[go: up one dir, main page]

CH648929A5 - Dispositif de mesure capacitif de deplacement. - Google Patents

Dispositif de mesure capacitif de deplacement. Download PDF

Info

Publication number
CH648929A5
CH648929A5 CH4133/82A CH413382A CH648929A5 CH 648929 A5 CH648929 A5 CH 648929A5 CH 4133/82 A CH4133/82 A CH 4133/82A CH 413382 A CH413382 A CH 413382A CH 648929 A5 CH648929 A5 CH 648929A5
Authority
CH
Switzerland
Prior art keywords
electrodes
scale
switches
cursor
measurement
Prior art date
Application number
CH4133/82A
Other languages
English (en)
Inventor
Christophe Burckhardt
Jacques Fournier
Philippe Stauber
Original Assignee
Tesa Sa
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tesa Sa filed Critical Tesa Sa
Priority to CH4133/82A priority Critical patent/CH648929A5/fr
Priority to GB08316841A priority patent/GB2123629B/en
Priority to FR8310307A priority patent/FR2530011B1/fr
Priority to IN424/DEL/83A priority patent/IN159378B/en
Priority to SE8303619A priority patent/SE455230B/sv
Priority to US06/508,898 priority patent/US4543526A/en
Priority to IT67725/83A priority patent/IT1162890B/it
Priority to BR8303577A priority patent/BR8303577A/pt
Priority to JP58124552A priority patent/JPS5923218A/ja
Priority to DE3324578A priority patent/DE3324578C2/de
Publication of CH648929A5 publication Critical patent/CH648929A5/fr

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/24Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying capacitance
    • G01D5/241Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying capacitance by relative movement of capacitor electrodes
    • G01D5/2412Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying capacitance by relative movement of capacitor electrodes by varying overlap
    • G01D5/2415Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying capacitance by relative movement of capacitor electrodes by varying overlap adapted for encoders
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/06Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters
    • H03M1/08Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters of noise
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/12Analogue/digital converters
    • H03M1/22Analogue/digital converters pattern-reading type
    • H03M1/24Analogue/digital converters pattern-reading type using relatively movable reader and disc or strip
    • H03M1/28Analogue/digital converters pattern-reading type using relatively movable reader and disc or strip with non-weighted coding
    • H03M1/30Analogue/digital converters pattern-reading type using relatively movable reader and disc or strip with non-weighted coding incremental

