數控切割機調高器系統的微電容測量電路設計

張曉輝， 馬殿光， 徐青菁， 唐厚君

(上海交通大學 電子信息與電氣工程學院，上海 200240)

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數控切割機調高器系統的微電容測量電路設計

張曉輝， 馬殿光， 徐青菁， 唐厚君

(上海交通大學 電子信息與電氣工程學院，上海 200240)

設計了一種應用于數控切割機調高器系統的微小電容容值測量電路，采用多諧振蕩器產生方波，將電容的容值轉化為頻率數字信號，抗干擾能力強，處理速度快。對方波進行差頻和倍頻處理，故電路的溫度漂移小，分辨率和靈敏度高。經過理論分析和實驗證明，電路的測量效果良好，符合設計要求。

調高器；微電容測量；多諧振蕩器；差頻；倍頻

0 引 言

數控激光切割機在工作過程中會遇到鋼板高低不平的情況，為了防止割槍(也稱割炬)與鋼板產生碰撞損壞割槍，以及保持割槍與鋼板的距離穩定不變，以得到較好的切割質量，需要使用自動調高器來控制割槍高度[1]。激光調高器通過測量割槍內層的金屬部分與鋼板間形成的微電容來判斷割槍的高度，實時與高度設定值進行比較，從而控制割槍高度保持恒定。由于實際的等效電容僅為pF級別，普通的電容測量電路的分辨率無法滿足實際要求。另外，調高器系統需要快速采集當前電容值并實時進行處理，所以這種電容測量需要很高的實時性。而目前較為成熟的一些應用于電容觸摸屏的微電容測量芯片處理速度需要幾十甚至幾百毫秒，無法滿足實時性的要求。因此，需要設計一種微電容測量電路，要求該電路具備分辨率和靈敏度高、溫度漂移低、電路處理速度快以及電路簡單、易于集成等特點。……