一種激光調(diào)高器電容測(cè)量裝置的制作方法

本發(fā)明涉及激光調(diào)高器領(lǐng)域，尤其涉及一種激光調(diào)高器電容測(cè)量裝置。

背景技術(shù)：

在激光切割加工的過(guò)程中，為了保證切割質(zhì)量，激光焦點(diǎn)一般應(yīng)位于被加工工件表面以下厚度的1/3處，但是由于諸多原因會(huì)使激光焦點(diǎn)位置與理想位置發(fā)生偏移，造成激光切割頭與工件間的距離變化不定且難以測(cè)量的問(wèn)題，因此在切割過(guò)程中需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)激光器與被加工板材對(duì)象的之間的電容值，繼而確定對(duì)應(yīng)的激光頭Z軸位置關(guān)系，并加以實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。

請(qǐng)參閱圖1，現(xiàn)有的調(diào)頻式測(cè)量電路可實(shí)現(xiàn)電容的測(cè)量。

在調(diào)頻電路中，電容傳感器被接在振蕩器的震蕩回路中，其震蕩頻率f會(huì)隨著傳感器電容Ce的改變而發(fā)生相應(yīng)的變化，從而實(shí)現(xiàn)由電容量到頻率的轉(zhuǎn)換。當(dāng)傳感器電容Ce改變時(shí)，振蕩器的震蕩頻率也隨之改變，經(jīng)鑒頻器的解調(diào)，頻率的變化轉(zhuǎn)換為與被測(cè)信號(hào)成比例的低頻電壓信號(hào)，就可以測(cè)得被測(cè)量的變化。振蕩回路的固有頻率為：

其中，C1位振蕩回路固有頻率，Ce為傳感器標(biāo)稱(chēng)電容，Cc為引線分布電容，L為振蕩回路的諧波電感，當(dāng)Ce產(chǎn)生變化時(shí)，振蕩頻率變化為：

這種測(cè)量電路為頻率輸出，易于與數(shù)字式儀表或者計(jì)算機(jī)連接，可以較容易的獲取電容值。

然而這種調(diào)頻式測(cè)量電路有以下缺點(diǎn)：

1.測(cè)量電路輸出電壓靈敏度受電源周期、幅值的影響；

2.光切割頭傳感器與工件間的電容為pf級(jí)，傳送給控制器的信號(hào)可能會(huì)有讀取誤差；

3.可能受到電纜電容和溫度的影響，振蕩器振蕩頻率變化較大，且電路線路復(fù)雜，輸出非線性較大，不適合高精度電容測(cè)量的設(shè)計(jì)；

4.測(cè)量出來(lái)的板間距離與電容值的關(guān)系有偏差。

因此，現(xiàn)有的調(diào)頻式測(cè)量電路在測(cè)量電容時(shí)由于振蕩器震蕩頻率變化較大，容易受到外界干擾是本領(lǐng)域技術(shù)人員需要解決的技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種激光調(diào)高器電容測(cè)量裝置，用于解決現(xiàn)有的調(diào)頻式測(cè)量電路在測(cè)量電容時(shí)由于振蕩器震蕩頻率變化較大，容易受到外界干擾的技術(shù)問(wèn)題。

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種激光調(diào)高器電容測(cè)量裝置，包括：電容檢測(cè)模塊，所述電容檢測(cè)模塊包括信號(hào)激勵(lì)源和充放電網(wǎng)絡(luò)；

所述信號(hào)激勵(lì)源連接所述充放電網(wǎng)絡(luò)，用于提供脈沖方波信號(hào)至所述充放電網(wǎng)絡(luò)；

所述充放電網(wǎng)絡(luò)包括：第一二極管、第二二極管、第一電阻、第二電阻、第一電容、第二電容、待測(cè)電容、標(biāo)定電容、測(cè)量計(jì)算單元；