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Description

La présente invention a pour objet un dispositif de mesure capacitif du déplacement relatif de l'échelle et du curseur d'un instrument de mesure de longueurs ou d'angles et plus précisément, mais non exclusivement, d'un instrument à utilisation manuelle, tel que par exemple un pied à coulisse, une colonne ou un rapporteur d'angles.
Ce dispositif est du genre connu, dans lequel l'échelle et le curseur sont munis de séries d'électrodes alignées dans la direction de leur déplacement relatif et agencées et alimentées électriquement de manière à former par leur association une pluralité de capacicés électriques aptes à élaborer un signal périodique dont le nombre de périodes est proportionnel à ce déplacement, et dans lequel les électrodes du curseur sont reliées à un circuit électronique de traitement propre à élaborer un signal numérique terminal de mesure de ce déplacement par comptage du nombre de ces périodes et par interpolation à l'intérieur de chacune d'elles.
Un dispositif de mesure capacitif de ce genre est décrit dans la demande de brevet française N° 2411391. Dans ce dispositif,
l'échelle est munie d'une série d'électrodes uniformément réparties et isolées électriquement les unes par rapport aux autres et composées chacune de deux éléments en couplage galvanique dont l'un constitue une électrode de détection et l'autre une électrode de transfert, et le curseur est muni d'au moins trois groupes d'électrodes d'alimentation connectés chacun à une sortie d'un générateur d'au moins trois signaux pour recevoir des tensions présentant une configuration cyclique, ainsi que d'au moins une électrode de réception connectée au circuit électronique de traitement de signal.
Dans cet agencement d'électrodes, les électrodes de détection de l'échelle sont situées en regard de la trajectoire des électrodes d'alimentation du curseur et les électrodes de transfert de l'échelle sont situées en regard de la trajectoire de l'électrode de réception du curseur. De la sorte, le déplacement du curseur sur l'échelle fait apparaître sur l'électrode de réception un signal qui est engendré à partir d'au moins deux signaux correspondant à des électrodes d'alimentation adjacentes, et l'identification du rapport d'amplitude des signaux, qui est effectuée par le circuit électronique, permet de déterminer la position du curseur par rapport à l'échelle.
Ce dispositif connu présente l'avantage essentiel d'éviter toute connexion entre l'échelle et le curseur soit par câble, soit par contact glissant, qui pourrait être une gêne pour les manipulations ou la maintenance.
Cependant, ce dispositif de mesure capacitif, qui est conçu également dans un but de simplicité et d'économie, intègre des circuits encore relativement complexes qui sont pour la plupart de nature analogique et qui comportent nécessairement un transformateur analogique-numérique pour obtenir un affichage numérique de la mesure effectuée, donc de consommation encore relativement importante.
L'invention a pour but une plus grande simplicité du circuit électronique de traitement et une aptitude à consommer moins d'énergie que le dispositif précité, cela afin de permettre notamment l'emploi de piles ou d'accus de petite capacité, donc de faible volume, pour réduire à un minimum les dimensions du boîtier contenant les circuits d'alimentation et de traitement, tout en conservant une longue durée d'utilisation sans remplacement des piles ou recharge des accus.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
3
648 929
A cet effet, le dispositif de mesure capacitif selon l'invention est caractérisé en ce que les électrodes de l'échelle sont uniformément réparties dans la direction de sa longueur, en ce qu'au moins une partie des électrodes du curseur sont réparties en deux groupes comportant chacun au moins une paire d'électrodes dans laquelle les deux électrodes sont isolées l'une de l'autre, disposées au-dessus de l'étendue des électrodes de l'échelle et alimentées par un générateur de signal numérique, ces deux électrodes étant en outre déphasées de 180° et les deux groupes d'électrodes étant déphasés de 90° de manière à former par leur association avec les électrodes de l'échelle deux paires de capacités de mesure contre terre dont l'évolution des signaux est significative de l'amplitude et du sens dudit déplacement, en ce que le circuit électronique de traitement comprend deux groupes de capacités de références commutées de type MOS de poids binaires montées en pont avec les capacités de mesure de manière à former deux ponts capacitifs, deux comparateurs reliés chacun à l'un de ces deux ponts, et un processeur de type CMOS à deux entrées reliées à ces deux comparateurs, à deux sorties rétroactives reliées aux deux ponts capacitifs et dont le circuit comprend des modules propres à effectuer une interpolation numérique à l'intérieur de chaque période en rétablissant périodiquement, sous la commande du générateur de signal numérique, l'équilibre des ponts capacitifs par commutation des capacités de référence, la position des commutateurs de ces capacités donnant à chaque équilibrage l'équivalent numérique du déplacement, le comptage des périodes pouvant par ailleurs être effectué entre ces opérations d'équilibrage par l'intervention d'un générateur d'impulsions.
De la sorte, le processus de traitement des signaux analogiques en provenance des deux paires de capacités de mesure est entièrement numérique. Cela répond bien au but de simplicité et d'économie d'énergie visé par l'invention, la partie analogique du circuit électronique étant limitée aux ponts capacitifs qui, par ailleurs, ne sont excités que lorsque l'on procède à une mesure, pendant le déplacement du curseur sur l'échelle.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'objet de l'invention, ainsi que trois variantes.
La fig. 1 est un schéma d'ensemble de la forme d'exécution donnée en exemple.
La fig. 2 est un graphique illustrant l'évolution des signaux produits.
La fig. 3 est un schéma d'un élément du circuit électronique.
La fig. 4 est un schéma bloc illustrant le processus de traitement des signaux produits.
Les fig. 5, 6 et 7 sont des schémas des trois variantes.
Le dispositif capacitif de mesure, représenté schématiquement dans son ensemble fig. 1, se compose d'une échelle 1, ici rectiligne, comme par exemple la perche d'un pied à coulisse, d'un curseur 2 monté mobile et coulissant de manière habituelle le long de l'échelle 1, comme par exemple le coulisseau du pied à coulisse, et d'un circuit électronique d'alimentation et de traitement 3 qui peut être intégré dans un boîtier solidaire du curseur 2.
L'échelle 1 est munie d'une série d'électrodes Ej uniformément réparties dans la direction de sa longueur et toutes reliées à la masse. Ces électrodes sont rectangulaires, et l'espace b qui les sépare l'une de l'autre est égal à leur largeur a. De la sorte, cette échelle constitue un étalon de mesure linéaire présentant une répétition périodique d'un élément conducteur de base constitué par une électrode Ej,
dont la période 1 est égale à la somme de la largeur a de cette électrode et de l'espace b qui la sépare de la suivante, selon la relation: 1 = a + b.
