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CDC為診斷系統提供簡(jiǎn)單而穩定的電平檢測
作者：
時(shí)間：2017-03-23
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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方法
圖8所示的流程圖列出了接近液體時(shí)采用的技術(shù)。 
圖8. 簡(jiǎn)化控制流程圖
探針以能達到的最高速度移動(dòng)，直到極其接近液體表面。 根據位置信息、現有的計算能力以及預先表征系統的能力，該點(diǎn)可通過(guò)冪級數計算、電容閾值或電容曲線(xiàn)的斜率確定，如本文所述。 對數據求均值可更可靠地確定該點(diǎn)。 對電容數據進(jìn)行歸一化也能增加系統的可靠性。
當探針足夠接近表面時(shí)，探針速度大幅下降，以便最終接近液體表面。 為使效率最大化，該點(diǎn)應盡量靠近表面，但在穿透液體表面之前接近速度必須下降，以確保探針停止移動(dòng)之前對穿刺距離具有良好的控制。
與液體表面的接觸可利用電容值并通過(guò)該點(diǎn)的斷續程度加以確定（如本文所述），也可通過(guò)電容曲線(xiàn)斜率確定。 求均值可降低噪聲，但不執行該操作也能可靠地檢測出較大的偏移。 歸一化電容數據可改善穩定性，但其影響不如接近階段那么大。
隨后，便可將探針驅至表面以下的預定距離。 具有精密電機控制能力時(shí)，這很容易做到。 若無(wú)精密電機控制，可估算速度，且探針可移動(dòng)一段固定的時(shí)間。
穿透液體之后，會(huì )得到電容讀數的兩個(gè)特性數據。 首先，隨著(zhù)探針在液體中移動(dòng)，測量值的變化相對較小。 雖然我們期望恒定變化速率有助于確定穿透深度，但并未觀(guān)察到這樣的現象。 其次，不同液位下的測量值變化極小，如圖9所示。穿透灌滿(mǎn)的試管與穿透幾乎為空的試管之后，測得的電容值基本相同。 
圖9. 電容與液位的關(guān)系
但是，歸一化的數據卻有所不同。 隨著(zhù)液位的下降，歸一化電容值也隨之下降。 若要在可靠的位置數據不可用的情況下確定液位是否降低，那么這種特性可能會(huì )有所幫助。
穿透液體表面之后，探針需要多少時(shí)間才能停止取決于包括電機控制系統本身在內的幾個(gè)因素，但一條經(jīng)過(guò)仔細研究的接近曲線(xiàn)可保證嚴格控制探針，并使探針速度最大化。 實(shí)驗室中，探針以最大速度在兩個(gè)電容讀數之間移動(dòng)約0.45 mm，可在穿透表面0.25 mm距離之內停止。 若采樣速率更高且探針在兩個(gè)樣本之間移動(dòng)大約0.085 mm，則它可在距離液體表面0.05 mm距離之內停止。 無(wú)論何種情況，探針均以最大速度工作，直到距離液體表面大約1 mm至3 mm處，從而提供最高效率和吞吐速率。
結論
這種打破傳統使用集成式電容數字轉換器的方法提供了一種簡(jiǎn)單而穩定的電平檢測解決方案。 接近曲線(xiàn)同時(shí)利用電容和斜率測量控制探針的運動(dòng)。備用部署方案具有更高的穩定性，或者提供更多信息。本解決方案可在穿透表面后快速可靠地使探針停止移動(dòng)，同時(shí)盡可能以最高探針速度移動(dòng)至最終位置。 本文僅淺顯地描述了CDC技術(shù)用于電平檢測的情況。 經(jīng)驗豐富的工程師可以本文的思路作為出發(fā)點(diǎn)，針對特定應用環(huán)境對本解決方案加以改進(jìn)。(end)
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