Высокоточное измерение изменения емкости Опции

[Konrad]

Здравствуйте, коллеги.
Жизнь заставляет заняться новой для меня темой - электроникой для твердотельного волнового гироскопа (ТВГ). Опыта в этой сфере нет, а задачи ставятся очень непростые...

Необходимо измерять изменение емкости емкостного датчика +-1пФ с точностью 0.01фФ... Ну, точность, ясно, запредельная. но нужно получить максимум возможного. Емкость меняется по синусоидальному закону с частотой ~3кГц (частота резонанса ТВГ).

Коллеги, есть у кого опыт работы с ТВГ в целом, и прецизионного измерения изменения емкости в частности?

[novikovfb]

Посмотрите 1310НМ01
PS Вы не из Фиолента?

[Konrad]

Посмотрите 1310НМ01
PS Вы не из Фиолента?

я из НИИ командных приборов

Посмотрите 1310НМ01

не нашел нигде описания, но подозреваю, что это что-то типа AD7745/AD7746.
Мне имхо нужно что-то более быстрое. Мне известны моменты времени, когда емкость достигает своего максимума и минимума. Я бы хотел производить в эти моменты измерения и брать их разность, получая таким образом амплитуду и исключая ошибки связанные со всяческими смещениями и погрешностями по постоянному току.

[Tanya]

Необходимо измерять изменение емкости емкостного датчика +-1пФ с точностью 0.01фФ... Ну, точность, ясно,

А какова величина емкости? Какое можно подать напряжение на этот конденсатор?

[novikovfb]

не нашел нигде описания, но подозреваю, что это что-то типа AD7745/AD7746.
Мне имхо нужно что-то более быстрое. Мне известны моменты времени, когда емкость достигает своего максимума и минимума. Я бы хотел производить в эти моменты измерения и брать их разность, получая таким образом амплитуду и исключая ошибки связанные со всяческими смещениями и погрешностями по постоянному току.

Невнимательно прочитал Ваши требования. Миландровская микросхема побыстрее (2000 выборок в секунду), но хуже точность (12 разрядов), не подходит под эти требования. Почему они убрали описание - не знаю.

[Konrad]

А какова величина емкости? Какое можно подать напряжение на этот конденсатор?

Выясню на днях. Пока только такие вводные.

[rudy_b]

Необходимо измерять изменение емкости емкостного датчика +-1пФ с точностью 0.01фФ... Ну, точность, ясно, запредельная. но нужно получить максимум возможного. Емкость меняется по синусоидальному закону с частотой ~3кГц (частота резонанса ТВГ).

А какова базовая емкость? Та, которая меняется на +-1пФ?

Т.е. можно измерять по мостовой (компенсационной) схеме, что повысит точность, но нужно знать величину самой емкости, чтобы оценить достижимую точность.

И на какой частоте можно работать? Если, допустим, 100 МГц допустимо, то задача упрощается - модуль сопротивления 1 пФ - порядка 1.6 кОм.

[Konrad]

А какова базовая емкость? Та, которая меняется на +-1пФ?

номинал - 20пФ, макс. напряжение - 100В.

И на какой частоте можно работать? Если, допустим, 100 МГц допустимо, то задача упрощается - модуль сопротивления 1 пФ - порядка 1.6 кОм.

не совсем понимаю, чем она (частота) определяется?

[novikovfb]

не совсем понимаю, чем она (частота) определяется?

Насколько понимаю устройство ТВГ, там в одном объеме собраны 4 или более конденсатора, емкость которых надо измерять. Т.е. будет еще и взаимовлияние этих конденсаторов. Чем выше частота, на которой измеряется реактивное сопротивление конденсатора - тем тщательнее надо учитывать переизлучения и прочие побочные эффекты.
Как еще один способ - подать на конденсаторы постоянное напряжение 100 В и следить за током зарядки/разрядки при изменении емкости конденсаторов. Амплитуда тока порядка 0,1 мкА, на резисторе в 1 МОм будет весьма ощутимое падение напряжения. Т.к. надо мерить не абсолютное значение, а размах (точнее - соотношение размахов между конденсаторами) - может что-то хорошее и получится.

