【正文】 體已校準(zhǔn)好 ， 輸出 0 — 10V。 當(dāng)應(yīng)用對(duì)復(fù)雜構(gòu)件測(cè)量時(shí) ， 用戶可以通過(guò)調(diào)整零點(diǎn)和放大倍數(shù)電位器 ， 使輸出特性校準(zhǔn)成最佳 。 校準(zhǔn)用 2點(diǎn)校準(zhǔn)法 （ 1零點(diǎn) ， 2線性終點(diǎn) ） ， 在校準(zhǔn)器上完成的 。 在犧牲精度的情況下，測(cè)量范圍可以擴(kuò)展 2 3倍，如圖 。 圖 capaNCDT的測(cè)量范圍與線性度 6） 傳感器和電纜： 傳感器為帶保護(hù)環(huán)電容傳感器。它用 1米長(zhǎng)電纜同前置器連接起來(lái)。傳感器電纜通過(guò)專用插頭同傳感器連接。所有標(biāo)準(zhǔn)傳感器應(yīng)用時(shí)，無(wú)須在校準(zhǔn)，靈敏度誤差在 — 1%以內(nèi)。特殊傳感器請(qǐng)咨詢。所有傳感器無(wú)安裝座，也能簡(jiǎn)單安裝。固定通常用埋頭螺釘或者開口夾（如圖 ）。 傳感器和前置器是用一根專用的 1米長(zhǎng)雙層屏蔽電纜連接。有 3種電纜型號(hào)可選（見 表 33所示）。 圖 安裝形式 TR230/TR250/TR2100型容柵測(cè)微傳感器 1) 工作原理 如圖 ， 容柵測(cè)量系統(tǒng)是一種無(wú)差調(diào)節(jié)的閉環(huán)控制系統(tǒng)，它的基本測(cè)量部分是一個(gè)差動(dòng)電容器，它的作用是利用電容的電荷耦合方式將機(jī)械位移量轉(zhuǎn)變成為電信號(hào)的相應(yīng)變化量，將該電信號(hào)送入電子電路后，再經(jīng)過(guò)一系列變換和運(yùn)算后顯示出機(jī)械位移量的大小。本傳感器具有測(cè)量范圍大，精度高，使用方便的特點(diǎn)。 2) 外型尺寸 具體結(jié)構(gòu)尺寸為： TR230型的 L0=31（ mm）， L=194（ mm）； TR250型的 L0=51（ mm），L=251（ mm）； TR2100型的 L0=102（ mm）， L=403（ mm）； 3） 技術(shù)指標(biāo) I. 測(cè)量范圍： 030mm/050mm/0100mm II. 分辨率： 、 III. 測(cè)力： ≤ IV. 最大移動(dòng)速度： V. 工作溫度： 10℃ 40℃ VI. 存儲(chǔ)溫度： 0℃ 55℃ 圖 TR2型容柵測(cè)微傳感器結(jié)構(gòu)示意圖 4）特點(diǎn) I. 由于傳感器采用等節(jié)距的柵型結(jié)構(gòu)，使測(cè)量的精度不直接與長(zhǎng)度有關(guān)，故非常適宜于大位移測(cè)量。 II. 測(cè)量速度快。分辨率為 ，測(cè)量速度可達(dá) ； 分辨率為 ,測(cè)量速度可達(dá) 。 分辨率為 ，測(cè)量速度一般應(yīng)在。其它可測(cè)大位移的傳感器在測(cè)量速度上也很少能達(dá)到容柵類傳感器的水平。 III. 傳感器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于與集成電路制成一體，易進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)。傳感器機(jī)械部分主要由兩組極板組成，結(jié)構(gòu)小巧，使得測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉。這一優(yōu)點(diǎn)也是其它類型的位移測(cè)量系統(tǒng)所不能比擬的。 IV. 對(duì)使用環(huán)境要求不高。能抗電、磁場(chǎng)的干擾；采用適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)措施后，能防油污、防塵，對(duì)空氣濕度不敏感，適合于在車間生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)使用。這也是容柵測(cè)量系統(tǒng)的一個(gè)很突出的優(yōu)勢(shì)。 V. 能耗少。這是由于傳感器本身的介質(zhì)損耗和靜電引力都很小的緣故。電路采用大規(guī)模的CMOS集成電路，使電路能在底工耗下工作。