基于边缘电场传感器的大范围位移测量方法

王文霞,王文廉*(1.中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室,太原 030051;2.中北大学电子测试技术重点实验室,太原 030051)



基于边缘电场传感器的大范围位移测量方法

王文霞1,2,王文廉1,2*
(1.中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室,太原 030051;2.中北大学电子测试技术重点实验室,太原 030051)

主要研究基于边缘电场传感器的位移测量方法,由于在测量位移时交叉指型传感器互导电容的变化具有周期性,因而可以实现大范围的位移测量。运用Ansoft Maxwell有限元仿真软件对边缘电场传感器的二维半波长模型进行了仿真分析,仿真结果表明当传感器工作区间内有物体移动时,会改变传感器的电场分布,使传感器互导电容发生周期变化。设计了一个简单的、低成本的调理电路,可以将电容变化转化为电压输出信号,得到边缘电场传感器输出电压与电容的关系。对电极尺寸为35 mm×30 mm×0.02 mm的边缘电场传感器进行了测量实验,实验结果与仿真结果吻合较好。

边缘电场传感器;有限元;互导电容;调理电路

TP212边缘电场传感器FEF(Fringing Electric Field Sensors)通过测量电容值获得所需物理量,如介电常数、含水量、粘度、液位、位移等。边缘电场传感器属于电容传感器,相当于将平行板电容器的两极板展开置于同一平面内,在两极板平面的上方构成工作区间。与传统的平行板电容式传感器相比,边缘电场传感器的电力线分布呈散射状,电场能集中在电极附近,同时也具有单边穿透、信号强度可调以及层析成像等优点,被广泛用于物体物理特性的非接触测量[1]。……