системы, использующие FOG, обеспечивают гораздо большую точность при навигации в периоды сбоя GNSS.

Еще одно преимущество KVH FOG и инерциальных систем в дополнение к низкой стабильности смещения заключается в том, что KVH IMU и INS обладают программной способностью успешно интегрироваться с такими датчиками, как GPS и датчики скорости, с помощью передовых методов нелинейной оценки. Эти датчики образуют подсистему в автономной навигационной системе, которая затем интегрируется с другими пакетами датчиков, включая LiDAR и камеры.

Объединение нескольких типов датчиков в одно навигационное решение определяется как «объединение датчиков». Слияние датчиков позволяет навигационной системе адаптировать и присваивать значения различным доступным датчикам, а затем использовать датчики в соответствии с требованиями меняющейся ситуации.

Узнать больше

Подробнее о проблемах навигации с отказом от GPS читайте о том, как спуфинг был протестирован на суперяхте White Rose of Drachs.

Изучите проблемы, с которыми сталкивается GPS / GNSS-навигация, загрузив бесплатную электронную книгу Встреча с растущей угрозой нарушения работы GPS / GNSS .

Примечание редактора: этот блог был обновлен, чтобы исправить несколько ссылок на нестабильность предвзятости. Извините за путаницу! (31.10.19)

Датчик емкости, емкостный датчик, измерение разрешения в нанометрах, расстояние, смещение, нано-метрология, емкостный датчик, PI

Измерение нанометров: емкостные датчики / для наноизмерений / нанометрологии


		Емкостные датчики (емкостные датчики) являются предпочтительной нанометрологической технологией для наиболее требовательных приложений точного позиционирования, сканирования и измерения, когда дело доходит до измерения небольших расстояний с разрешением до нанометра . Емкостные датчики PI обеспечивают высочайшую точность, разрешение, линейность и долгосрочную стабильность. Эти бесконтактные устройства абсолютного измерения обнаруживают движение на субнанометровом уровне без контакта, напрямую. Они обеспечивают комбинацию точности, линейности, разрешения, стабильности и ширины полосы, превосходящую обычные датчики, такие как LVDT и датчики тензометрического типа (пьезорезистивные датчики). Для максимальной производительности доступны серии двухпластинчатых датчиков D-015 — D-100.Серия D-510 с одним датчиком обеспечивает аналогичную точность и оснащена встроенным разъемом LEMO для упрощения монтажа и замены в полевых условиях.

Емкостный датчик положения с одним датчиком для нанометрических приложений

Одноэлектродные емкостные измерители смещения PISeca ^™ семейства D-510 выполняют высокоточные бесконтактные измерения геометрических величин, представляющих смещение, разделение, положение, длину или другие линейные размеры относительно любого вида электропроводящей цели. Эти однозондовые нанометрические датчики сочетают в себе превосходное разрешение и линейность с очень широкой полосой пропускания для динамических измерений.
D-510 Емкостный одинарный датчик положения Датчик положения для Нанометрология Приложения		Характеристики и преимущества Субнанометровое разрешение, диапазоны измерения до 500 м Абсолютное бесконтактное измерение расстояния / движения / вибрации Возможны многоосевые измерения Отличное измерение линейности до 0.1% Plug & Play: простая настройка и интеграция очень термостойкий Полоса пропускания до 10 кГц Конструкция электрода с защитным кольцом для лучшей линейности датчика Система линеаризации ILS в электронике формирователя сигналов улучшает линейность выходного сигнала Все системы откалиброваны на заводе для обеспечения максимально возможной линейности / точности
Повышенная линейность благодаря конденсатору с защитным кольцом и электронике ILS Не все емкостные датчики одинаковы. Поскольку конструкция датчика сильно влияет на линейность, PI использует специальный защитный кольцевой электрод для защиты электрода датчика от граничных эффектов. Это обеспечивает однородное электрическое поле в зоне измерения и приводит к более высокой линейности измерения. Кроме того, электроника формирования сигнала датчика E-852 оснащена собственной схемой линеаризации ILS компании PI. Простая установка и настройка Емкостные датчики являются устройствами plug and play.Высокопроизводительный кабель с разъемом LEMO подключается непосредственно к головке датчика, что упрощает установку или замену в полевых условиях. Установка дополнительно упрощается за счет дисплея в электронике датчика формирования сигнала E-852, который показывает оптимальное расстояние между зондом и целью.
E-852 Электроника формирователя сигналов для D-510
E-509.E03 E-509.E3 Трехканальная электроника для D-510 датчиков PISeca

Прямая метрология, конфигурации для параллельной метрологии

Датчики емкости, предлагаемые PI, являются наиболее точными измерительными системами для приложений с нанопозиционированием в настоящее время на рынке.