所述第一二極管的正極連接所述信號(hào)激勵(lì)源，所述第一二極管的負(fù)極連接所述第一電容的一端，所述第一電容的另一端接地；

所述第一電阻與所述第一二極管并聯(lián)，所述標(biāo)定電容與所述第一電容并聯(lián)；

所述第二二極管的正極連接所述信號(hào)激勵(lì)源，所述第二二極管的負(fù)極連接所述第二電容的一端，所述第二電容的另一端接地；

所述第二電阻與所述第二二極管并聯(lián)，所述待測(cè)電容與所述第二電容并聯(lián)；

所述測(cè)量計(jì)算單元連接所述第一電容的一端和所述第二電容的一端；

其中，所述充放電網(wǎng)絡(luò)通過(guò)所述第一電阻和所述第二電阻對(duì)所述標(biāo)定電容和所述待測(cè)電容進(jìn)行周期性充電，通過(guò)所述第一二極管和所述第二二極管對(duì)所述標(biāo)定電容和所述待測(cè)電容進(jìn)行周期性放電，通過(guò)所述測(cè)量計(jì)算單元測(cè)量所述標(biāo)定電容兩端的電壓和所述待測(cè)電容兩端的電壓的平均差值并根據(jù)所述平均差值與所述標(biāo)定電容的電容值和所述待測(cè)電容的電容值的關(guān)系計(jì)算獲得所述待測(cè)電容的電容值。

優(yōu)選地，所述平均差值與所述標(biāo)定電容的電容值和所述待測(cè)電容的電容值的關(guān)系具體可用第一公式表示為：

其中，ΔU為所述平均差值，V_cx為待測(cè)電容兩端的電壓，V_ref為標(biāo)定電容兩端的電壓，U_gen為信號(hào)激勵(lì)源輸出的脈沖方波信號(hào)的電壓幅值，R和C為充放電網(wǎng)絡(luò)等效的電阻和電容，T為充放電網(wǎng)絡(luò)的充放電周期，C_x為待測(cè)電容的電容值，C_ref為標(biāo)定電容的電容值。

優(yōu)選地，本發(fā)明實(shí)施例還包括電源電壓模塊；

所述電源電壓模塊連接所述信號(hào)激勵(lì)源，用于將220v的交流電壓，經(jīng)電壓轉(zhuǎn)換得到所述信號(hào)激勵(lì)源所需的穩(wěn)定±15v或±5v穩(wěn)幅電壓并輸送至所述信號(hào)激勵(lì)源。

優(yōu)選地，本發(fā)明實(shí)施例還包括信號(hào)放大模塊；

所述信號(hào)放大模塊連接所述充放電網(wǎng)路，用于將所述充放電網(wǎng)絡(luò)輸出的所述標(biāo)定電容兩端的電壓和所述待測(cè)電容兩端的電壓的平均差值進(jìn)行濾波放大。

優(yōu)選地，所述信號(hào)放大模塊包括：低通濾波器；

所述低通濾波器具體為二階巴特沃思有源低通濾波器，所述低通濾波器連接所述電容檢測(cè)模塊，用于將所述電容檢測(cè)模塊輸出交流信號(hào)中的基波及高次諧波濾除掉。

優(yōu)選地，所述信號(hào)放大模塊包括：信號(hào)放大電路；

所述信號(hào)放大電路連接所述低通濾波器，用于將所述低通濾波器輸出的所述標(biāo)定電容兩端的電壓和所述待測(cè)電容兩端的電壓的平均差值以差模方式進(jìn)行放大。

優(yōu)選地，所述信號(hào)放大模塊包括：50Hz陷波電路；

所述50Hz陷波電路采用集成運(yùn)放雙T反饋選頻放大器，所述50Hz陷波電路連接所述信號(hào)放大電路，用于將所述信號(hào)放大電路輸出的差值信號(hào)中的以差模方式進(jìn)入電路的工頻干擾信號(hào)濾除。

優(yōu)選地，本發(fā)明實(shí)施例還包括光電隔離模塊；

所述光電隔離模塊連接所述信號(hào)放大模塊，用于通過(guò)高線性度模擬光耦器件將所述信號(hào)放大模塊輸出的電信號(hào)轉(zhuǎn)化為光信號(hào)。

優(yōu)選地，所述測(cè)量計(jì)算單元還可通過(guò)測(cè)量光電隔離模塊輸出的光信號(hào)并轉(zhuǎn)換成信號(hào)放大模塊輸出的電信號(hào)的電壓U₀，并根據(jù)第二公式計(jì)算出待測(cè)電容的電容值；