Le curseur 2 est muni de deux groupes d'électrodes A et B comportant chacun un nombre déterminé de paires d'électrodes Aj-B^ respectivement A2-B2, ici au nombre de trois. Ces deux groupes d'électrodes A et B sont espacés dans la direction longitudinale de l'échelle 1, et les deux électrodes Ai et A2, respectivement Bx et B2, de chaque paire sont isolées l'une de l'autre, espacées dans la direction transversale de l'échelle et reliées chacune à un générateur de signal numérique intégré au circuit électronique 3.
Les électrodes A1( A2, B! et B2 du curseur 2 ont la même largeur a et le même écartement b entre elles, dans chaque groupe A et B, que les électrodes Et de l'échelle, cependant que dans la direction transversale elles sont disposées de manière à couvrir la zone occupée par ces dernières, les unes A, et Bi d'un côté et les autres A2 et B2 de l'autre.
A l'intérieur de chaque groupe d'électrodes A et B, les deux électrodes de chaque paire sont déphasées entre elles de 180° et ces deux groupes d'électrodes sont déphasés de 90°, ce qui est rendu visible sur le dessin par la projection orthogonale en pointillés d'une paire d'électrodes de chaque groupe A et B sur les électrodes Et de l'échelle 1.
Ainsi réparties, les électrodes de l'échelle 1 et du curseur 2 forment deux paires de capacités de mesure contre terre CAt-CA2 respectivement CBrCB2 dont les signaux évoluent en fonction du déplacement relatif D de cette échelle et de ce curseur et de par les décalages précités de leurs électrodes, de la manière représentée sur le graphique de la fig. 2.
Sur ce graphique, les déplacements D sont en abcisses et les variations de l'amplitude C des signaux produits par les capacités CAj et CA2, respectivement CBt et CB2, sont en ordonnées.
En posant CA et CB égaux à la moyenne des signaux émis par les capacités CAj et CA2, respectivement CBj et CB2 pendant le déplacement, et en posant C égal à la variation de l'amplitude de ces signaux à l'intérieur d'une période, on voit que ces signaux évoluent de la manière suivante:
CA, = CA ± C CBX = CB ± C CA2 = CA + C CB2 = CB ± C
L'amplitude C étant en relation avec le déplacement relatif de l'échelle et du curseur à l'intérieur d'une période, il est ainsi possible de déterminer la position relative de ces deux éléments en combinant deux composantes de mesure:
1) Une position grossière déterminée par comptage et/ou décomptage du nombre de périodes, les deux paires de capacités CA^CA;, et CBrCB2, de par leur déphasage respectif de 90°, permettant de déterminer le sens du déplacement.
2) Une position fine déterminée par interpolation à l'intérieur d'une période.
On note ici que, pendant un déplacement d'amplitude égale à une période 1 de signal, l'ensemble des quatre signaux émis donne quatre passages à zéro, ce qui permet de ramener l'incrément de la mesure au quart de la longueur 1 d'une période par comptage desdits passages à zéro.
Cette position grossière et cette position fine ainsi que leur combinaison sont obtenues à l'aide du circuit électronique de traitement 3, à partir des signaux analogiques délivrés par les deux paires de capacités de mesure.
A ces effets, ce circuit 3 comporte, reliés aux deux paires de capacités de mesure CA,-CA2 et CBrCB2, deux groupes de capacités de référence commutées RAt et RA2 respectivement RBi et RB2 montées en pont avec lesdites capacités de mesure, de manière à former deux ponts capacitifs distincts et semblables 4A et 4B dont l'un, le 4A, est détaillé fig. 3. Ces capacités de référence, repérées CR à l'intérieur de chaque groupe sur cette fig. 3, ainsi que leurs commutateurs 11, sont de type MOS et ont des poids binaires (1, 2, 4, 8, etc.).
Les deux sorties de chacun de ces deux ponts capacitifs 4A et 4B sont reliées à un comparateur 5A, respectivement 5B, dont la sortie est reliée à un processeur 6 de type CMOS. Ce processeur 6 comporte deux sorties rétroactives 7 et 8 reliées auxdits ponts capacitifs et une troisième sortie 9 reliée à un élément d'affichage digital 10.
Le processeur 6 a pour fonction caractéristique d'assurer la commutation des capacités de référence des deux ponts capacitifs 4A et 4B moyennant un algorithme purement numérique. Le processus appliqué est le suivant:
Les comparateurs 5A et 5B indiquent au processeur 6 le sens de s
10
îs
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
648929
4
déséquilibre des ponts capacitifs respectifs 4A et 4B. Le processeur 6 rétablit l'équilibre de chacun de ces deux ponts en enclenchant et en déclenchant les capacités de référence CR. La position des interrupteurs 11 à ce moment-là donne l'équivalent numérique de l'amplitude C du signal analogique délivré par les capacités de mesure CAlt CA2, CBj et CB2 tel que défini précédemment et illustré fig. 2.
Les capacités de référence ayant des poids binaires, le mode d'équilibrage appliqué est la conversion par approximation successives semblable à celle utilisée dans les convertisseurs analogique-numérique.
L'amplitude C du signal susdit étant en relation avec la position relative échelle/curseur à l'intérieur de chaque période, ce processus d'équilibrage est équivalent à des déplacements virtuels, car pour les comparateurs 5A et 5B aucune distinction ne peut être faite entre un mouvement effectif et le processus d'approximation.
Cette fonction caractéristique de commutation des capacités de référence moyennant un algorithme numérique constitue la mesure fine par interpolation numérique à l'intérieur de chaque période des signaux périodiques en provenance des capacités de mesure CA1, CA2, CBj et CB2 pendant le déplacement relatif de l'échelle et du curseur du dispositif de mesure. Cette fonction ainsi que les autres fonctions de comptage-décomptage des périodes constituant la mesure grossière et de combinaison de ces deux composantes de mesure sont illustrées par le schéma bloc de la fig. 4.
Sur ce schéma bloc, les liaisons et les éléments déjà mentionnés portent la même référence.
Le processeur 6 comporte, relié à chacun des deux ponts capacitifs 4A et 4B par des liaisons 7 et 8, un module d'équilibrage par approximations successives 12, respectivement 13, recevant le signal de sortie du comparateur 5A, respectivement 5B, qui lui est associé, ainsi que des impulsions périodiques d'interruption en provenance d'un générateur d'impulsions autonome 14.
Ces deux modules d'équilibrage 12 et 13 sont reliés par une seconde sortie 15, respectivement 16, à un calculateur de position fine 17, recevant par ailleurs également le signal d'interruption périodique en provenance du générateur d'impulsions 14.
Dans cette première partie du circuit du processeur 6 destinée à la détermination de la mesure fine par le calculateur 17, les impulsions périodiques d'interruption ont pour fonction d'interrompre à chaque impulsion le processus d'approximations successives à la fois pour permettre le rétablissement de l'équilibre des ponts capacitifs 4A et 4B, pour éviter de perdre la mesure grossière par comptage ainsi que pour déterminer par discrimination le sens du déplacement relatif échelle/curseur.
Pour effectuer la mesure grossière, le processeur 6 comporte, relié à la sortie de chacun des deux comparateurs 5A et 5B ainsi qu'au générateur d'impulsions 14, un discriminateur de sens de déplacement 18 influencé par le déphasage de 90° des signaux en provenance des deux paires de capacités de mesure, ainsi qu'un compteur-décompteur 19 influencé par les passages à zéro des signaux en provenance desdites capacités de mesure, relié audit discriminateur 18.