一顆扣式氧化銀電磁就可使其連續(xù)工作一年時(shí)間。這一優(yōu)點(diǎn)使得在通用精密量具上實(shí)現(xiàn)數(shù)顯，并使之成為具有很大發(fā)展前途的產(chǎn)品。 VI. 功能多，運(yùn)用方便。容柵測(cè)量系統(tǒng)的電子線路經(jīng)過(guò)幾度改進(jìn)，使其系統(tǒng)逐漸完善，現(xiàn)在的電路具有任意點(diǎn)置零，公英制轉(zhuǎn)換、值保持、最大值最小值尋找，數(shù)值予值，測(cè)量速度過(guò)快及電磁電壓過(guò)低報(bào)警等功能，使測(cè)量系統(tǒng)的運(yùn)用方便，確保測(cè)量數(shù)據(jù)的正確性。 Ⅶ . 串行碼數(shù)據(jù)輸出，可供計(jì)算機(jī)進(jìn)行相應(yīng)要求的處理以及打印機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄。這對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量控制提供了便利條件。 . 4 電容式指紋傳感器 電容式指紋傳感器有單觸型和劃擦型兩種 ， 是目前最新型的固態(tài)指紋傳感器 ， 它們都是通過(guò)在觸摸過(guò)程中電容的變化來(lái)進(jìn)行信息采集 。 這兩類電容式指紋傳感器的工作原理為：當(dāng)指紋中的凸起部分置于傳感電容像素電極上時(shí) ，電容會(huì)有所增加 ， 通過(guò)檢測(cè)增加的電容來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集 。 傳感器中的像素點(diǎn)為 45平方微米 ，間隔為 50微米 ， 電容像素陣列的分辨率略高于 500dpi。 這類傳感器基于一種標(biāo)準(zhǔn)的單 多晶硅三層金屬 CMOS工藝 ， 并采用 。 金屬互連的第三層構(gòu)成電容像素層 ， 由氮化鈦制成并覆蓋著一層氮化硅 ， 厚度僅為 7000埃米 。 這種硬金屬電極與抗磨涂敷層組合形成的傳感器十分堅(jiān)實(shí)耐用 ， 使用壽命可以達(dá)到很多年 。 它們的用途主要有： 指紋檢測(cè) 人類的指紋由緊密相鄰的凹凸紋路構(gòu)成 ， 通過(guò)對(duì)每個(gè)像素點(diǎn)上利用標(biāo)準(zhǔn)參考放電電流 ， 便可檢測(cè)到指紋的紋路狀況 。 每個(gè)像素先預(yù)充電到某一參考電壓 ， 然后由參考電流放電 。 電容陽(yáng)極上電壓的改變率與其上的電容成下面的比例關(guān)系： Iref=C dv/dt (331) 處于指紋的凸起下的像素 (電容量高 )放電較慢 ， 而處于指紋的凹處下的像素 (電容量低 )放電較快 。 這種不同的放電率可通過(guò)采樣保持 (S/H)電路檢測(cè)并轉(zhuǎn)換成一個(gè) 8位輸出 ， 這種檢測(cè)方法對(duì)指紋凸起和低凹具有較高的敏感性 ， 并可形成非常好的原始指紋圖像 。 采用復(fù)雜的軟件算法可以進(jìn)行指紋識(shí)別 。 這種軟件采集原始的指紋圖像 ， 將圖像信息數(shù)字化并提取其中的細(xì)節(jié)模板 ， 然后進(jìn)行測(cè)試 ， 確定提取的細(xì)節(jié)模板是否與參考模板吻合 。 單觸型傳感器與劃擦型傳感器的尺寸和成本都不一樣 。 接觸式傳感器較大 ， 通常有效接觸面為 15 15mm， 可迅速地采集最大的指紋或拇指指紋 。 這種傳感器易于使用 ， 并可將整個(gè)指紋圖像以 500dpi(自動(dòng)指紋識(shí)別標(biāo)準(zhǔn) )的精度進(jìn)行快速傳輸 。 這種傳感器由 256(列 ) 300(行 )微型金屬電極組成 ， 每一列連接到一對(duì) S/H電路上 。 指紋圖像依次逐行采集 ， 每個(gè)金屬電極均作為電容的一個(gè)極 ， 與之接觸的手指則是電容的另一個(gè)極 。 在器件表面有一層鈍化層 ， 作為兩個(gè)電容極間的電介質(zhì)層 。 將手指置于傳感器上時(shí) ，指紋上的凸起和低凹會(huì)在陣列上產(chǎn)生不同的電容值 ， 并構(gòu)成用于認(rèn)證的一整幅圖像 。 劃擦型傳感器是一種新型指紋采集器件 ， 要求用戶將手指在器件上劃過(guò) 。 劃擦型傳感器的優(yōu)點(diǎn)是尺寸小 (如富士通的 MBF300尺寸僅為 mm2)和成本低 。 