所述第二公式為：

其中，ΔU為所述平均差值，V_cx為待測(cè)電容兩端的電壓，V_ref為標(biāo)定電容兩端的電壓，U_gen為信號(hào)激勵(lì)源輸出的脈沖方波信號(hào)的電壓幅值，R和C為充放電網(wǎng)絡(luò)等效的電阻和電容，T為充放電網(wǎng)絡(luò)的充放電周期，C_x為待測(cè)電容的電容值，C_ref為標(biāo)定電容的電容值，A為低通濾波器的增益倍數(shù)，G為信號(hào)放大電路的放大倍數(shù)。

本發(fā)明實(shí)施例提供一種激光調(diào)高器，包括所述激光調(diào)高器電容測(cè)量裝置，用于根據(jù)所述激光調(diào)高器電容測(cè)量裝置輸出的待測(cè)電容的電容值與激光頭的位置之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系計(jì)算出激光頭的位置。

從以上技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實(shí)施例具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種激光調(diào)高器電容測(cè)量裝置，采用充放電網(wǎng)絡(luò)通過(guò)第一電阻和第二電阻對(duì)標(biāo)定電容和待測(cè)電容進(jìn)行周期性充電，通過(guò)第一二極管和第二二極管對(duì)標(biāo)定電容和待測(cè)電容進(jìn)行周期性放電，通過(guò)測(cè)量計(jì)算單元測(cè)量標(biāo)定電容兩端的電壓和待測(cè)電容兩端的電壓的平均差值并根據(jù)平均差值與標(biāo)定電容的電容值和待測(cè)電容的電容值的關(guān)系計(jì)算獲得待測(cè)電容的電容值，因而不會(huì)受到振蕩器震蕩頻率對(duì)測(cè)量造成的不穩(wěn)定的影響，解決了現(xiàn)有的調(diào)頻式測(cè)量電路在測(cè)量電容時(shí)由于振蕩器震蕩頻率變化較大，容易受到外界干擾的技術(shù)問(wèn)題。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例用于說(shuō)明現(xiàn)有的調(diào)頻式測(cè)量電路的示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種激光調(diào)高器電容測(cè)量裝置的一個(gè)實(shí)施例的示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種激光調(diào)高器電容測(cè)量裝置的另一個(gè)實(shí)施例的示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種激光調(diào)高器電容測(cè)量裝置的另一個(gè)實(shí)施例中充放電網(wǎng)絡(luò)的示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種激光調(diào)高器中的顯示高度和電容的關(guān)系曲線圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種激光調(diào)高器電容測(cè)量裝置，用于解決現(xiàn)有的調(diào)頻式測(cè)量電路在測(cè)量電容時(shí)由于振蕩器震蕩頻率變化較大，容易受到外界干擾的技術(shù)問(wèn)題。

為使得本發(fā)明的發(fā)明目的、特征、優(yōu)點(diǎn)能夠更加的明顯和易懂，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，下面所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而非全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

請(qǐng)參閱圖2，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種激光調(diào)高器電容測(cè)量裝置的一個(gè)實(shí)施例，包括：電容檢測(cè)模塊，電容檢測(cè)模塊包括信號(hào)激勵(lì)源和充放電網(wǎng)絡(luò)；

信號(hào)激勵(lì)源連接充放電網(wǎng)絡(luò)，用于提供脈沖方波信號(hào)至充放電網(wǎng)絡(luò)；

充放電網(wǎng)絡(luò)包括：第一二極管、第二二極管、第一電阻、第二電阻、第一電容、第二電容、待測(cè)電容、標(biāo)定電容、測(cè)量計(jì)算單元；

第一二極管的正極連接信號(hào)激勵(lì)源，第一二極管的負(fù)極連接第一電容的一端，第一電容的另一端接地；

第一電阻與第一二極管并聯(lián)，標(biāo)定電容與第一電容并聯(lián)；

第二二極管的正極連接信號(hào)激勵(lì)源，第二二極管的負(fù)極連接第二電容的一端，第二電容的另一端接地；

第二電阻與第二二極管并聯(lián)，待測(cè)電容與第二電容并聯(lián)；

測(cè)量計(jì)算單元連接第一電容的一端和第二電容的一端；

其中，充放電網(wǎng)絡(luò)通過(guò)第一電阻和第二電阻對(duì)標(biāo)定電容和待測(cè)電容進(jìn)行周期性充電，通過(guò)第一二極管和第二二極管對(duì)標(biāo)定電容和待測(cè)電容進(jìn)行周期性放電，通過(guò)測(cè)量計(jì)算單元測(cè)量標(biāo)定電容兩端的電壓和待測(cè)電容兩端的電壓的平均差值并根據(jù)平均差值與標(biāo)定電容的電容值和待測(cè)電容的電容值的關(guān)系計(jì)算獲得待測(cè)電容的電容值。