В отличие от датчиков с высоким разрешением, измеряющих деформацию трансмиссии, таких как тензодатчики или пьезорезистивные датчики, емкостные датчики являются бесконтактными приборами прямой метрологии — факт, который дает им много преимуществ:

Лучшая точность фаз
Более широкая полоса пропускания
Нет периодической ошибки
Бесконтактный
Идеально для параллельной метрологии
Высшая линейность
Лучшая воспроизводимость
Более высокая долгосрочная стабильность

Емкостные датчики положения в сверхточном, шестиосном
Система нанопозиционирования, разработанная
PI для Немецкого института стандартов (PTB).Применение: сканирующая микроскопия

Емкостные датчики особенно хорошо подходят для параллельных метрологических конфигураций.

В многоосном нанопозиционировании систем параллельная метрология означает, что контроллер контролирует все контролируемые степени свободы относительно «земли» ( фиксированная рама) и использует каждый привод для автоматической компенсации нежелательного внеосевого движения других ( активная траектория контроль ).В результате можно сохранять отклонения в субнанометровом и субмикрорадианальном диапазоне.

Разрешение

Разрешение порядка пикометров достигается с помощью двухэлектродных емкостных датчиков положения ближнего действия. Теоретическое разрешение измерений ограничено только квантовым шумом. В практических приложениях паразитное излучение, шум, вызванный электроникой и геометрические эффекты являются ограничивающими факторами.Например, для диапазона 100 м емкостной пробник Д-100.00 и E-509.C1A, эффективный коэффициент шума 0,02 нм / √Гц. Это соответствует 0,2 нм при полосе пропускания 100 Гц.

Максимальная стандартная пропускная способность (выбирается перемычкой) составляет 3 кГц.

На рисунке 1 показаны емкостный датчик положения D-015, 15 м, и интерферометр. оба измерительных цикла привода в нанометровом диапазоне. Графики ясно показывают превосходное разрешение емкостного определения положения. Датчики емкости D-050.		Рис 1. Пьезо система нанопозиционирования с шагом 0,3 нм, измеренная с помощью емкостного датчика PI (нижняя кривая) и лазерного интерферометра. Емкостный датчик может обеспечить даже более высокое разрешение, чем интерферометр.

		Прочтите или перейдите к руководству по выбору емкостного датчика

Стабильность и линейность емкостных датчиков положения PI

Электроника емкостного датчика положения PI имеет запатентованную конструкцию, обеспечивающую превосходная линейность, низкая чувствительность к емкости кабеля, низкий фоновый шум и низкий дрейф.

Интегрированная система линеаризации (ILS) компенсирует влияния, вызванные ошибками, например, непараллельность пластин. При использовании с цифровыми контроллерами PI (которые добавляют методы полиномиальной линеаризации) достижима линейность позиционирования до 0,003%.

На рисунке 2 показана линейность пьезопозиционирующего столика P-752.11C со встроенным емкостным датчиком положения, работающего в замкнутый режим с аналоговым контроллером. Все ошибки, вносимые механикой, приводом PZT, датчиками и электроникой, включаются в результирующую линейность лучше 0.02%. Еще более высокая линейность достигается с помощью цифровых контроллеров PI .

Исключительная долговременная стабильность емкостного датчика положения PI и конструкции электроники показана на рисунке 3.

Рис. 2. Линейность пьезопозиционного столика P-752.11C, 15 м, работающего с управляющей электроникой E-500 / E-509. C1. Дальность хода 15 м, усиление 1,5 м / В. Линейность лучше 0.02%; еще более высокая линейность достигается с помощью цифровых контроллеров PI		Рис. 2

Рис. 3. Стабильность измерений платы управления емкостным датчиком положения и E-509.C1 с опорным конденсатором 10 пФ 3,5 часа (после прогрева контроллера).		Рис.3

		Прочтите или перейдите к руководству по выбору датчика емкости
		Электроника формирователя сигнала E-852 для D-510

Специальная конструкция исключает влияние кабеля

При измерении расстояния путем обнаружения изменений емкости колебания емкости кабеля могут отрицательно сказываются на точности.

