Добрый день, коллеги!
Надеюсь на помощь коллективного разума.
Есть две параллельные трубы, которые колеблются в противофазе с частотой 200-600 Гц. Требуется измерять их взаимное перемещение. Амплитуда колебаний, по предварительным оценкам, не превышает 1,0-1,5 мкм.
Пробовали решать задачу "в лоб", ставить магнит на одну трубу и катушку на другую. Линейный усилитель 1:100. Сигнал получался хороший, красивый. Но есть заметная наводка на катушку от близстоящего элекромагнитного возбудителя, а также наводки промышленных ЭМ помех (50 Гц и прочая).
Пробовали пьезодатчики, но у них другие траблы, они чуют все виды деформации труб (крутильные колебания, синфазные колебания и прочее).
Хочется применить другой метод измерения перемещений (или скорости/ускорения перемещения). Например, оптические или СВЧ методы. Копнул инет и видел упоминания автодинных датчиков (лазерные и СВЧ). Пишут про их разрешающую способность в несколько нанометров. Но готовых изделий и подробных техописаний не встречал. Из конструктивных ограничений: датчик должен помещаться между трубами в зазор 30 мм.
Может кто-то сталкивался с подобной задачей? Есть готовые малогаборитные решения? Или поделитесь ссылками на ресурсы, где подобные темы могут обсуждаться.
Спасиб!

Сообщение отредактировал dmplus - Sep 1 2009, 14:51

В принципе мне кажется Вам должен подойти простейший емкостной датчик, но увы готового к применению решения (железа) предложить не могу.

Можно попробовать уменьшить влияние внешних полей сделав две одинаковые катушки и включив их навстречу друг-другу, и их расположить так чтобы одна из них магнит чуяла сильнее другой.
Емкость измерять уже посоветовали.

а с какой точностью положение надо знать?

Преобразовать перемещение в усилие + тензодатчик ?

Обратите внимание на LVDT датчики. Мин.разрешение 0.1 микрон.

Еще одно предложение - попытаться поставить полосовой фильтр.
По поводу LVDT - по моему для них частота великовата или придется помучиться с конструкцией..

Спасибо всем откликнувшимся.

Две встречно включенные катушки сейчас уже пробуем. Попутно думаем об экранировке приемников. Работаем в этом направление. Просто хотелось попробавать применить другие методы измерений, заведомо менее чувствительные к внешним полям и помехам.

Точность положения как таковая особо не интересует. Интересен любой параметр, характеризующий перемещение: скорость или ускорение. Магнит+катушка как раз меряют скорость и этого было бы достаточно, если бы не наводки. В будущем планируется работа вблизи от мощного элекрооборудования, так что наводки увечичаться в разы. А хочется иметь дин.диапазон хотя бы 50-60 дб.
Может есть компактные скоростемеры на эффекте Доплера? Или акселерометры пробовать, ? Макс. ускорение на частоте 600 Гц и амплитуде колебаний 1 мкм порядка 1,5g. Но как у акселерометров с шумом?

Можно перепробовать множество методов, благо их вон сколько... Только времени и сил это займёт немало, если аккуратно всё делать. Предлагаю тоже довести используемый Вами принцип до совершенства и не торопиться перескакивать с одного на другое. Поскольку наводки в полосу интересующих Вас частот не входят, следует их тщательно отфильтровать, вырезать 50 Гц большого труда не составит. Плюс дифференциальный датчик и экранировка, как уже посоветовали, значительно улучшат показатели, стоит только повозиться.

А почему бы не использовать стандартные схемы с конденсаторами?
Емкостный мост, возбуждаемый на... 10-20 МГц, синхронный детектор... Получится положение.
Или вариант с движущейся обкладкой, заряд которой сохраняется. Через резистор большого номинала соединяется с источником достаточно большого напряжения. Скорость получится...

Еще и как повозиться, если учитывать, что оно еще и на флуктуации влажности реагирует (поток воздуха дунул - и датчик улетел).
Почему бы не поробовать дифф. датчик индуктивный?
Пример: Катушка в контуре генератора на 10 МГц. Выход - разность частот. При использовании катушки диам. 30-36 мм у такой системы имеется линейный участок до 10 мм, а разрешающая способность на зазоре от 5 мм позволяет мерять микроны.
Требуется лишь на порядок повысить точность.

Есть ещё вариант.. Заменить магнит на катушку подключенную к источнику гармонического напряжения с частотой >> 50 Гц. Получится трансформатор с переменным коэффициентом трансформации зависящим от взаимного расстояния катушек и включенная последовательно с одной из его обмоток ЭДС связанная со скоростью перемещения катушек. Далее, с помощью ЦОС можно будет отфильтровать помехи и определить скорость движения и расстояние между катушками..

Так об индуктивном и шла речь, причём тут влажность? Кстати, на описываемом Вами принципе как-то делал плотномер (ареометр) для непроводящей жидкости. (Да и просто весы). Поплавок был подвешен между двух пружин, включеннных как катушки индуктивности в двух независимых LC-генераторах. Зависимость индуктивности от удлинения катушки (пружины) - нелинейная, но хорошо компенсировалась нелинейной же зависимостью частоты от индуктивности. Дифференциальный выход (на разность частот) дополнительно линеаризировал характеристику и получалось в итоге неплохо, даже с разными диаметрами, шагом и длинами пружин. До конца провести исследования мне не довелось, но запомнилось, что удлинение где-то до трети от первоначальной длины давало вполне перспективный результат. И по чувствительности, и по линейности. Частоты были в диапазоне 1 - 10МГц. Единственно, что слабо поддавалось объяснению - некоторый гистерезис, который победить так и не успел.

Давным-давно в точных весах для победы над Гистерезисом пружинки делали из кварца.

Разделила. Но вы и сами могли завести новую тему под такой шапкой.

Можно попробовать акселерометр ADXL103\203 . Это микромеханический емкостный датчик. Измеряет до +_ 1,7g , чувствительность 1,0 В/g . На выходе ставят фильтр. Работает от 0 до 2500 Гц. Размеры 5х5х2 мм. Наводки не должны быть большими при правильном монтаже. Но шумы довольно большие. Кстати, катушку можно экранировать от магнитной составляющей экраном Фарадея , а электрическая на катушку влияет мало. То есть, делаете узкие длинные прорези в экране и правильно его располагаете.