圖2中R1為第一電阻，R2為第二電阻，D1為第一二極管，D2為第二二極管，Cs1為第一電容，Cs2為第二電容，Cref為標(biāo)定電容，Cx為待測(cè)電容，Ugen為信號(hào)激勵(lì)源輸出的脈沖方波，Vref為標(biāo)定電容兩端的電壓，Vcx為待測(cè)電容兩端的電壓。

平均差值與標(biāo)定電容的電容值和待測(cè)電容的電容值的關(guān)系具體可用第一公式表示為：

其中，ΔU為平均差值，V_cx為待測(cè)電容兩端的電壓，V_ref為標(biāo)定電容兩端的電壓，U_gen為信號(hào)激勵(lì)源輸出的脈沖方波信號(hào)的電壓幅值，R和C為充放電網(wǎng)絡(luò)等效的電阻和電容，T為充放電網(wǎng)絡(luò)的充放電周期，C_x為待測(cè)電容的電容值，C_ref為標(biāo)定電容的電容值。

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種激光調(diào)高器電容測(cè)量裝置，采用充放電網(wǎng)絡(luò)通過(guò)第一電阻和第二電阻對(duì)標(biāo)定電容和待測(cè)電容進(jìn)行周期性充電，通過(guò)第一二極管和第二二極管對(duì)標(biāo)定電容和待測(cè)電容進(jìn)行周期性放電，通過(guò)測(cè)量計(jì)算單元測(cè)量標(biāo)定電容兩端的電壓和待測(cè)電容兩端的電壓的平均差值并根據(jù)平均差值與標(biāo)定電容的電容值和待測(cè)電容的電容值的關(guān)系計(jì)算獲得待測(cè)電容的電容值，因而不會(huì)受到振蕩器震蕩頻率對(duì)測(cè)量造成的不穩(wěn)定的影響，解決了現(xiàn)有的調(diào)頻式測(cè)量電路在測(cè)量電容時(shí)由于振蕩器震蕩頻率變化較大，容易受到外界干擾的技術(shù)問(wèn)題。

以上是對(duì)本發(fā)明實(shí)施例提供的一種激光調(diào)高器電容測(cè)量裝置的一個(gè)實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述，以下將對(duì)本發(fā)明實(shí)施例提供的一種激光調(diào)高器電容測(cè)量裝置的另一個(gè)實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。

請(qǐng)參閱圖3，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種激光調(diào)高器電容測(cè)量裝置的另一個(gè)實(shí)施例，包括：電容檢測(cè)模塊，電容檢測(cè)模塊包括信號(hào)激勵(lì)源和充放電網(wǎng)絡(luò)；

信號(hào)激勵(lì)源連接充放電網(wǎng)絡(luò)，用于提供脈沖方波信號(hào)至充放電網(wǎng)絡(luò)；

充放電網(wǎng)絡(luò)包括：第一二極管、第二二極管、第一電阻、第二電阻、第一電容、第二電容、待測(cè)電容、標(biāo)定電容、測(cè)量計(jì)算單元；

第一二極管的正極連接信號(hào)激勵(lì)源，第一二極管的負(fù)極連接第一電容的一端，第一電容的另一端接地；

第一電阻與第一二極管并聯(lián)，標(biāo)定電容與第一電容并聯(lián)；

第二二極管的正極連接信號(hào)激勵(lì)源，第二二極管的負(fù)極連接第二電容的一端，第二電容的另一端接地；

第二電阻與第二二極管并聯(lián)，待測(cè)電容與第二電容并聯(lián)；

測(cè)量計(jì)算單元連接第一電容的一端和第二電容的一端；

其中，充放電網(wǎng)絡(luò)通過(guò)第一電阻和第二電阻對(duì)標(biāo)定電容和待測(cè)電容進(jìn)行周期性充電，通過(guò)第一二極管和第二二極管對(duì)標(biāo)定電容和待測(cè)電容進(jìn)行周期性放電，通過(guò)測(cè)量計(jì)算單元測(cè)量標(biāo)定電容兩端的電壓和待測(cè)電容兩端的電壓的平均差值并根據(jù)平均差值與標(biāo)定電容的電容值和待測(cè)電容的電容值的關(guān)系計(jì)算獲得待測(cè)電容的電容值。