Вот почему большинство емкостных измерительных систем дают удовлетворительные результаты только при использовании коротких кабелей определенной длины. В

PI Systems используется особая конструкция, исключающая влияние кабеля, что позволяет без труда использовать кабель длиной до 3 м. Для достижения оптимальных результатов мы рекомендовать калибровку системы датчик-исполнительный механизм в метрологической лаборатории PI Metrology Lab .

Пути прохождения сигнала до 15 метров и более

Более длинные расстояния между датчиком и электроникой могут быть покрыты специальными протоколами цифровой передачи без потерь.

Интерфейсный блок удаленного датчика доступен для цифровых контроллеров PI.

Функции и преимущества, приложения

Принцип работы двухпластинчатого емкостного датчика. Контроль качества и долгосрочные испытания стабильности емкостных датчиков перемещения на ИП. Заказная 7-канальная емкостная электроника датчика положения. Принцип работы СТМ (сканирующего туннельного микроскопа) с встроенные емкостные датчики положения		Свойства датчиков PI Наивысшее разрешение (0,01 нанометра) среди всех имеющихся в продаже датчиков положения Диапазон измерения до 1 мм Идеально подходит для параллельных метрологических приложений Линейность до 0,003% Чрезвычайно высокая долговременная стабильность (лучше 0.1 нм / 3 часа) Совместимость с вакуумом Полоса пропускания до 10 кГц Варианты из инвара для максимальной температурной стабильности (5 x 10-6 / K) Доступна многоканальная цифровая электроника Совместимость с сервоконтроллерами системы нанопозиционирования PI Двухпластинчатые и однопластинчатые датчики Пользовательские модели Причины выбора PI Более 30 лет опыта в разработке сверхточной механики Собственное проектирование и производство датчиков и электроники Современное оборудование для моделирования, производства и испытаний Современная метрологическая лаборатория с несколькими тепловыми, акустическими и сейсмическая изоляция для значимых субнанометровых измерений Разработка внутреннего контроллера PI имеет наиболее опытные команды разработчиков и производителей систем нанопозиционирования в этой области Сертификация ISO-9001 с 1994 г.
		Литература PI / Системы нанопозиционирования

Учебное пособие: емкостные датчики положения
Измерение смещения с субнанометрической точностью

Глоссарий

Диапазон измерения
Диапазон измерения зависит от размера активной области датчика, а также от используемой электроники. Благодаря собственной конструкции электроники формирователя сигналов PI, расстояние до середины диапазона всегда идентично выбранному диапазону измерения. Зазор между зондом и мишенью может варьироваться от 50% до 150% диапазона измерения (см. Рис. 14). Емкость датчика такая же, как у эталонной емкости в электронике. Для расширения номинального (стандартного) диапазона измерения можно использовать сканирование другой эталонной емкости (см. Рис. 15).		Рис.14: Определения: диапазон измерения и среднее расстояние имеют одинаковые значения

Target
Двухэлектродные емкостные датчики состоят из двух электродов, названных зондом и целью. Одноэлектродные датчики измеряют по поверхности, которая называется целью. Целевая поверхность, в принципе, представляет собой проводящий материал, электрически связанный с землей. Также возможно измерение с полупроводниками. В то время как емкостные датчики с двумя пластинами состоят из двух четко определенных высококачественных плоскостей, с датчиками с одной пластиной характеристики поверхности цели могут влиять на результаты. Изогнутая или шероховатая поверхность ухудшит разрешение, поскольку результаты относятся к среднему зазору (см. Рис. 16 и 17). Форма поверхности также влияет на однородность электрического поля и тем самым на линейность измерения. Для заводской калибровки используется целевая плоскость, значительно превышающая площадь сенсора.		Рис.15: Диапазоны измерения различных емкостных датчиков положения PI (стандартные диапазоны — синим, расширенные — черным)

