用户手册 CPL590 / CPL592 / EN591

CPL590

用户指南

CPL590 / CPL592 / EN591 –电容式传感器系统

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目录
  • 符合标准和安全注意事项
  • 在线提供有用的技术支持文件
    • 探头尖端接触警告
  • EN591 – CPL591 / 592亚纳米级电容式位移传感器
  • 基本操作
  • 输出详解
  • 前面板控件,指示器和连接器
    • 调零
    • 量程调换按钮(仅CPL592)
    • 校准量程指示器
    • 模拟输出–单端
    • 探头连接器
  • 后面板控件和连接器概述
    • 远程电源和差分输出
    • 模拟输出差分
    • USB
    • LVDS SPI
    • 带宽设制
    • Ground 接地
  • EN591 – CPL591 / 592规格1
  • EN591外壳图示
  • 电源规格
  • 外部电源
  • 附录A
    • 演示软件安装
    • 演示软件基础知识
    • 主数据显示区域
  • 附录B
    • SPI —— 概述
    • 电子数字IO特性
    • SPI连接器引脚6
    • SPI接口协议
    • 时序图
    • 写命令
    • 读命令
    • 显示端口电缆的接线参考

符合标准和安全注意事项

EN591符合以下CE标准:

  • 安全性:IEC 61010-1:2010
  • EMC:IEC 61326-1:2013,IEC 61326-2-3:2013,IEC 6100-3-2:2014,IEC 6100-3-3:2013  &EN 55011:2009 + A1:2010

为了保持符合这些标准,必须保持以下操作条件:

  • 所有I / O连接电缆都必须屏蔽且长度不超过三米
  • 交流电源线的额定电压必须至少为250 V和5 A
  • 交流电源必须连接到额定电流小于20A的接地电源插座上
  • 使用随附的带有1个插槽机箱的CE认证电源。 如果使用备用电源,则必须具有等效的CE认证,并根据IEC 61010提供与电源的安全隔离。
  • 传感器不得安装在危险电压超过33VRMS或70VDC的部件上

以任何其他方式使用设备可能会损害其安全性和EMI保护。

探头尖端接触警告

电容式探头的传感尖端产生的电压高达70 Vrms。 这些是具有极低功率的高频电压,因此不会造成危险。 通常,当触碰探针尖端时,探针会停止运行,并且电压会降低到接近零。 但是在某些情况下,电压可能会引起轻微的刺痛或灼烧感。 为了获得最佳性能,探头尖端应保持无油或其他污染物。

由于这些原因,建议不要触摸探头尖端。


在线提供有用的技术支持文件

Lion Precision的网站在技术库中提供了大量的技术文档(技术说明和应用说明)。 这些文档详细描述了Lion Precision高性能传感器的操作和使用。

可以通过以下网址访问技术库:https://www.lionprecision.com/technical-library/

其中一些标题包括:

  • 了解传感器分辨率规格及其对性能的影响
  • 电容式传感器的工作原理
  • 误差源:探头/目标角度
  • 真空中应用电容式传感器
  • 电容式传感器定相和未接地目标
  • 电容式探头布线注意事项
  • 精英系列电容式传感器的相位/幅度频率响应
  • 使用电容式和电涡流传感器进行Z高度测量
  • 电容式传感器的厚度测量应用
  • 电容式传感器的胶水检测应用

EN591 – CPL591 / 592亚纳米级电容式位移传感器

CPL591 / 592电容式传感器是一种精密的非接触式测量设备,并增加了数字功能。 输出可以是电压或数字,其输出值与探头和目标之间的位移成线性比例的正比关系。 该传感器通常用于测量导电目标,但也可以在正确条件下与非导电目标一起使用。

有关测量非导体的更多信息,请访问技术库,网址为https://www.lionprecision.com/或致电寻求帮助。


基本操作

可以从两个位置访问模拟输出电压。 通过前面板BNC连接器进行单端输出,或通过后面板DB9连接器进行差分输出。 当探头接近目标时,输出电压将变得更负/更小,并且数字输出也一样。

数字数据可通过USB或通过LVDS SPI 的显示端口访问。 数字数据由16位数字计数表示,从0到65535满量程,其中校准范围是3276到62259。 附录A & 附录B 将提供有关演示软件和数字协议命令的更多详细信息。