La mesure fine et la mesure grossière de déplacement ainsi déterminées sont ensuite combinées par un sommateur 20 relié à la sortie du calculateur de position fine 17 et à celle du compteur-décompteur 19 dont la sortie est reliée à l'élément d'affichage digital 10 par l'intermédiaire d'un décodeur interface 21.
Le compteur-décompteur 19 et le sommateur 20 de ce circuit sont reliés à une commande externe 22 de remise à zéro.
Le degré de résolution et la précision du dispositif de mesure capacitif selon l'invention sont évidemment tributaires de la grandeur de l'incrément utilisé pour le comptage, de la symétrie de sa distribution et de la finesse de l'interpolation effectuée à l'intérieur de chaque période des signaux de mesure, comme dans tous les dispositifs de mesure capacitifs connus procédant par comptage et interpolation.
L'interpolation numérique, effectuée ici par le pilotage des commutateurs des capacités de référence CR des ponts capacitifs 4A et 4B par le processeur 6 selon un algorithme numérique, est compétitive par le fait que les rapports de capacités peuvent être définis très précisément par la technologie CMOS utilisée.
Lorsqu'une plus grande précision est recherchée, il est avantageux de pratiquer cette interpolation à l'aide du circuit représenté fig. 5 qui est en fait une première variante du pont capacitif représenté fig. 3.
Cette première variante a l'avantage de simuler un circuit intégré à capacités de référence commutées. Ce circuit en pont consiste en deux intégrateurs d'inversion à capacités de référence commutées, avec gain contrôlé numériquement.
Dans ce circuit, les commutateurs 11 des capacités de référence CR des deux groupes RA! et RA2 sont montés de telle sorte que toute commutation se fait entre un potentiel, contrôlé par une source à basse impédance constituée par la sortie d'un amplificateur opérationnel 23, respectivement 24, intégré au circuit desdites capacités, et une masse virtuelle constituée par l'entrée dudit amplificateur.
Dans ces deux intégrateurs, la résistance est simulée par l'ensemble d'une capacité de mesure CAl5 CA2 et d'un commutateur 25, respectivement 26.
Ces deux commutateurs 25 et 26 sont actionnés par le générateur de signal numérique déjà mentionné et commutent entre une source à basse impédance 29 alimentée par le générateur de signal numérique lui-même également déjà mentionné et la masse virtuelle des amplificateurs 23 et 24.
Les deux sorties de ce circuit en pont sont reliées au comparateur 5A de la même manière et dans le même but que décrit précédemment.
Bien entendu, dans cette première variante, un second circuit en pont identique est relié à la seconde paire de capacités de mesure RBj et RB2 et au comparateur 5B, et, à l'intérieur de chaque groupe de capacités de référence de ces deux circuits en pont, celles-ci sont pilotées également de la même manière que décrite précédemment, c'est-à-dire par le processeur 6.
Cette première variante procure l'effet recherché d'une plus grande précision par élimination de parasites. En effet, les commutations se faisant entre des potentiels de masse, de masse virtuelle et de sortie d'une source à basse impédance, les fuites capacitives des commutateurs analogiques sont éliminées. D'autre part, les capacités de mesure CA! et CA2 étant aux mêmes potentiels, il n'y a pas de couplage capacitif entre leurs électrodes ni création de parasites, ce qui en outre simplifie leur blindage ainsi que celui du circuit électronique.
Il est possible d'augmenter encore la sensibilité du dispositif.
La deuxième variante représentée par le schéma fig. 6 est destinée à cet effet.
Dans cette seconde variante, les électrodes Ei de l'échelle sont reliées tantôt à la masse, tantôt à une source à basse impédance 29 alimentée par le générateur de signal numérique à l'aide de commutateurs 27, 28. Les capacités de mesure CAj et CA2 sont ici également montées dans un pont capacitif de même nature que celui de la première variante décrite précédemment et illustrée fig. 5 et qui consiste, pour mémoire, en deux intégrateurs d'inversion à capacités de référence commutées.
Les commutateurs 27 et 28 sont ici également commandés par le générateur de signal numérique, comme les commutateurs 25 et 26, et en synchronisme avec ces derniers.
Les commutateurs 25 et 26 commutent ainsi chacun entre la masse et la masse virtuelle d'un amplificateur opérationnel 23, 24, cependant que les commutateurs 27 et 28 commutent entre la source à basse impédance 29 et la masse. De la sorte, toutes les capacités parasites à la masse dues aux commutateurs sont éliminées et le gain de sensibilité qui en résulte permet la mesure de capacités de valeur inférieure à 0,01 pF.
Il est bien entendu que d'autres variantes des ponts capacitifs 4A et 4B peuvent être appliquées sans sortir du cadre de l'invention, dans la mesure où l'on compare toujours des capacités de mesure avec des capacités de référence.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
5
648 929
En ce qui concerne les électrodes, il est également bien entendu que toute variante dans leur agencement permettant de créer deux paires de capacités de mesure capables de générer des signaux dont l'évolution est significative à la fois de l'amplitude et du sens du déplacement entre curseur et échelle pourra être appliquée sans sortie 5 du cadre de l'invention.
Un exemple d'agencement d'électrodes différent est donné par la troisième variante représentée fig. 7.
Dans cette troisième variante, dont la représentation schématique est limitée à l'utile pour la compréhension, le curseur 2 contient, io en plus des deux groupes d'électrodes A et B (représentés en détail fig. 1), une électrode 30, qui peut être soit d'alimentation, soit de masse, isolée électriquement de ces deux groupes par une électrode d'isolation 31 disposée en position intermédiaire, ces deux électrodes supplémentaires encadrant les deux groupes A et B en question. 15
De leur côté, les électrodes E! de l'échelle, non représentées, sont individuelles et flottantes, c'est-à-dire totalement isolées électriquement les unes des autres ainsi que de l'échelle. De la sorte, ces électrodes Ej de l'échelle ne fonctionnent qu'en tant qu'électrodes de transfert de signal. Cet agencement présente l'avantage de ne nécessiter aucun contact électrique entre le curseur et l'échelle, comme avec l'exemple d'exécution représenté fig. 1.
Dans cette troisième variante, le même effet peut être obtenu par le moyen de plusieurs électrodes d'alimentation ou de masse 30 isolées chacune des deux groupes d'électrodes A et B.
Un autre exemple d'agencement d'électrodes différent, non représenté, peut être constitué par l'interpénétration, à la manière des dents de deux peignes, des électrodes A^Aj, respectivement Bj-Bj, des deux paires d'électrodes du curseur. Cet agencement facilite le respect de la configuration symétrique des électrodes et de leur décalage.
Enfin, la conversion par approximation successive peut être remplacée par d'autres algorithmes tels que par exemple la conversion par itération.
R
4 feuilles dessins