Окружающая среда
Прецизионные измерения с нанометровой точностью требуют минимизации влияние окружающей среды. Постоянство температуры и влажности во время измерения так же важно, как и чистота. Электроника от PI в основном очень термостабильна.Температурный дрейф составляет менее 0,2% от полного диапазона измерения при изменении температуры на 10 ° C. Изменения температуры также вызывают расширение или сжатие всего материала в системе, что приводит к изменению фактического измеренного зазора. Влияние изменения относительной влажности на 30 процентных пунктов составляет менее 0,5% диапазона измерения. Всегда следует избегать конденсации. Пыльные или поврежденные поверхности сенсора также ухудшают качество измерения. Условия окружающей среды во время калибровки указаны в калибровочном листе, который PI предоставляет для каждой отдельной системы.		Рис.16: Шероховатость целевой поверхности снижает разрешение и линейность Рис.17: Изогнутые поверхности приводят к усредненному измерению расстояния

Решения PI для наноизмерений / Позиционирование

Введение
Диапазон измерения от 10 до 500 м и более Субнанометрическое разрешение положения Бесконтактное абсолютное измерение смещения / движения / вибрации Иммунитет к износу и разрыву Идеально для многоосных приложений Улучшенная линейность с помощью сигнальной электроники ILS Широкая полоса пропускания до 10 кГц Измеряет положение перемещаемого интерфейса (прямая метрология) Высокая температура и долговременная стабильность Компактные датчики с 1 и 2 электродами, совместимые с вакуумом, индивидуальный дизайн Электрод с защитным кольцом устраняет граничные эффекты

Одно- и двухпластинчатые датчики
Емкостные датчики выполняют бесконтактные измерения геометрических величин, представляющих расстояние, смещение, разделение, положение, длину или другие линейные размеры с субнанометровой точностью.

Компания PI предлагает емкостные датчики для интеграции в пользовательские приложения в версиях с двумя пластинами и конденсаторами для обеспечения максимальной производительности и одноэлектродных датчиков asPISeca для большей гибкости и упрощения интеграции.

Нанопозиционирование и нанометрология
PI предлагает самый широкий спектр высокодинамичных систем нанопозиционирования с высоким разрешением по всему миру. Достигнутые точность и повторяемость были бы невозможны без измерительных устройств с самым высоким разрешением. Емкостные датчики — это метрологическая система, которую выбирают для самых требовательных приложений нанопозиционирования.Датчики и столь же важная электроника возбуждения и считывания данных разрабатываются и производятся в PI группой экспертов с многолетним опытом.

Принцип измерения
Принцип измерения в обоих случаях одинаковый: два

проводящие поверхности создают однородное электрическое поле; для коротких расстояний приложенное напряжение пропорционально расстоянию между пластинами.

Датчики с двумя пластинами измеряют расстояние между двумя четко определенными пластинами датчика с тщательно выровненными поверхностями, которые генерируют наиболее точное электрическое поле и, следовательно, обеспечивают оптимальные результаты.Емкостные датчики с одной пластиной измеряют емкость относительно проводящих эталонов, таких как металлические пластины, и очень удобны в установке и подключении.

Испытания и калибровка Нанометрические калибровочные лаборатории
PIs сейсмически, электромагнитно и термически изолированы и соответствуют современным международным стандартам.

PI калибрует каждую емкостную измерительную систему индивидуально, оптимизируя производительность для приложений заказчика.Такая точность лежит в основе всех продуктов PI, стандартных и индивидуальных, и обеспечивает оптимальные результаты в самых различных областях применения.