注意:“ Near”和“ Far”红灯表示探头不在其校准范围内,即使电压或计数可能继续变化,也不能保证输出的准确性。

探头已针对特定模块进行了校准。 确保探头上的序列号与校准文件上的序列号匹配。

CPL592为单个探头提供两个校准量程。 使用前面板或数字协议上的 range 按钮选择所需的灵敏度。 随附的校准文件中提供了校准详细信息。

非接触式传感器通常测量相对于参考位置的变化。

CPL592

输出详解

对于给定的探头/目标间隙变化,输出电压或数字计数的变化量称为灵敏度。 传感器的灵敏度列在校准文件中。

间隙变化与电压 :

间隙变化=电压变化/灵敏度

例如:如果灵敏度为1 V / 2 µm,电压变化为3 V,则间隙变化将为6 µm(3 / 0.5)。

间隙变化与数字 :

间隙变化=数字变化/灵敏度

例如:灵敏度为236计数/微米,计数变化为1416,则间隙变化将为6微米(1416/236)。


前面板控件,指示器和连接器

调零

最初安装探头后,调整模拟输出电压。 在接近量程中心时按 zero 按钮会使当前位置的模拟输出电压调整为零伏。 再按一次 zero 按钮将禁用调零。

量程调换按钮(仅CPL592)

CPL592为单个探头提供两个校准量程。 有关特定的校准信息,请参阅校准文档。 按下 range 按钮将在两个量程之间交替。

注意:调整量程后通常将需要重新定位探头。

校准量程指示器

绿色LED指示探头在其校准量程内,并且输出是目标位置的准确表示。 红色LED指示探头超出量程,并且输出无效。

CPL592正面图

 

模拟输出–单端

提供与模拟输出电压的连接,该电压与探头和被测材料表面之间的距离成比例。 典型的输出电压范围是±10 VDC。 具体范围在随附的校准文件中列出。

探头连接器

通过对准连接器上的红点并插入探头连接器来连接探头。 

注意:要断开探头的连接,请拉动探头连接器的滚花筒部分以将其释放。 请勿直接拉扯电缆。


后面板控件和连接器概述

远程电源和差分输出

EN591通过DB15连接器由+15 VDC,-5 VDC和+9 VDC供电。 它还提供差分模拟电压输出。

引脚连接

模拟输出差分

非反相和反相输出一起用作就是差分输出。 差分输出有助于消除计算机,电源变压器等噪声源在连接线中引起的电气噪声。

当探头靠近目标时,同相输出电压变得更负(相对于地)。 当探头接近目标时,反相的输出电压变得更正(相对于地)。 同相和反相输出均为相对于地面的±5 VDC。 因此,差分输出为±10 VDC。

模拟输出连接引脚的位置允许使用双绞线电缆,以最大程度地降低差分噪声。

注意:请勿将输出接地,否则会损坏设备。

USB

EN591提供一个高速/全速USB 2.0接口,用于将数字数据从设备收集到PC。 可以从产品网页下载USB API文档,演示程序和示例。 附录A提供了在USB上运行的快速入门演示程序的速览。

有关使用USB API的更多信息:

CPL590 API文档(点击这里查看PDF)

快速入门演示程序的更多信息:

CPL590演示软件手册(点击这里查看PDF)

LVDS SPI

LVDS SPI可通过显示端口访问。 对于闭环应用或其他实时应用,此底层通信协议可以连接到微控制器,微处理器,FPGA等。它支持高达10MHz(100 ns)的高速采样率和基本系统控制,例如灵敏度变化,带宽更改以及启用/禁用EN591的激励时钟。 附录B提供了电气规格,时序图,SPI命令和连接图,以供参考。

注意:显示端口电缆不直通。

带宽设制

EN591提供了一个四位旋转开关,用于设置信号带宽。 以下旋转开关图片和表格显示了可用带宽及其关联的旋转位置设置。

带宽设制

Ground 接地

后机箱上有一个接地螺钉,用于将目标接地。 在大多数情况下,不需要将目标单独接地。 如果目标没有通过另一条路径接地,并且输出显示出过多的电气噪声,则将目标接地可以降低输出噪声。 当低噪声运行至关重要时,即使目标通过另一条路径已良好接地,也建议本机单独接地。


