[发明专利]差分电容位移量的转换和细分方法及电容型线性位移测量系统

权利要求书

1.一种差分电容位移量的转换和细分方法，其特征是：它包括差分电容位移量的转换基准和细分方法；所述差分电容位移量的转换基准是用一对差分电容的差分位移区间的位移距离s或宽度b与在差分位移区间内测量的第一个差分电容C₁及第二个差分电容C₂之和(C₁+C₂)相比，这一比值正是在差分位移区间内测量时单位电容变化量的位移量用d_c表示；在这差分位移区间的距离s或宽度b内任何点，只要测量条件和测量环境保持不变，这一单位电容变化量的位移量d_c是相同不变的，有了这单位电容变化量的位移量d_c，也就有了所测量到的差分电容变化量转换为位移量的基准，而且是动态跟踪的基准，当测量条件和测量环境变化时，测量的差分电容变化量之和(C₁+C₂)随着跟踪变化，在这差分位移区间内的距离s未变，也就是在这动极板上的两个电极与定极板上的电极所覆盖的宽度b未变，而这单位电容变化量的位移量d_c，也相应的随着差分电容变化量之和(C₁+C₂)的变化而跟踪变化，有了这动态跟踪的基准，可以方便求出由差分位移区间内位移时差分电容变化量所对应的位移量；

所述转换基准能在水、油、灰尘污染恶劣测量环境中使用和扩大了运用范围，还省去了调制与解调、放大器、A/D转换器模拟量元件，有数字元件所替代的全数字化，避免了模拟量元件所带来的干扰，特别是全数字化能使精度、分辨力和测量速度提高了几个数量级；

所述细分方法是在差分位移区间内，单位电容变化量的位移量dc的倒数是单位位移量的电容变化量用ds表示，如果分辨力是一微米，最小单位位移量是微米，选用每一微米的电容变化量ds，测量时必须能测量出每一微米的电容变化量ds，也就是能测出最小分辨力为一微米，只要能测量出这最小单位位移量的电容变化量ds就是最小细分单位量；这是有了所测量到的电容变化量转换为位移量的基准，可使单位位移量的电容变化量具体化；无需内插法及预定的电容变化量所对应位移量的大容量的数据存储器。

2.按权利要求1所说的差分电容位移量的转换和细分方法，其特征是：其用于差分电容位移传感器的测量。

3.一种差分电容位移量的转换和细分方法，其特征是：包括差分电容变化量转换为脉冲宽度量和细分方法；所说差分电容变化量转换为脉冲宽度量是把两个差分电容C₁与C₂用同一个单稳态触发器电路，分别依次转换为两个脉冲宽度量t₁≈0.69RC₁和t₂≈0.69RC₂，两个差分电容C₁与C₂所用的测量电路是同一个，无需用电位器调节电路的平衡，两个差分电容C₁与C₂先后测量时间之差通常最多是毫秒级，测量中两个差分电容C₁与C₂在这短暫时间内不存在零漂问题；单稳态触发器的输出脉冲宽度量由细分电路，分成以最小细分单位的脉冲宽度组成的一个脉冲串，这个脉冲串输出至单片微型计算机，有单片微型计算机进行计数与分析比较给出结果；

所说细分电路是将一个宽度大的脉冲，分成最小细分单位的脉冲宽度的脉冲串，它是有高频方波振荡器产生的高频脉冲，与单稳态触发器的输出的宽度大的脉冲，通过二输入与门电路的输出，就是所说的细分电路的脉冲串输出，细分电路输出的脉冲串中，每一个脉冲宽度取决于最小细分单位的脉冲宽度，它是分辨力中最小单位位移量的电容变化量所对应的脉冲宽度，最小细分单位的脉冲宽度愈小，高频方波振荡器产生的高频脉冲频率愈高，这种细分就是频率细分，改变频率只是改变振荡器的参数，有利于微纳米的测量；

所说差分电容变化量转换为脉冲宽度量的电路中没有放大器模拟量元件，全是数字量元件，无需电位器调零，也无零漂，所有干扰和寄生，或附加电容都相同，可以用嵌入式系统对脉冲宽度进行捕捉/比较，使单片微型计算机外围控制电路更为简单。

4.按权利要求3所说的差分电容位移量的转换和细分方法，其特征是：其用于差分电容位移传感器的测量。