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Messmethode
Die kapazitiven Positionssensoren der Reihe D-015 bis D-100 sind höchstauflösende und hochdynamische Absolutsensoren für Abstände typischerweise unter 1 mm. Diese Zweielektroden-Sensoren bestehen aus zwei mit Hochfrequenz gespeisten Platten, die Teil einer kapazitiven Brücke sind (siehe Link, Abb. 6).
Eine Platte (Target) wird feststehend montiert, die andere Platte (Probe) ist mit dem bewegten Objekt z.B. der Stellplattform einer Piezomechanik, verbunden. Weil die Plattengröße nicht variabel ist und das dielektrische Medium – meist Luft – unverändert bleibt, wird die Kapazität direkt durch den Abstand zwischen den Platten bestimmt. Aus der Kapazitätsinformation erzeugt eine elektronische Präzisionsschaltung das Positionssignal. Dem Schaltungsaufbau und den verwendeten Bauteilen kommt dabei sehr hohe Bedeutung zu. Neben den hier beschriebenen Zweielektroden-Sensoren stellt PI auch Einelektroden-Sensoren her.
Direktmetrologie, Parallelmetrologie
Die von PI angebotenen Sensoren sind die genauesten Messsysteme für Nanopositionieranwendungen, die momentan auf dem Markt sind. Sie haben viele Vorteile gegenüber anderen hochauflösenden Sensoren, u.a. weil sie direkt und kontaktlos messen – im Unterschied zu dehnungsmessenden Systemen, z.B. piezoresistiven Sensoren (siehe Link ff):
- Höhere Phasentreue
- Höhere Bandbreite
- Keine periodischen Fehler
- Kontaktlos
- Ideal für Parallelmetrologie
- Höhere Linearität
- Bessere Reproduzierbarkeit
- Höchste Langzeitstabilität
Kapazitive Sensoren eignen sich hervorragend für Parallelmetrologie-Konfigurationen. Beim Einsatz in Mehrachsen-Nanopositioniersystemen können dann alle geregelten Freiheitsgrade gleichzeitig gemessen und Führungsfehler aktiv eliminiert werden (Active Trajectory Control). Dabei sind Ablaufebenheiten und Winkelgenauigkeiten im Sub-Nanometer bzw. Sub-Mikroradian Bereich erzielbar (s. Kapitel „Grundlagen der Nanostelltechnik”, siehe Link f).
Auflösung
Kapazitive Sensoren erreichen über kleine Wege Auflösungen bis in den Pikometerbereich. Die theoretische Messauflösung wird nur durch das Quantenrauschen begrenzt. In der Praxis beeinflussen Streustrahlung, Geometrieeffekte und das Rauschen der Messelektronik die erreichbare Genauigkeit. Der effektive Rauschfaktor des D-100.00 Sensors (100 µm) in Verbindung mit der E-509.C1A Elektronik liegt bei 0,02 nm/E DDHz. Bei 100 Hz Bandbreite z.B. entspricht das einer Auflösung von 0,2 nm. Die durch Jumper einstellbare Bandbreite der Elektronik beträgt bis zu 3 kHz, in Sonderkonfigurationen sind 10 kHz möglich.
Hinweis
Neben den hier aufgeführten Standardsensoren bietet PI kundenspezifische Sonderausführungen an, z.B. in Messbereich, Geometrie, Material, Elektronik etc. Sprechen Sie mit unseren Produktspezialisten!
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