Claims (7)

648 929
1. Dispositif de mesure capacitif du déplacement relatif de l'échelle et du curseur d'un instrument de mesure de longueurs ou d'angles, dans lequel l'échelle et le curseur sont munis de séries d'électrodes alignées dans la direction de leur déplacement relatif et agencées et alimentées électriquement de manière à former par leur association une pluralité de capacités électriques aptes à élaborer un signal périodique dont le nombre de périodes est proportionnel à ce déplacement, et dans lequel les électrodes du curseur sont reliées à un circuit électronique de traitement propre à élaborer un signal numérique terminal de mesure de ce déplacement par comptage du nombre de ces périodes et par interpolation à l'intérieur de chacune d'elles, caractérisé en ce que les électrodes (EJ de l'échelle (1) sont uniformément réparties dans la direction de sa longueur, en ce qu'au moins une partie des électrodes du curseur (2) sont réparties en deux groupes (A, B) comportant chacun au moins une paire d'électrodes (Aj-Bj, A2-B2) dans laquelle les deux électrodes sont isolées l'une de l'autre, disposées au-dessus de l'étendue des électrodes (Ej) de l'échelle et alimentées par un générateur de signal numérique, ces deux électrodes étant en outre déphasées de 180° et les deux groupes d'électrodes étant déphasés de 90°, de manière à former, par leur association avec les électrodes (Ej) de l'échelle, deux paires de capacités de mesure contre terre (CA1-CA2, CB1-CB2) dont l'évolution des signaux est significative de l'amplitude et du sens dudit déplacement, en ce que le circuit électronique de traitement (3) comprend deux groupes de capacités de référence commutées de type MOS (RAj-RA2, RB,-RB2) de poids binaires montées en pont avec les capacités de mesure de manière à former deux ponts capacitifs (4A, 4B), deux comparateurs (5A, 5B) reliés chacun à l'un de ces deux ponts, et un processeur (6) de type CMOS à deux entrées reliées à ces deux comparateurs, à deux sorties rétroactives (7, 8) reliées aux deux ponts capacitifs et dont le circuit comprend des modules (12,13) propres à effectuer une interpolation numérique à l'intérieur de chaque période en rétablissant périodiquement, sous la commande du générateur de signal numérique, l'équilibre des ponts capacitifs par commutation des capacités de référence (CR), la position des commutateurs (11) de ces capacités donnant à chaque équilibrage l'équivalent numérique du déplacement, le comptage des périodes pouvant par ailleurs être effectué entre ces opérations d'équilibrage par l'intervention d'un générateur d'impulsions.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les électrodes (E, — fig. 1, fig. 3, fig. 5) de l'échelle sont toutes reliées à la masse.
2
REVENDICATIONS
3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les électrodes (Ej — fig. 6) de l'échelle sont toutes reliées, tantôt à la masse, tantôt à une source à basse impédance (29) alimentée par le générateur de signal numérique, par deux commutateurs (27, 28) actionnés par le générateur de signal numérique.
4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacun des deux ponts capacitifs (4A, 4B) est constitué par deux amplificateurs opérationnels (23, 24) montés en intégrateurs d'inversion à capacités commutées dans lesquels la résistance est simulée par l'ensemble d'une capacité de mesure (CA!, CA2) et d'un commutateur (25, 26) actionné par le générateur de signal numérique, les capacités de référence (CR) étant montées dans la boucle de rétroaction de ces intégrateurs de façon à définir par leur action un gain contrôlé numériquement par les commutateurs (11) desdites capacités de référence (fig. 5, fig. 6).
5. Dispositif selon les revendications 1, 2 et 4, caractérisé en ce que les deux commutateurs (25, 26 — fig. 5) des deux intégrateurs sont montés de manière à commuter entre une source à basse impédance (29) alimentée par le générateur de signal numérique et la masse virtuelle des amplificateurs opérationnels (23, 24).
6. Dispositif selon les revendications 1, 3 et 4, caractérisé en ce que les deux commutateurs (25, 26 — fig, 6) des deux intégrateurs sont montés de manière à commuter entre la masse et la masse virtuelle des amplificateurs opérationnels (23, 24), ces deux commutateurs étant actionnés en synchronisme avec les commutateurs (27, 28) reliant les électrodes de l'échelle tantôt à la masse, tantôt à la source à basse impédance (29).
7. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les électrodes (Ej — fig. 7) de l'échelle sont individuelles et flottantes, cependant que le curseur (2) comporte, en plus de ses deux groupes d'électrodes (A, B), au moins une électrode d'alimentation ou de masse (30) isolée de ces deux groupes.
CH4133/82A 1982-07-07 1982-07-07 Dispositif de mesure capacitif de deplacement. CH648929A5 (fr)