Функция, свойства, преимущества

Введение
В области нанопозиционирования, а также для сканирования и метрологии, емкостные измерительные системы от PI обеспечивают высочайшую точность в различных диапазонах измерения. Емкостные датчики обеспечивают максимально возможную линейность измерений и превосходную долговременную стабильность. Датчики обеспечивают бесконтактное измерение фактического положения подвижной части (прямая метрология) с точностью до нанометра. Точность, линейность, разрешение, стабильность и полоса пропускания намного лучше, чем у обычных нанометрических датчиков, таких как LVDT или тензометрические датчики. Бесконтактный режим работы означает отсутствие паразитных сил, влияющих на применение, и результаты измерения без трения и гистерезиса. Конструкция защитного кольца для улучшения линейности Конструкция сенсора сильно влияет на линейность. Превосходная конструкция PI использует электрод с защитным кольцом, который устраняет граничные эффекты сенсорного электрода. Это обеспечивает однородное поле в зоне измерения и приводит к более высокой линейности измерения. Одно- и многоканальная электроника Электроника формирователя сигналов PIs специально разработана для обеспечения высокой полосы пропускания, линейности и сверхмалого шума и идеально подходит для различных датчиков PI-датчиков. Компания PI предлагает электронику формирователя сигналов и контроллеры от одного до трех каналов. Многоканальные модули E-509 подключаются к шасси модульного контроллера E-500 / E-501. Полоса пропускания и диапазон измерения могут быть настроены на заводе-изготовителе для удовлетворения конкретных потребностей каждого приложения. Электроника одноканального формирователя сигнала E-852 для однопластинчатых датчиков PISeca разработана как автономная система с выбираемой пользователем шириной полосы и настройкой диапазона и может быть синхронизирована для работы в многоканальных приложениях. Повышение линейности с помощью электроники ILS Вся электроника формирования сигнала PIs оснащена собственной схемой линеаризации ILS PI, которая минимизирует ошибки непараллельности. Простота использования и интеграции Одноэлектродные датчики PISeca особенно просты в установке в измерительную систему. На одноканальной электронике светодиодная полоса показывает оптимальный зазор между зондом и мишенью для различных настроек диапазона измерения.Многоканальная электроника опционально поставляется с дисплеями и / или интерфейсом ПК на модуле в том же корпусе. Идеально для замкнутого цикла пьезонанопозиционирования Системы нанопозиционирования с замкнутым контуром могут управляться модулями датчиков / сервоконтроллеров серии ИП E-500. Такие модули доступны для подключения до трех датчиков положения, как автономных, так и интегрированных в систему движения. Замкнутый контур устраняет дрейф и гистерезис, которые в противном случае влияют на пьезоприводы. Для задач по нанопозиционированию с самыми строгими требованиями к точности компания PI предлагает цифровые контроллеры высшего класса.		Емкостные двухпластинчатые датчики от PI, здесь D-100.00

Нанопозиционирование / нанометрирование

Разрешение / ширина полосы Разрешение в нанопозиционировании относится к наименьшему изменению смещения, которое все еще может быть обнаружено измерительными устройствами.

Для емкостных датчиков разрешение в принципе не ограничено и на практике ограничено электронным шумом. Формирователь сигналов PI Электроника оптимизирована для обеспечения высокой линейности, полосы пропускания и минимального шума, что позволяет разрешать сенсор вплоть до пикометрового диапазона.

Электронный шум и ширина полосы сигнала датчика взаимозависимы. Ограничение полосы пропускания снижает шум и тем самым улучшает разрешение. Рабочее расстояние также влияет на разрешение: чем меньше рабочее расстояние системы, тем ниже абсолютное значение электронного шума.

На рисунке 1 показаны измерения циклов исполнительного механизма в нанометровом диапазоне, выполненные с помощью емкостного датчика положения D-015, 15 м и лазерного интерферометра. Графики ясно показывают превосходные характеристики метода емкостного определения положения.

Рисунок 2 иллюстрирует влияние полосы пропускания на разрешение: одноэлектродные датчики PISeca демонстрируют превосходное разрешение вплоть до субнанометрового диапазона даже при большой полосе пропускания.

Линейность и стабильность ПИ-датчиков
Линейность измерения означает степень постоянства пропорционального отношения между изменением расстояния между зондом и целью и выходным сигналом.Обычно линейность определяется как погрешность линейности в процентах от полного диапазона измерения. Погрешность линейности 0,1% при дальности 100 м дает максимальную ошибку 0,1 м. Ошибка линейности никак не влияет на разрешение и повторяемость измерения.

Линейность в значительной степени зависит от однородности электрического поля и, следовательно, от любой непараллельности зонда и цель в приложении. Электроника емкостного датчика положения PI включает в себя запатентованную конструкцию, обеспечивающую превосходную линейность, низкую чувствительность к емкости кабеля, низкий фоновый шум и низкий дрейф.Интегрированная система линеаризации (ILS) компенсирует влияние непараллельности.

Сравнение традиционной системы емкостных датчиков положения и системы PI ILS показано на рисунке 3. При использовании с цифровыми контроллерами PI (которые добавляют полиномиальную линеаризацию) достижима линейность позиционирования до 0,003%.

