Faraday系列电容式位置传感器

系统简介

Faraday 系列电容式位置传感系统由三个核心单元构成：(1) 传感器，(2) 位置监视器 ，(3) 数据通讯和软件平台

1. 传感器

平板、圆柱和螺柱三种探头形式，量程 0.2 — 3 mm

型号说明

1. 平板型，Cxx - FLT

2. 圆柱型，Cxx - CYL

3. 螺柱型，Cxx - SCR

2. 位置监视器

3 通道，8 通道两种机箱框架

型号说明

1. Faraday.03 - Box03 型框架，*多扩展至 3 测试通道

2. Faraday.08 - Box08 型框架，*多扩展至 8 测试通道

3. 通讯 & 软件

高速通讯，多种数据处理模块

软件功能

1. 50 kSa/s x 8 通道并行高速数据采集

2. 支持实时频谱分析

2.1 传感器 — 产品矩阵

提供平板、圆柱和螺柱三种探头形式，量程覆盖范围 0.2 mm, 0.5 mm, 1mm, 2mm & 3mm，并提供高真空.HV, 超高真空.UHV 和完全无磁材料.NM 的多版本选择

2.2 位置监视器 — Faraday.0X

Faraday 系列电容式位置传感监视器，包括 Box03 和 Box08 两种机箱形式

产品特色：

· 亚纳米级空间分辨：高分辨率，高线性度

· 灵活带宽选择：10 kHz /1 kHz /20 Hz模拟带宽可调；

· 高速数据采集：包含千兆网口，以 50 kSample/s的数据速率稳定传输；能同时处理多路数据，*高支持 8 通道并行数据传输，满足复杂应用需求；

· 实时通讯能力：提供 SPI 通讯接口，能与用户主机实现实时通讯，数据交互高速、稳定；

· 实时频谱分析：用户可以通过直观的频谱图界面，清晰地看到当前时刻不同频率成分的功率等信息，以便及时做出决策和调整；

· 灵活定制：探头和板卡均支持 OEM 定制

模块组成：

Faraday 系列位置监视器标准版由两部分组成：主机 (Box0X) 和板卡 (Faraday)，高级扩展功能可选配。
主机（Box0X）

机箱框架：Box03 *多可扩展至 3 测试通道， Box08 *多可扩展至 8 测试通道

供电模块：220 VAC

数字模块：EtherNET 以太网口

激励模块：支持多个监视器主机间激励信号同步
板卡（Faraday）x N（ Nmax = 3 or 8）

每个板卡为一个独立的测试通道。

定制功能：

输出电压范围：0-10V 默认，± 5V、± 10V 可选定

量程扩展：x 1 默认，0.3-3 倍可定制

零点偏置：n % x Range 可定制
扩展功能

提供 SPI 总线接口，数据更新间隔 20 μs，插卡式扩展

3.技术参数

下表所列技术参数均由 Faraday. 0X 位置监视器测量获得

4.1 实测数据 — 分辨率 Resolution

亚纳米级空间分辨率

·分辨率， RMS Noise = 0.32 nm

C0.2-FLT 传感器搭配 Faraday.03 监视器实测数据，运动步长 1 nm

4.2 实测数据 — 线性度 Linearity

全量程线性度误差小于 0.01% FSO（激光干涉仪校准）

4.3 实测数据 — 位置监测的高动态响应 & 实时频谱分析

用于超高精度的位置监视场景，高速 & 高精度数据采集，软件支持实时频谱分析

· 50 kSa/s 高速、高精度数据采集 — 时域数据，  实测数据源自单脉冲式敲击引发的平面振动，监视运动全程无死角

· 运动频谱分析， 可通过直观的频谱图界面，清晰地看到当前时刻不同频率成分的功率等信息，以便及时做出决策和调整

4.4 实测数据 — 高速实时通讯，用于闭环运动控制

提供 SPI 通讯接口，能与用户主机实现高速通讯，数据交互实时、稳定

· 高速实时通讯实例 — 纳米级高精度运动的高速闭环控制

不同使用场景下的传感器核心功能要求

运动闭环控制，50 kSa/s 高速实时通讯

为充分展示 Faraday 系列位置传感器在闭环运动控制中的卓越性能，我们搭建了速度达 200 mm/s 且具备纳米级精度的运动系统，并选用 C0.2-FLT 传感器搭配 Faraday.03 监视器进行位置数据读取。

运动闭环控制策略如 Figure 2 所示。系统可在 5.3 ms 内实现启动、加速、匀速、减速和停止五个运动过程，并完成 1 !m 的平滑阶跃，且无过冲现象。 Faraday.03 每 20 !s 进行一次位置更新，为 PID 动态控制提供了关键支持。

5. 应用示例

· 运动控制

灵活带宽选择：10 kHz /1 kHz /20 Hz 模拟带宽可调；

高速数据采集：数据采集速率 50 kSample/s (20 !s)，实时动态数据—手掌握；

实时通讯能力：支持 SPI 从机模式，能与用户主机实现高速通讯，数据交互实时、稳定；多种数字处理算法：*大提升数据信噪比，面对复杂工况依然游刃有余。

· 位移/距离/位置监测

高速通讯能力：包含千兆网口，以 50 kSample/s 的数据速率稳定传输；能同时处理多路数据，*高支持8通道并行数据传输，满足复杂应用需求；

温度稳定性：   监视器电路温度稳定性为 20 ppm/℃,低温漂性能*大提升了位置读数的可靠性与—致性。

· 振动分析

灵活带宽选择： 10 kHz /1 kHz /20 Hz 模拟带宽可调；数字带宽*高 25 kHz；

实时频谱分析：用户可以通过直观的频谱图界面，清晰地看到当前时刻不同频率成分的功率等信息，以便及时做出决策和调整。

导体厚度测量

测量原理：在被测导体两侧相对安装两只传感器（ Sensor A 和 Sensor B），其端面之间的距离 D 固定。 厚度的计算公式为 Thickness= D - (dA  + dB)，其中 dA   和 dB 分别为两只传感器所测到的金属表面距离的精确读数。

非接触式测量：确保被测表面不受损伤。