Priority Applications (10)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CH4133/82A CH648929A5 (fr) 1982-07-07 1982-07-07 Dispositif de mesure capacitif de deplacement.
GB08316841A GB2123629B (en) 1982-07-07 1983-06-21 Capacitive device for the measurement of displacement
FR8310307A FR2530011B1 (fr) 1982-07-07 1983-06-22 Dispositif de mesure capacitif de deplacements
IN424/DEL/83A IN159378B (fr) 1982-07-07 1983-06-22
SE8303619A SE455230B (sv) 1982-07-07 1983-06-23 Anordning for kapacitiv metning av relativrorelsen mellan skalan och loparen hos ett lengdmetnings- eller vinkelmetningsinstrument
US06/508,898 US4543526A (en) 1982-07-07 1983-06-28 Capacitive device for the measurement of displacements
IT67725/83A IT1162890B (it) 1982-07-07 1983-07-01 Dispositivo di misura capacitivo di spostamenti
BR8303577A BR8303577A (pt) 1982-07-07 1983-07-04 Dispositivo de medicao capacitada de deslocamentorelativo da escala e de cursor de um instrumento de medicao do comprimento ou angulos
JP58124552A JPS5923218A (ja) 1982-07-07 1983-07-06 容量型変位測定装置
DE3324578A DE3324578C2 (de) 1982-07-07 1983-07-07 Vorrichtung zur kapazitiven Messung einer Verschiebung

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CH4133/82A CH648929A5 (fr) 1982-07-07 1982-07-07 Dispositif de mesure capacitif de deplacement.

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CH648929A5 true CH648929A5 (fr) 1985-04-15

Family

ID=4270450

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CH4133/82A CH648929A5 (fr) 1982-07-07 1982-07-07 Dispositif de mesure capacitif de deplacement.

Country Status (10)

Country Link
US (1) US4543526A (fr)
JP (1) JPS5923218A (fr)
BR (1) BR8303577A (fr)
CH (1) CH648929A5 (fr)
DE (1) DE3324578C2 (fr)
FR (1) FR2530011B1 (fr)
GB (1) GB2123629B (fr)
IN (1) IN159378B (fr)
IT (1) IT1162890B (fr)
SE (1) SE455230B (fr)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0747673A1 (fr) 1995-06-07 1996-12-11 Tesa Brown & Sharpe S.A. Dispositif de mesure capacitif
US6072318A (en) * 1996-10-11 2000-06-06 Brown & Sharpe Tesa S.A. Capacitive device for measuring dimension