На рис. 4 показана линейность пьезопозиционирующего столика P-752.11C с изгибным пьезопозиционированием со встроенным емкостным датчиком положения, работающего в режиме с обратной связью с аналоговым контроллером.Включены все ошибки, связанные с механикой, приводом PZT, датчиками и электроникой. в результате линейность лучше 0,02%. Еще более высокая линейность достигается с помощью цифровых контроллеров PI, таких как E-710.

Стабильность измерения ограничивается главным образом тепловым и электронным дрейфом. Таким образом, из соображений точности и повторяемости необходимо поддерживать постоянные условия окружающей среды. Исключительная долговременная стабильность емкостного датчика положения PI и конструкции электроники показана на рисунке 5.

Принцип измерения
Пропорциональность сигнал / смещение
Когда напряжение подается на две пластины идеального конденсатора, оно создает однородное электрическое поле. Этот принцип лежит в основе измерения смещения с помощью емкостных датчиков положения. Для небольших зазоров приложенное напряжение пропорционально расстоянию между пластинами. Плоскости поверхности датчика (зонда) и мишени образуют две обкладки конденсатора. Цель не должна быть меньше определенного размера из-за граничных эффектов.Это важно для приложений, например, с вращающимся барабаном в качестве мишени. Для металлических материалов толщина мишени не влияет на измерение.

Геометрия / конструкция защитного кольца
Упомянутая пропорциональность основана на однородности электрического поля. Чтобы устранить граничные эффекты, в улучшенной конструкции PI используется защитный кольцевой электрод, который окружает активную область датчика и активно поддерживает тот же потенциал (см. Рис. 7). Такая конструкция экранирует активную область сенсора и обеспечивает отличную изоляцию зоны измерения.Таким образом достигается оптимальная линейность измерения во всем диапазоне с заданной точностью.

Калибровка для максимальной точности
Калибровочные лаборатории нанометров ИП предлагают оптимальные условия для заводской калибровки. В качестве эталона используются инкрементальные датчики сверхвысокой точности, такие как лазерные интерферометры.

Системы PISeca калибруются в PI с помощью системы позиционирования NEXLINE, имеющей разрешение замкнутого контура лучше 0,01 нм на испытательном стенде с управлением изгибом без трения и инкрементным эталонным датчиком с разрешением лучше 0.1 нм (рис.8 и 9).

Специальная конструкция исключает влияние кабеля
При измерении расстояния путем обнаружения изменений емкости колебания емкости кабеля могут отрицательно сказаться на точности. Вот почему большинство емкостных измерительных систем дают удовлетворительные результаты только при использовании коротких кабелей определенной длины.

В системах PI используется особая конструкция, исключающая влияние кабеля, что позволяет без труда использовать кабель длиной до 3 м.Для получения оптимальных результатов мы рекомендуем калибровку системы датчик-исполнительный механизм в метрологической лаборатории PI. Более длинные расстояния между датчиком и электроникой могут быть покрыты специальными протоколами цифровой передачи без потерь.

Геометрия электрода, плоскостность сенсорной поверхности и отделка
При производстве сенсоров большое внимание уделяется соблюдению критических механических допусков. Измерительные поверхности обрабатываются алмазом с использованием сложных методов управления технологическим процессом. В результате получаются гладкие, ультраплоские зеркальные поверхности, необходимые для получения самого высокого разрешения, доступного на рынке.

Параллельность измерительных поверхностей
Для получения оптимальных результатов пластины мишени и зонда должны оставаться параллельными друг другу во время измерения. Для небольших расстояний измерения и малых активных областей любое расхождение сильно влияет на результаты измерения. Наклон отрицательно влияет на линейность и усиление, но не на разрешение или повторяемость (см. Рис. 12). Системы позиционирования с многозвенной системой управления изгибом уменьшают наклон и наклон до незначительного уровня (см. Рис. 13) и обеспечивают выдающуюся точность.