信號(hào)激勵(lì)源采用由石英晶體和阻容元件組成的有源晶振，通過(guò)電源輸入端加上由電容和電感構(gòu)成的PI型濾波網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行電源濾波，提供頻率穩(wěn)定的激勵(lì)響應(yīng)，繼而產(chǎn)生2MHZ的脈沖方波信號(hào)，供后續(xù)充放電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行電容值的檢測(cè)，這樣容易將電容傳感器電容值轉(zhuǎn)化為方便處理的電壓信號(hào)。

充放電網(wǎng)絡(luò)的主要作用是用于電容值的檢測(cè)，由電容傳感器電容、雜散電容、二極管及電阻組成，電流通過(guò)電阻R(阻值為330k)對(duì)傳感器電容進(jìn)行周期性充電，通過(guò)二極管對(duì)電容進(jìn)行周期性放電。為解決放電時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題，采用快恢復(fù)二極管FR104作為放電回路。

請(qǐng)參閱圖4，充放電網(wǎng)絡(luò)通過(guò)對(duì)電容進(jìn)行充放電進(jìn)而測(cè)出電容。圖4中R1為第一電阻，R2為第二電阻，D1為第一二極管，D2為第二二極管，Cs1為第一電容，Cs2為第二電容，Cref為標(biāo)定電容，Cx為待測(cè)電容，Ugen為信號(hào)激勵(lì)源輸出的脈沖方波，Vref為標(biāo)定電容兩端的電壓，Vcx為待測(cè)電容兩端的電壓。具體地，U_gen為信號(hào)激勵(lì)源輸出的占空比為1/2的高頻脈沖方波信號(hào)的電壓幅值。

平均差值與標(biāo)定電容的電容值和待測(cè)電容的電容值的關(guān)系具體可用第一公式表示為：

其中，ΔU為平均差值，V_cx為待測(cè)電容兩端的電壓，V_ref為標(biāo)定電容兩端的電壓，U_gen為信號(hào)激勵(lì)源輸出的脈沖方波信號(hào)的電壓幅值，R和C為充放電網(wǎng)絡(luò)等效的電阻和電容，T為充放電網(wǎng)絡(luò)的充放電周期，C_x為待測(cè)電容的電容值，C_ref為標(biāo)定電容的電容值。

本發(fā)明實(shí)施例還包括電源電壓模塊；

電源電壓模塊連接信號(hào)激勵(lì)源，用于將220v的交流電壓，經(jīng)電壓轉(zhuǎn)換得到信號(hào)激勵(lì)源所需的穩(wěn)定±15v或±5v穩(wěn)幅電壓并輸送至信號(hào)激勵(lì)源。

電源電壓模塊負(fù)責(zé)給電容信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)提供穩(wěn)定的直流電源，將220v的交流電壓，經(jīng)電壓轉(zhuǎn)換得到檢測(cè)系統(tǒng)所需的穩(wěn)定±15v，±5v穩(wěn)幅電壓。采用AC-DC-DC穩(wěn)壓技術(shù)，由220v電壓經(jīng)過(guò)交流整流橋轉(zhuǎn)換為±15v電壓，通過(guò)LM7805穩(wěn)壓芯片進(jìn)行穩(wěn)壓得到±5v電壓。

本發(fā)明實(shí)施例還包括信號(hào)放大模塊；

信號(hào)放大模塊連接充放電網(wǎng)路，用于將充放電網(wǎng)絡(luò)輸出的標(biāo)定電容兩端的電壓和待測(cè)電容兩端的電壓的平均差值進(jìn)行濾波放大。