Families Citing this family (48)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4677578A (en) * 1982-04-05 1987-06-30 Armco Inc. Non-contact sensing system for determining the relative elongation in a moving flat steel strip
US4633249A (en) * 1983-05-18 1986-12-30 Mitutoyo Mfg. Co., Ltd. Displacement detector utilizing change of capacitance
DE3338108A1 (de) * 1983-10-20 1985-05-02 Robert 5446 Engeln Wolff Digitale messvorrichtung fuer drehwinkelabhaengige groessen
DE3340782C2 (de) * 1983-11-11 1985-12-05 Mauser-Werke Oberndorf Gmbh, 7238 Oberndorf Kapazitive Längen- und Winkelmeßeinrichtung
CH666122A5 (fr) * 1986-04-10 1988-06-30 Hans Ulrich Meyer Capteur capacitif de position.
US4857828A (en) * 1986-05-30 1989-08-15 Control Logic (Proprietary) Limited Method and apparatus for detecting presence of objects
US4794393A (en) * 1986-08-22 1988-12-27 Imran Mir A Device for measuring parameters on electrocardiogram strip recordings
DE3637529A1 (de) * 1986-09-02 1988-03-17 Hengstler Gmbh Kapazitiver linear- oder drehgeber zum steuern und positionieren von bewegten gegenstaenden
US4896098A (en) * 1987-01-08 1990-01-23 Massachusetts Institute Of Technology Turbulent shear force microsensor
US4893071A (en) * 1988-05-24 1990-01-09 American Telephone And Telegraph Company, At&T Bell Laboratories Capacitive incremental position measurement and motion control
DE3834200A1 (de) * 1988-10-07 1990-04-12 Rexroth Mannesmann Gmbh Kapazitiver wegaufnehmer
US4958115A (en) * 1988-11-28 1990-09-18 At&T Bell Laboratories Capacitively commutated brushless DC servomotors
US5049824A (en) * 1988-12-12 1991-09-17 Mitutoyo Corp. Phase discrimination type electrostatic capacity detector
US5012237A (en) * 1989-05-26 1991-04-30 Cummins Electronics Company, Inc. Reflected electrostatic field angle resolver
JPH0318759A (ja) * 1989-06-15 1991-01-28 Akebono Brake Ind Co Ltd 輪速検出装置
CH685214A5 (fr) * 1991-10-15 1995-04-28 Hans Ulrich Meyer Capteur capacitif de position.
DE4201813A1 (de) * 1992-01-24 1993-07-29 Pav Praezisions Apparatebau Ag Vorrichtung zum messen einer geometrischen groesse
FR2688315B1 (fr) * 1992-03-09 1994-05-27 Sagem Capteur accelerometrique capacitif et accelerometre non asservi en comportant application.
SE470271B (sv) * 1992-06-29 1993-12-20 Johansson Ab C E Skalsystem för absolutmätning
US5321366A (en) * 1992-08-31 1994-06-14 Murata Mfg. Co. Ltd. Capacitance sensor apparatus of divided multi-electrode type
DE4308462A1 (de) * 1993-03-17 1994-09-22 Vdo Schindling Anordnung zur Signalverarbeitung für Absolutwertsensoren mit periodischen Strukturen, insbesondere für Positions- und Winkelsensoren
US5739775A (en) * 1993-07-22 1998-04-14 Bourns, Inc. Digital input and control device
US5880683A (en) * 1993-07-22 1999-03-09 Bourns, Inc. Absolute digital position encoder
DE4328525A1 (de) * 1993-08-25 1995-04-06 Mikroelektronik Und Technologi Längen- oder Winkelmeßeinrichtung
CH689190A5 (fr) * 1993-10-19 1998-11-30 Hans Ulrich Meyer Instrument de mesure de longueurs ou d'angles.
US5828142A (en) * 1994-10-03 1998-10-27 Mrs Technology, Inc. Platen for use with lithographic stages and method of making same
JP3125675B2 (ja) * 1996-03-29 2001-01-22 三菱電機株式会社 容量型センサインターフェース回路
DE19715078A1 (de) * 1997-04-11 1998-10-15 Univ Ilmenau Tech Verfahren zur kapazitiven Weg- und Winkelmessung
KR100744103B1 (ko) * 1997-12-30 2007-12-20 주식회사 하이닉스반도체 플래쉬메모리장치의로우디코더
CN1155794C (zh) 1999-12-02 2004-06-30 株式会社三丰 静电电容式变位检测装置
US6862832B2 (en) * 2002-07-17 2005-03-08 Ronnie G. Barrett Digital elevation knob
JP2006047135A (ja) * 2004-08-05 2006-02-16 Olympus Corp 静電エンコーダ
GB2419950A (en) * 2004-11-09 2006-05-10 Sharp Kk Capacitance measuring apparatus for LCD touch screen
JP2007093287A (ja) * 2005-09-27 2007-04-12 Tietech Co Ltd リニアモータ
CN101421913B (zh) * 2006-04-12 2012-07-18 诺沃-诺迪斯克有限公司 药品传输设备中的可移动安装元件的绝对位置的确定
CN101641571B (zh) * 2007-04-19 2012-10-24 星电株式会社 旋转输入装置及使用该旋转输入装置的旋转检测装置
JP5171395B2 (ja) * 2007-07-31 2013-03-27 京セラ株式会社 ステージの位置変動検出装置およびこれを備えた搬送装置
US7570066B2 (en) * 2007-11-01 2009-08-04 Seagate Technology Llc Simultaneous detection of in-plane and out-of-plane position displacement with capacitive sensors
JP5153457B2 (ja) * 2008-05-29 2013-02-27 京セラ株式会社 ステージの位置変動検出装置およびこれを備えた搬送装置
WO2010051264A1 (fr) * 2008-10-28 2010-05-06 Pile Dynamics, Inc. Capteur de contrainte et de déplacement, et système et procédé d’utilisation
RU2539995C2 (ru) 2008-11-06 2015-01-27 Ново Нордиск А/С Устройство для ввода лекарства со вспомогательной электронной системой
US8516886B2 (en) 2010-04-30 2013-08-27 Qualcomm Mems Technologies, Inc. Micromachined piezoelectric X-Axis gyroscope
US9939932B2 (en) * 2014-03-21 2018-04-10 Advanced Sensor Technology Limited Position sensing device and method using self-capacitance
JP6371643B2 (ja) * 2014-09-03 2018-08-08 オリエンタルモーター株式会社 静電エンコーダ
GB2550967A (en) * 2016-06-03 2017-12-06 Brandenburg (Uk) Ltd Sensing of objects
CN106643455B (zh) * 2016-12-26 2018-11-30 清华大学 一种电容式旋变位移传感器
WO2018157015A1 (fr) 2017-02-27 2018-08-30 Pile Dynamics, Inc. Système de mesure de contrainte sans contact et son procédé d'utilisation
US20190360843A1 (en) * 2018-05-22 2019-11-28 Chad Unterschultz Capacitive Position Sensing