Рис.10: Емкостные датчики положения в сверхточное шестиосевое нанопозиционирование система, разработанная PI для Немецкий национальный метрологический институт (ПТБ). Применение: сканирующая микроскопия

Рис. 11: Передача сигнала цифрового датчика (DST) допускает расстояние до 15 м между устройством позиционирования и контроллером, здесь многоосевой цифровой пьезоэлектрический датчик E-710 контролер

Фиг.1: Пьезо-нанопозиционная система с шагом 0,3 нм, измеренная с помощью емкостного датчика PI (нижняя кривая) и высокоточного лазерного интерферометра. Емкостной датчик обеспечивает значительно более высокое разрешение, чем интерферометр

Рис. 2: Разрешение значительно ниже 1 нм достигается при использовании PISeca 20 м. одноэлектродный датчик (D-510.020) и электронику формирователя сигнала E-852. Слева: шаг 0,2 нм в квазистатических условиях (полоса пропускания 10 Гц), справа: с шагом 1 нм с максимальной полосой пропускания (6.6 кГц)

Рис.3: Линейность традиционной системы емкостных датчиков положения по сравнению с PI ILS (интегрированная система линеаризации), показанная до цифровой линеаризации

Рис. 4: Линейность пьезопозиционного столика P-752.11C, 15 м, работающего с Управляющая электроника E-500 / E-509.C1A. Дальность хода 15 м, усиление 1,5 м / В. Линейность лучше 0,02%; еще более высокая линейность достигается с помощью PI digital контроллеры

Рис. 5: Стабильность измерений E-509.Модуль управления емкостным датчиком положения C1A с эталонным конденсатором 10 пФ в течение 3,5 часов (после прогрева контроллера)

Рис.6: Принцип работы емкостного датчика

Рис.7: Емкостные датчики с защитным кольцом обеспечивают превосходную линейность

Рис. 8: Ошибка линейности выходного сигнала одноэлектродной системы PISeca обычно составляет менее 0,1% во всем диапазоне измерений

Рис. 9: Сверхточная система позиционирования NEXLINE с инкрементным датчиком в калибровочном и испытательном стенде для датчиков PISeca.Разрешение значительно выше, чем у лазерного интерферометра

Рис. 12: Нелинейность в зависимости от наклона. На разрешение и повторяемость не влияет наклон.

Рис. 13. Системы нанопозиционирования с изгибом, такие как P-752, предлагают субмикрорадиан. точность управления и оптимально подходят для емкостных датчиков Продолжение учебного пособия.

Применения для емкостных датчиков положения

Измерение смещения с точностью до нанометра	Системы с нанопозиционированием / замкнутым контуром	Параллельная точность измерений / Высокая точность измерений -Измерения оси

Емкостные датчики перемещения измеряют кратчайшие расстояния с максимальной надежностью.Измеряемая величина представляет собой изменение емкости между пластиной датчика и целевой поверхностью с использованием однородного электрического поля. Обычно достигается точность в субнанометровом диапазоне. Абсолютное измерение возможно с помощью хорошо отрегулированной, откалиброванной системы.	Одно из применений измерения смещения с высоким разрешением — нанопозиционирование. Двухпластинчатые емкостные датчики могут измерять расстояние и, следовательно, положение движущегося объекта с превосходной точностью. Высокая полоса пропускания датчика позволяет осуществлять управление с обратной связью в условиях высокой приложения динамики.	Задачи замкнутого многоосевого нанопозиционирования решаются с помощью высокопроизводительных позиционеров, которые используют прямую метрологию и параллельную кинематику. Это позволяет измерять все степени свободы одновременно, что компенсирует ошибки наведения (концепция активного управления траекторией). В данном случае емкостные измерители являются наиболее точными доступными системами измерения и дают наилучшие результаты разрешения положения.


Измерение и компенсация наклона / наклона	Толщина слоя с субмикронной точностью	Измерение вне плоскости / Сканирование с постоянной высотой / Выход Круговое измерение

Интеграция емкостных датчиков в систему — хороший способ точно измерить наклон / наклон.Угол наклона движущихся объектов измеряется дифференциально и, при необходимости, компенсируется.	Измерение толщины пленки или слоя непроводящего материала на движущейся проводящей поверхности (например, вращающемся барабане) является идеальной задачей для емкостных датчиков из-за их бесконтактной работы и их высоких динамических характеристик.	Компенсация волнообразных и колебательных движений, например Сканирование с постоянной высотой или интерферометрия в белом свете — это области применения, для которых особенно хорошо подходят емкостные датчики.