信號(hào)放大模塊由低通濾波器、信號(hào)放大電路以及50Hz陷波電路組成。通過(guò)低通濾波器，可以將電容檢測(cè)模塊輸出交流信號(hào)中的基波及高次諧波濾除掉，得到包含電容傳感器與工件間正對(duì)距離信息的直流電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)信號(hào)放大電路以及50HZ陷波電路濾除工頻干擾，得到便于后續(xù)計(jì)算機(jī)處理較為穩(wěn)定的直流電壓信號(hào)。

信號(hào)放大模塊包括：低通濾波器；

低通濾波器具體為二階巴特沃思有源低通濾波器，低通濾波器連接電容檢測(cè)模塊，用于將電容檢測(cè)模塊輸出交流信號(hào)中的基波及高次諧波濾除掉。

低通濾波器采用二階巴特沃思有源低通濾波器，以最平幅度濾波電路。

信號(hào)放大模塊包括：信號(hào)放大電路；

信號(hào)放大電路連接低通濾波器，用于將低通濾波器輸出的標(biāo)定電容兩端的電壓和待測(cè)電容兩端的電壓的平均差值以差模方式進(jìn)行放大。

信號(hào)放大電路將電容傳感器與參考電容輸出的信號(hào)以差模方式進(jìn)行放大，本方法采用AD620放大器，整個(gè)信號(hào)放大電路的放大倍數(shù)約為20倍左右。

信號(hào)放大模塊包括：50Hz陷波電路；

50Hz陷波電路采用集成運(yùn)放雙T反饋選頻放大器，50Hz陷波電路連接信號(hào)放大電路，用于將信號(hào)放大電路輸出的差值信號(hào)中的以差模方式進(jìn)入電路的工頻干擾信號(hào)濾除。

采用集成運(yùn)放雙T反饋選頻放大器構(gòu)成50HZ陷波電路，由于工頻信號(hào)干擾非常嚴(yán)重的原因，雖然前置放大器電路對(duì)共模干擾有較強(qiáng)的抑制作用，但是必須濾除有部分以差模方式進(jìn)入電路的工頻干擾信號(hào)。

本發(fā)明實(shí)施例還包括光電隔離模塊；

光電隔離模塊連接信號(hào)放大模塊，用于通過(guò)高線性度模擬光耦器件將信號(hào)放大模塊輸出的電信號(hào)轉(zhuǎn)化為光信號(hào)。

光電隔離模塊通過(guò)將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為光信號(hào)，采用TI公司的高線性度模擬光耦器件TIL300對(duì)微小電容檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行隔離與檢測(cè)，將產(chǎn)生干擾信號(hào)的干擾源與后續(xù)數(shù)字處理系統(tǒng)隔離開(kāi)來(lái)，很好的實(shí)現(xiàn)了模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)間的隔離。

測(cè)量計(jì)算單元還可通過(guò)測(cè)量光電隔離模塊輸出的光信號(hào)并轉(zhuǎn)換成信號(hào)放大模塊輸出的電信號(hào)的電壓U₀，并根據(jù)第二公式計(jì)算出待測(cè)電容的電容值；

第二公式為：

其中，ΔU為平均差值，V_cx為待測(cè)電容兩端的電壓，V_ref為標(biāo)定電容兩端的電壓，U_gen為信號(hào)激勵(lì)源輸出的脈沖方波信號(hào)的電壓幅值，R和C為充放電網(wǎng)絡(luò)等效的電阻和電容，T為充放電網(wǎng)絡(luò)的充放電周期，C_x為待測(cè)電容的電容值，C_ref為標(biāo)定電容的電容值，A為低通濾波器的增益倍數(shù)，G為信號(hào)放大電路的放大倍數(shù)。

經(jīng)過(guò)以上4個(gè)模塊的處理，充放電網(wǎng)絡(luò)輸出的信號(hào)經(jīng)過(guò)低通濾波器得到包含電容傳感器兩極板間距離信息的直流電壓信號(hào)，通過(guò)后續(xù)的放大電路，可以得到電容傳感器標(biāo)定電容與待測(cè)電容間的差值信號(hào)，從而檢測(cè)電容傳感器實(shí)際板件距離與標(biāo)定距離的變化值，設(shè)低通濾波器的增益倍數(shù)為A，經(jīng)過(guò)放大倍數(shù)為G的放大電路，其輸出電壓U₀為：