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH538114A (de) * 1971-05-06 1973-06-15 Bauer Messinstrumente Ag Vorrichtung zur Digitalen, kapazitiven Messung der örtlichen Lage von Trennschichten zwischen mindestens zwei aneinandergrenzenden Medien
CH550378A (de) * 1972-09-07 1974-06-14 Maag Zahnraeder & Maschinen Ag Vorrichtung zur kapazitiven winkel- oder laengenmessung.
US3938113A (en) * 1974-06-17 1976-02-10 International Business Machines Corporation Differential capacitive position encoder
US3990005A (en) * 1974-09-03 1976-11-02 Ade Corporation Capacitive thickness gauging for ungrounded elements
SE411392B (sv) * 1977-12-09 1979-12-17 Inst Mikrovagsteknik Vid Tekni Metanordning for kapacitiv bestemning av det inbordes leget hos tva relativt varandra rorliga delar
JPS568508A (en) * 1979-07-02 1981-01-28 Nippon Soken Inc Rotation detector
DE3039483C2 (de) * 1980-10-18 1986-09-11 Dr. Johannes Heidenhain Gmbh, 8225 Traunreut Inkrementale Längen- oder Winkelmeßeinrichtung

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0747673A1 (fr) 1995-06-07 1996-12-11 Tesa Brown & Sharpe S.A. Dispositif de mesure capacitif
US5977781A (en) * 1995-06-07 1999-11-02 Brown & Sharpe Tesa S.A. Capacitive measuring device
US6072318A (en) * 1996-10-11 2000-06-06 Brown & Sharpe Tesa S.A. Capacitive device for measuring dimension

Also Published As

Publication number Publication date
GB8316841D0 (en) 1983-07-27
GB2123629B (en) 1986-01-08
DE3324578C2 (de) 1985-06-20
SE8303619D0 (sv) 1983-06-23
BR8303577A (pt) 1984-02-14
SE8303619L (sv) 1984-01-08
IN159378B (fr) 1987-05-09
GB2123629A (en) 1984-02-01
SE455230B (sv) 1988-06-27
JPH0376687B2 (fr) 1991-12-06
DE3324578A1 (de) 1984-01-12
US4543526A (en) 1985-09-24
FR2530011A1 (fr) 1984-01-13
IT1162890B (it) 1987-04-01
JPS5923218A (ja) 1984-02-06
IT8367725A0 (it) 1983-07-01
FR2530011B1 (fr) 1986-11-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CH648929A5 (fr) Dispositif de mesure capacitif de deplacement.
EP0538184B1 (fr) Capteur capacitif de position
US6297488B1 (en) Position sensitive light spot detector
EP0590658A1 (fr) Dispositif de mesure d'une force
FR2555377A1 (fr) Circuit electronique utilisable dans les dispositifs a circuit integre contenant des filtres a condensateurs commutes
WO2009103751A1 (fr) Capteur de vision pour la mesure des contrastes et methode pour effectuer une telle mesure
EP0252566B1 (fr) Caméra à scintillation
FR2625396A1 (fr) Procede et dispositif pour determiner la position du centre d'un signal lumineux recu dans un detecteur a mosaique a couplage de charges
EP3629573A1 (fr) Capteur d'images rapide a regroupement de pixels
FR2532418A1 (fr) Gyroscopes a laser en anneau
WO2011138529A1 (fr) Procede et dispositif de caracterisation ou de mesure d'une capacite
FR2826723A1 (fr) Systeme de mesure capacitif
FR2573213A1 (fr) Circuit tampon a structure differentielle pour la mesure de charges capacitives
EP2372917B1 (fr) Dispositif de conversion analogique-numérique parallele et detecteur d'imagerie comportant un tel dispositif
WO1996021269A1 (fr) Dispositif electronique de conversion de l'energie electrique et installation d'alimentation en faisant usage
EP2783466A1 (fr) Dispositif imageur comprenant un circuit de conversion analogique-numérique par injection de charges en quantité variable en fonction du nombre d'injections précédentes
FR2914427A1 (fr) Dispositif de mesure d'une charge electrique sous forme numerisee.
EP0749234B1 (fr) Capteur d'image à semi-conducteur à transformation intégrée d'histogramme de pixels
EP0783109B1 (fr) Dispositif de mesure d'une force à l'aide d'un capteur capacitif
FR2720510A1 (fr) Dispositif de mesure d'une force.
EP0109316B1 (fr) Circuit d'amplification et de mesure de charge électrique par impulsions
EP0063520B1 (fr) Commutateur de mesure électrique d'impédances réactives, et pont de mesure utilisant un tel commutateur
EP0541455B1 (fr) Méthode de conversion de rapports d'impédances applicables notamment aux transmetteurs de pression industriels
FR2565695A1 (fr) Procede et dispositif de mesure de la composante reactive d'une impedance complexe
FR2723277A1 (fr) Convertisseur analogique-numerique et systeme de conversion analogique-numerique mettant en oeuvre ledit convertisseur

Legal Events

Date Code Title Description
PL Patent ceased