USB接口的多功能容栅传感器测量系统

李孝超,严高师

(电子科技大学光电信息学院,成都610054)

李孝超(硕士研究生),主要研究方向为红外与传感技术。

引 言

容栅测量器具有测量可靠、体积小、功耗低、功能多等特点。随着测量技术向精密化、高速化、多功能化发展,具有多种优良特性的容栅传感器应用得越来越广泛。由于容栅传感器数据的传输多采用 RS232/RS485总线方式[1],而USB总线方式方便、高效,并有取代串口通信方式的趋势,因此设计一款带USB接口的容栅传感器测量系统具有实际应用价值。

1 容栅传感器测量原理

容栅传感器的工作原理是根据平板电容理论而来。一般容栅传感器的结构包括动栅板和定栅板。动栅板包含发射极和接收极,定栅板包含反射极[2-3]。反射极分别和发射极、接收极形成平板电容器。通过在发射极上施加n相激励信号,反射极将此信号反射到接收极,随着动栅板的移动,接收极的感应信号的幅度变化不大,而相位变化与位移量成一定函数关系:

其中,x为位移量,w为小发射极宽度。当位移发生一个w宽度变化时,接收极产生360°/n的相差。设激励信号的周期为T,则有:

式中:β为最小计时单位,N为常数。而每周期代表位移量为L(本系统为0.508 mm),在每周期中β代表一个小相位,则一个周期被分解为N个小相位,每个小相位代表位移量即最小分辨率:

本系统N为512,即最小分辨率约为0.001 mm。对于最大测量速度Vmax,因为在一个周期内最多能分辨N个相位,所以有:

2 系统硬件设计

2.1 C8051F321芯片介绍

C8051F321片内集成了数据采集和……