Измерение прямолинейности и плоскостности / Активная компенсация перекрестных помех	Датчики силы с микроньютонной чувствительностью	Вибрация, плоскостность, толщина

Превосходное разрешение при измерениях прямолинейности и плоскостности на больших расстояниях достигается с помощью емкостных одноэлектродных датчиков.Одно из приложений — измерение перекрестных помех в нанопозиционировании. Перекрестные помехи, внеосевое движение одного привода в направлении движения другого, обнаруживаются немедленно и активно компенсируются сервоконтурами. Высокая пропускная способность сенсора обеспечивает отличные динамические характеристики.	Одноэлектродные емкостные датчики, которые измеряют субнанометровое смещение на расстоянии без контакта, часто используются в качестве датчиков силы с высоким разрешением. В системе, имеющей достаточно хорошо определенную жесткость, измеренные смещения переводятся в силы с разрешением в диапазоне микроньютонов, и все это без влияния на измеряемый процесс.	Высокая динамика емкостной измерительной системы PISeca позволяет даже измерять вибрации и колебания с превосходным разрешением. Можно определить плоскостность вращающейся детали или разницу в толщине в нанометровом диапазоне. Одна из областей применения — производство дисководов или активная компенсация вибрации.

Февраль, 2004 г. CMS Tracker Week1 Измерения стабильности датчика Цель: найти простой метод наблюдения за стабильностью датчика -> измерить колебания в целом.

Презентация на тему: «Февраль 2004 г. CMS Tracker Week1. Измерения стабильности датчиков. Цель: найти простой метод наблюдения за стабильностью датчика -> измерить колебания в целом». — Стенограмма презентации:

1 Февраль 2004 г. CMS Tracker Week1 Измерения стабильности датчика Цель: найти простой метод наблюдения за стабильностью датчика -> измерить колебания общего тока утечки Краткое описание: результаты настройки и экспериментального метода на данный момент для 4 датчиков (3 ST, 1 Hamamatsu) Марк Реймонд, Имперский колледж

2 Февраль 2004 г. CMS Tracker Week2 Экспериментальная установка схемы трансимпеданса, выбранной для обеспечения низкого импеданса защитного кольца, но для заземления всех измерений при комнатной температуре можно было просто использовать резистор 100 кОм.(24 o C (+/- ~ 1)) (относительная влажность ~ 30-40%) 100 k => 100 мВ / A

3 Февраль, 2004 CMS Tracker Week3 Experimental Setup Схема операционного усилителя датчика

4 Февраль 2004 г. Настройка осциллографа CMS Tracker Week4 Tektronix (TDS724D) работала в режиме обнаружения пиков. Внутренняя выборка (Gs / s) намного быстрее, чем интервалы между отображаемыми выборками. Отображаемые выборки чередуются между самыми высокими в одном интервале и самыми низкими в следующем. период времени (несколько секунд) сохраняются и отображаются только красные образцы

5 Февраль 2004 г. CMS Tracker Week5 Изучено 4 датчика 1-й датчик ST типа W7B (ID 30211433739909) не прошел приемочные испытания — высокая утечка на одной полосе (и соседних) (~ 10  A) 2-й датчик ST типа W7B (ID 30211433961106) хороший датчик ( Я думаю), утечка ~ 650 нА @ 550 В 3-й датчик ST TOB (ID 30210432016302) одна негерметичная полоска (~ 6  A) Hamamatsu типа W4 (ID 3022883101103) хороший датчик, утечка ~ 200 нА @ 800 В

6 Февраль 2004 г. Измерения CMS Tracker Week6 — измерение утечки постоянного тока 1-го датчика ST в точном соответствии с предоставленными данными (Вена) взлет при> 150 В, относящийся к группе из 3 полосок, только измерения с помощью осциллографа показывают нестабильность, возникающую при смещении> 150 В, резкие переходные процессы и скачки Изменения 6.7  Измерение постоянного тока чистое => отсутствие значительного шума от измерительной системы только утечка постоянного тока

7 Февраль 2004 г. Измерения CMS Tracker Week7 — DC + AC показывает относительные величины утечки постоянного тока и переходные процессы для всех 4 исследованных датчиков (нестабильность не коррелирует с общими величинами тока утечки)

8 Февраль 2004 г. CMS Tracker Week8 Вычитание утечки постоянного тока только переменного тока — смещение базовых линий

9 Февраль 2004 г. CMS Tracker Week9 Характеристики нестабильности только переменного тока, отличные от 1-го датчика ST (без изменения шага), некоторые свидетельства нестабильности, но намного лучше, чем у первых двух

10 Февраль 2004 г.