容柵傳感器測距原理
長容柵 傳感器 由定尺 和動尺組成 ，在定尺 和動 尺 的相對 面 上分別印制(或刻劃)一系列互相絕緣、等間隔的金屬柵狀極 片。若將定 尺和動 尺的柵極 面相 對放 置，其 間充 填 電介 質(zhì) ，就 形成一對對并聯(lián)連 接的 電容 (即容柵 )。根據(jù) 電場理 論并忽 略 邊緣效 應(yīng) ，其最大電容量為 Cm~=n6ab (1) 式中：n為動尺柵極片數(shù) ；s為極板間介質(zhì)的介電常數(shù)，s=8 · s，；g。為真空介電常數(shù) ，s。=8．0854×10～；s 為極板間介質(zhì)的 相對介電常數(shù) ；6為極板間距；n為柵極片的長度；b為柵極片的 寬度。 容柵數(shù)顯卡尺動尺 和定尺 的結(jié)構(gòu) 示意 圖如 圖 1所 示 。圖 中動尺 上排列一系列尺寸相同 的發(fā)射極片用 E表示 ，公共 接收 極為 R，定尺上均勻排 列著 一系列 尺寸 相 同、寬度 和 間隙各 為 4z。的反射電極片 M。，M：，…，電極片間互相 電絕緣 。動尺 和定 尺的電極 片面相對 ，平 行安裝 。 當(dāng)容柵傳感器的發(fā)射極被加上一個頻率和相位嚴(yán)格按照 周期變化的激勵電壓信號時，根據(jù)電容器工作原理，在反射極 上將會感應(yīng)產(chǎn)生與發(fā)射極頻率及相位相同的電壓信號。同理 ， 在接收極也將得到頻率及相位與激勵信號相同的感應(yīng)電壓信 號 。當(dāng)動?xùn)虐逑鄬τ诙虐逡苿訒r ，在反射極上將 產(chǎn)生 隨位 移變化而導(dǎo)致相位與頻率變化的感應(yīng)信號，隨之，接收極也產(chǎn)生 隨反射極信 號變化而 變化 的感應(yīng)信 號。接收極 上的變 化信 號 經(jīng)過專用集成 電路 的處理 ，就可以知道位 移的大小 。
硬件 電路組成及原理
2．1 AT89C52單片機(jī) 所設(shè)計(jì) 的 MCU采用 AT89C52單片機(jī) ，它采用 CHMOS工藝 及高密度 、非易失存 儲技術(shù) 制造 ，與 80C51引腳 和指令 系統(tǒng) 完 全兼容，其內(nèi)部所含功能部件如下 ：1個 8位 CPU；1個片內(nèi)振 蕩器及時鐘電路 ；8kBPEROM；3個 16位定時／計(jì)數(shù)器；21個特 殊功能寄存器 ；4個 8位并行 I／O口，共 32條可編程 VO端線 ； 1個可編程全雙工 串行 口；8個 中斷源 。 2．2 電平轉(zhuǎn)換電路 容柵傳感器輸出的電容信號經(jīng)過容柵集成芯片的處理可轉(zhuǎn) 化成為數(shù)字信號輸出。其中輸出信號有 4根線，分別為電源線(+1．5v)、地線(0V)、時鐘控制線 CLK、串行數(shù)據(jù)輸出線 Data． 時鐘控制線 CLK輸出同步時鐘信號，在每次數(shù)據(jù)傳送中， 開始為 54 s的高電平，表示數(shù)據(jù)傳輸開始。接下來串行數(shù)據(jù) 輸出線 Data輸出2組數(shù)據(jù)，前組為絕對數(shù)據(jù)；后組為相對數(shù)據(jù) ， 每段數(shù)據(jù)有 24個時鐘周期 。其中絕對數(shù) 據(jù)包 含基準(zhǔn) 零位 的數(shù) 據(jù) ，相對數(shù)據(jù) 為減去基準(zhǔn)零位 的數(shù)據(jù) -2]。在 2組數(shù) 據(jù) 的中間 有 110 s的高 電平 ，最后 為 75 的 高 電平 表示 數(shù) 據(jù)輸 出完 畢 。其輸出 的波形 圖如 圖 2所示 。