Сообщение отредактировал novikovfb - Jul 6 2017, 11:36

[rudy_b]

Ага, потихоньку просачивается важная инфа - оказавается емкость еще и к чему-то подключена - на ней есть напряжение 100 В.

И как отличить изменение параметров емкости от изменения параметров этого "чего-то"?

[Konrad]

Как еще один способ - подать на конденсаторы постоянное напряжение 100 В и следить за током зарядки/разрядки при изменении емкости конденсаторов. Амплитуда тока порядка 0,1 мкА, на резисторе в 1 МОм будет весьма ощутимое падение напряжения. Т.к. надо мерить не абсолютное значение, а размах (точнее - соотношение размахов между конденсаторами) - может что-то хорошее и получится.

Да. Именно к этому варианту я и склоняюсь. Так снимается сигнал с конденсаторных микрофонов. И номинал резистора и напряжение мне пришли в голову примерно такие же. Но разработчики железки сказали, что подав постоянное высокое напряжение, я создам электростатическую демпфирующую силу, которая может глушить колебания. При этом в одной книжке по ТВГ я видел как раз именно такой способ измерения.
Но в нашей конторе еще давным давно заказали у другой конторы что-то вроде эскизного проекта. В нем рекомендовали модулировать изменением емкости ВЧ-несущую и потом детектировать огибающую. В итоге все мои предшественники городили какие-то модуляторы-демодуляторы на 10 МГц...

А как правильно, ХЗ

Ага, потихоньку просачивается важная инфа - оказавается емкость еще и к чему-то подключена - на ней есть напряжение 100 В.

И как отличить изменение параметров емкости от изменения параметров этого "чего-то"?

нет, я имел ввиду максимально-допустимое напряжение

[blackfin]

В нем рекомендовали модулировать изменением емкости ВЧ-несущую и потом детектировать огибающую. В итоге все мои предшественники городили какие-то модуляторы-демодуляторы на 10 МГц...

Видимо, пытались изобразить что-то похожее на: Figure 3.
Метод измерения, НЯМС, подробно рассмотрен в: IEEE.

[novikovfb]

Но разработчики железки сказали, что подав постоянное высокое напряжение, я создам электростатическую демпфирующую силу, которая может глушить колебания.

Насколько помню физику, демпфировать может только резистор, включенный последовательно с этим конденсатором, т.к. механическая энергия колебаний будет расходоваться на протекание тока через резистор. Отбираемую мощность легко посчитать. Просто приложенное напряжение будет создавать статическое усилие без какого-либо демпфирования, т.е. может только изменить резонансную частоту (и то на очень малую величину, учитывая размеры обкладок). Изменение температуры даст гораздо большее изменение резонанса.
Можно вместо простого резистора подключить трансимпедансный усилитель, демпфирование уменьшится на 4-6 порядков.
А вот высокочастотный сигнал на конденсаторах может дать паразитные колебания и как они повлияют на механику - одному Богу известно.

[Konrad]

Сегодня поставил эксперимент с ТВГ. Подключил к емкостному датчику резистор 1М, подал через него на емкость 40В, подал на электроды возбуждения импульсы ~3кГц и стал смотреть осциллографом сигнал на емкости. На частоте 3кГц, в моменты фронтов импульсов возбуждения я увидел иголки вроде таких:

http://www.electronicsblog.ru/wp-content/u...D0%BF%D0%B8.png

короче, возбуждение лезет в емкостной датчик и теперь ясно, почему предшественники модулировали ВЧ-несущую (10 МГц)... Чтобы отсечь помеху на частоте резонанса (3 кГц). Видимо мне тоже придется городить модулятор-демодулятор.

[Plain]

Обычно достаточно осциллятора и фазового детектора на 1G86.