這些器件主要用于移動(dòng)設(shè)備的嵌入式安全識(shí)別應(yīng)用 ， 如手機(jī)和 PDA。 精密的圖像重建軟件以接近 2022幀 /秒的速度快速地從傳感器上采集多個(gè)圖像 ， 并將每個(gè)幀的數(shù)據(jù)細(xì)節(jié)組織到一起 。 信息及認(rèn)證 毫無(wú)疑問(wèn) ， 便攜式低成本指紋識(shí)別技術(shù)對(duì)我們的生活意義深遠(yuǎn) 。 例如 ， 今后警察可在一個(gè)犯罪高發(fā)區(qū)截住一名嫌疑人 ， 要求其提供指紋而不是身份證或汽車駕照 。 此人則將其右手的第一 、 二或第三個(gè)手指置于一個(gè)與無(wú)線 PDA相連的傳感器上 ， 可以迅速將嫌疑人與以前的犯罪記錄進(jìn)行對(duì)比確認(rèn) 。 這種識(shí)別技術(shù)對(duì)于被盜的手機(jī)用戶也有好處。手機(jī)開機(jī)時(shí)要求用戶通過(guò)一個(gè)快速的認(rèn)證過(guò)程，用戶將其手指劃過(guò)傳感器，如果通過(guò)認(rèn)證則授權(quán)使用手機(jī)的各項(xiàng)功能。如果不是授權(quán)用戶，手機(jī)便繼續(xù)保持鎖住。如果連續(xù)幾次認(rèn)證無(wú)法通過(guò)，則手機(jī)會(huì)刪除存儲(chǔ)器中的關(guān)鍵信息然后關(guān)機(jī)。 在今后的汽車應(yīng)用中 ， 用戶可輸入家庭成員指紋樣本 ， 經(jīng)鑒權(quán)才能駕駛 。 注冊(cè)過(guò)程十分簡(jiǎn)單：每個(gè)授權(quán)駕駛的成員將其手指置于傳感器上 ， 并將汽車的各種參數(shù)按個(gè)人愛(ài)好進(jìn)行設(shè)置 ， 然后將這些設(shè)置存入車載的電腦存儲(chǔ)器中 。 當(dāng)駕駛者進(jìn)入汽車時(shí) ， 他 /她將手指置于傳感器上 ， 啟動(dòng)識(shí)別過(guò)程 。 不到一秒鐘 ， 電腦將檢測(cè)到的指紋模板與存儲(chǔ)的模板進(jìn)行比較 ， 并建立一個(gè)與駕駛者相符的相關(guān)設(shè)置 。指紋模板和匹配軟件保存在汽車內(nèi)的一個(gè)嵌入式模塊中 。 當(dāng)指紋匹配成功時(shí) ， 汽車便按已編程設(shè)定的內(nèi)部參數(shù)來(lái)控制后視鏡 、 汽車座椅 、 無(wú)線基站以及車內(nèi)空氣環(huán)境 。 此外 ， 還可控制駕駛速度 ， 如果駕駛者僅為十來(lái)歲的孩子 ， 則將速度限制在每小時(shí) 55公里 。 目前這些傳感器已完成設(shè)計(jì) ， 并用于美國(guó)政府機(jī)構(gòu)及警察局進(jìn)行指紋識(shí)別 。 不久的將來(lái)還將逐漸用于汽車單觸式無(wú)鑰匙進(jìn)入系統(tǒng) ， 以及信息安全中 。 當(dāng)然，電容式傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域遠(yuǎn)不止以上所列舉的幾個(gè)方面，其結(jié)構(gòu)類型也不勝枚舉，它在檢測(cè)及控制中的應(yīng)用是十分廣泛的。 思考題 ?為了提高傳感器的靈敏度可采取什么措施并應(yīng)注意什么問(wèn)題 ? ?采取什么措施可改善其非線性特征 ? ,結(jié)構(gòu)組成如圖所示 .電容傳感器起始時(shí) b1=b2=b=2mm,極距 =2mm,極間介質(zhì)為空氣 ,測(cè)量電路 u1=3sinwtV,且 u=求當(dāng)動(dòng)極板上輸入一位移量 △ x=5mm時(shí) ,電橋輸出電壓 u0。 b1da 1Δ x 題 圖b2a 2C 1C 2C 1C 2u iu 0uu ，如圖所示 .傳感器的起始電容量 Cx0=20pF,定動(dòng)極板距離 d0=,運(yùn)算放大器為理想放大器 (即 K→∞ ,Zi→∞),Rf 極大 ,輸入電壓 ui=△ x= d0減小時(shí) ,電路輸出電壓 u0為多少 ? 322所示正方形平板電容器 ,極板長(zhǎng)度 a=4cm,極板間距離 =型傳感器測(cè)量位移 x,試計(jì)算該傳感器的靈敏度并畫出傳感器的特性曲線 .極板間介質(zhì)為空氣 ,Е 0= 1012F/M. +u iu 0 題 圖 xR fxa 題 5