即檢測(cè)輸出信號(hào)和電容傳感器實(shí)時(shí)電容相對(duì)于參考電容間的變化量成正比例關(guān)系，再通過(guò)A/D轉(zhuǎn)化采集數(shù)據(jù)后就可以算出板間電容值，繼而算出板間距離X，為后續(xù)激光調(diào)高控制打下基礎(chǔ)。

本發(fā)明實(shí)施例的激光調(diào)高電容測(cè)量裝置能夠適應(yīng)激光切割的實(shí)際環(huán)境，提高激光切割加工的焦點(diǎn)位置控制的精度，并使得其他系統(tǒng)誤差、遲滯、重復(fù)度、漂移等指標(biāo)符合要求。當(dāng)激光切割頭與板材的相對(duì)位置發(fā)生變化時(shí)，及時(shí)響應(yīng)電容的變化值，提出通過(guò)充放電網(wǎng)絡(luò)、信號(hào)檢測(cè)濾波放大電路的方法，完成電容的高精度測(cè)量任務(wù)；并且可以通過(guò)激光頭與板材之間電容值與相應(yīng)高度距離之間對(duì)應(yīng)的曲線關(guān)系驗(yàn)證測(cè)量的電容值的準(zhǔn)確性，達(dá)到激光自動(dòng)調(diào)高的效果。

以上是對(duì)本發(fā)明實(shí)施例提供的一種激光調(diào)高器電容測(cè)量裝置的一個(gè)實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述，以下將對(duì)本發(fā)明實(shí)施例提供的一種激光調(diào)高器的一個(gè)實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。

本發(fā)明實(shí)施例還提供的一種激光調(diào)高器，包括上述的激光調(diào)高器電容測(cè)量裝置，用于根據(jù)所述激光調(diào)高器電容測(cè)量裝置輸出的待測(cè)電容的電容值與激光頭的位置之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系計(jì)算出激光頭的位置。

為了驗(yàn)證測(cè)量的電容值的準(zhǔn)確性，需要進(jìn)行浮頭標(biāo)定，目的是測(cè)量激光浮頭與板材之間的電容與位置的對(duì)應(yīng)關(guān)系，具體步驟如下：

(1)先控制激光調(diào)高器進(jìn)行激光頭Z軸位置的變換，使得激光浮頭靠近板面(與板面距離大約1～5mm)，并保持機(jī)臺(tái)靜止，不要振動(dòng)，得到此時(shí)電容與位置X之間的初始值關(guān)系f(C₀,X₀)；

(2)然后控制激光頭Z軸緩慢下降運(yùn)動(dòng)到檢測(cè)碰板，碰到板后向上移動(dòng)一段距離，檢測(cè)傳感器的穩(wěn)定度；

(3)浮頭第二次緩慢向下運(yùn)動(dòng)檢測(cè)碰板，碰到板后，向上移動(dòng)設(shè)定的標(biāo)定距離，得到一定范圍內(nèi)的電容值C與距離X的曲線關(guān)系f(C₀,X₀)以及檢測(cè)傳感器的平滑度；

通過(guò)以上幾個(gè)步驟可以得到一條顯示高度和電容的關(guān)系曲線，請(qǐng)參閱圖5，正常的曲線應(yīng)該是平滑的；若曲線不平滑，有起伏或者毛刺，該結(jié)果不理想，需要重新測(cè)量。因此可以通過(guò)判斷該曲線是否符合要求來(lái)判斷上述電容的測(cè)量方法是否正確。

1.本發(fā)明實(shí)施例精度高、實(shí)時(shí)性好、穩(wěn)定性強(qiáng)、無(wú)接觸；

2.電容測(cè)量放大電路動(dòng)態(tài)范圍大、測(cè)量靈敏度高、低噪聲、抗雜散性等要求，輸出穩(wěn)定的直流電壓信號(hào)；

3.信號(hào)濾波完善，調(diào)高精度良好；

4.能夠通過(guò)板間距離與電容的曲線關(guān)系來(lái)驗(yàn)證測(cè)量電容的準(zhǔn)確性。

所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚地了解到，為描述的方便和簡(jiǎn)潔，上述描述的系統(tǒng)，裝置和單元的具體工作過(guò)程，可以參考前述方法實(shí)施例中的對(duì)應(yīng)過(guò)程，在此不再贅述。

以上所述，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。