EN591 – CPL591 / 592 规格1

EN591-CPL591 / 592规格

1这些规范是标准组件和校准的典型规范。 定制产品会影响其性能。 请检查产品随附的校准表,以获取系统上的特定详细信息。
在高EMI环境(10 V / m)中,输出噪声可能会升至0.2 VRMS(分辨率为1%),并且直流输出可能发生偏移。


EN591外壳图示

EN591外壳图示


电源规格

电源规格


外部电源

EN591系统包括一个外部电源。 电源设备具有一个可直接连接到机箱的连接器。

该电源是具有高频(100kHz)开关的电源。 高开关频率允许检测模块以最大分辨率运行。

外部电源


附录A

演示软件安装

最低要求

  • Windows 7或更高版本(64位)
  • 4 GB 内存
  • 2 GB 可用磁盘空间
  • USB端口(2.0或更高)

安装程序

可以在产品网页上下载该软件:

Lion演示程序(单击此处下载)

使用CPL590演示查看器:

1. 下载并运行CPL590ViewerInstall.exe

安装程序

2. 阅读并同意条款和条件,然后单击 Install 安装.

3. 请遵循安装程序的指导。

4. 安装完成后,请重新启动计算机。

5. 重新启动后,在桌面上运行该程序,或者通过选择 开始>所有程序> CPL590 Demo Viewer> CPL590 Demo Viewer.exe

CPL590 Demo Viewer程序安装在硬盘上的\ Program Files(x86)\ LionPrecision \ CPL590 Viewer \目录中。 如果您使用相同的子目录第二次安装CPL590 Demo Viewer软件,则将首先自动卸载以前的安装。

演示软件基础知识

扫描并连接设备

启动CPL590 Demo Viewer时(开始> CPL590 Demo Viewer),它将显示启动画面并询问操作员,以开始扫描USB总线上的EN591设备:

CPL590查看器

如果操作员选择“Exit 退出“ 按钮,程序将关闭。

如果操作员选择“Scan 扫描“ 按钮,程序将在USB总线上找到所有EN591设备,并显示找到的设备(机箱)分配编号,名称和每个设备/驱动器的序列号。 如果找不到EN591设备,则将为操作员提供“Retry 重试“ 连接。

CPL590的发现屏幕

如果要运行设备/驱动器,则操作员必须通过选中下图中的方框来启用“Run”标志:

CPL590的发现屏幕

如果操作员选择“OK 确定”标志,则将显示 Home 屏幕:

带有图形的屏幕

关闭 Scan 对话框后,程序将自动打开与EN591设备的连接。

“Home”屏幕将显示示波器显示以及已启用的“设备” /“驱动器”的序列号。运行在“Scan”屏幕中。

顶部菜单栏显示了可用的命令(开始,暂停,停止,保存文件,关于,帮助)。

底部的工具栏指示与设备通信的状态(未连接,已连接,正在运行的数据,已暂停的数据,已停止的数据)。 底部的工具栏还显示了从第一个设备接收的数据缓冲区的统计信息(最小值,最大值,峰峰值和平均值)。

左侧工具栏上的'附加选项','TEDs Data',和'Zero/Gain Adjus'菜单项,在成功连接设备之前将被禁用。

开始数据

所有选定设备的数据传输(接收)都不会运行,除非操作员选择了 'Start 开始' 按钮。 数据将被接收并显示在“ Scope”示波器视图区域里(如果选中了“Plot Enable ”)。 数据传输开始后,' Pause 暂停',' Stop 停止'和'Save File 保存文档' 按钮将被启动。

开始数据读取

暂停数据

当操作员选择 ' Pause 暂停' 按钮,示波器显示屏上显示的数据将停止更新,但将继续从设备接收数据。

开始数据读取

停止数据

当操作员选择 ' Stop 停止' 按钮,将停止数据传输操作,并且示波器显示屏上显示的数据将停止更新。

停止数据

Save File 保存文档

当操作员选择 ' Save File 保存文档 '按钮,程序将停止数据传输操作,然后显示“打开文件”对话框,供操作员选择文件名和目录,以将数据块保存到文件中。 文件数据的格式为CSV(以逗号分隔的字段)。

保存文件屏幕

保存的数据将是示波器显示屏上的数据点。 将会有一列用于时间戳记(以秒为单位),位移(以微米为单位),样品索引和原始数据计数值。 位移和原始数据的标题是设备的序列号。

数据CSV文件输出

附加选项

当操作员选择左侧的“Options”菜单项时,程序将停止数据传输并显示“Options”对话框:

选项画面

除非操作员选择“Home”菜单项,否则不会激活这些选项。 一旦激活了所设置选项,将使用新选项继续执行数据传输。

采样频率

从可能的速率的下拉列表中选择,EN591驱动器将以每秒的速率对数据进行采样。 可能的选择是500、1000、10000、15000和67000。

数据块大小

从可能的数据传输块大小的下拉列表中选择(以16位字为单位)。 可能的选择是4096、8192、16384、32768和65536。

灵敏度

这使操作员可以选择驱动器在进行测量时将使用的灵敏度(探测量程)。 在校准阶段已经将这两个量程编程到驱动器中。

消除间隙

此设置将确定程序是否将从数据缓冲区中的每个计算出的位移值中减去Near Gap值。

TEDs Data

当操作员选择 ' Teds Data' 菜单项,程序将从驱动器中检索配置(TED)信息并将其显示在 'Teds Data' 对话框:

TEDs Data

主数据显示区域

范围

当操作员单击 '范围',在主屏幕接近顶部的标签,将显示示波器视图。  该视图将为每个启用了运行的EN591驱动器显示“Plot Enables 启用绘图”复选框(在“扫描”对话框中)。 每个EN591驱动器图都会有其自己的颜色。

范围画面

该视图还具有显示原始数据,启用AC耦合,执行位移(Y)轴的自动缩放以及设置“位移轴”缩放范围的选项(如果未选中“Auto Scale 自动缩放”时)。

Meter

当操作员单击主屏幕顶部附近的“Meter”选项时,将显示探头位置的仪表功能。  该视图将为每个启用了运行的EN591驱动器显示“Plot Enables 启用绘图”复选框(在“扫描”对话框中)。 每个EN591驱动器量规指针都有其自己的颜色。

抄表

此视图还具有执行自动缩放和设置手动轴缩放范围的选项(如果未选中 Auto Scale 自动缩放时)。


附录B

SPI —— 概述

串行外围设备接口(SPI)是通常在嵌入式系统中使用的同步串行通信接口。 EN591的器件被设计为支持标准CPOL0和CPHA0的从架构。 主设备(主机)生成用于读取/写入和定时的帧。 通过始终将ASSERT线拉低并忽略BCLK,此协议可以做为标准的四线SPI串行总线。

LVDS(低压差分信号),也称为TIA / EIA-644,是一种技术标准,为高速数字接口规定了差分串行通信协议的电气特性,该协议在高数据速率下具有低功耗和高抗噪性。

电子数字IO特性

每个信号都由差分数据线对传输。 电气电平为LVDS。 在接收器端,每条线必须以100欧姆终止。

电子数字IO特性

ESD等级:

  • IEC 61000-4-2(ESD)15kV(空气)8kV(接触)
  • IEC 61000-4-4(EFT)40 A(5/50 ns)
  • IEC 61000-4-5(照明)2 A(8/20 µs)

 

  • 2输入差分电压摆幅:接收器上差分传输的正导体和互补导体之间的电压差。
  • 3输入共模电压:接收器上差分信号的共模。
  • 4输出差分电压摆幅:发送器上差分传输线的正导体和互补导体之间的电压差。 VOD = VOH – VOL
  • 5输出偏移电压:VOS =(VOH + VOL)/ 2

SPI连接器引脚6

SPI连接器引脚6

SPI接口协议

下图显示了一个16位数据字的传输。 数据包的所有数据字先从最高位开始串行传输。 MISO和MOSI线的数据位在CLK的上升沿移入/移出。 仅在传输数据位时,CLK线才激活有效。

SPI接口协议

  • 8引脚排列为差分对,包括反相和非反相。 列PIN被组织为非反相引脚,后跟反相线。
  • 7如果使用6米或更长的电缆,建议使用缓冲串行时钟。 EN591将缓冲从主机传入的时钟,并将从机输出回主机。 因此,主机可以使用该引脚输入MISO时钟,以消除由长电缆传播延迟引起的时序误差。

时序图

时序图

写命令 8 9

写命令是可以将状态更改/设置为EN591的操作。 在发送了一组新的写命令后,当ASSERT线保持低位时,它将被锁定在CS的上升沿。

写命令8 9

写命令8 9

显示端口电缆的接线参考

显示端口电缆的接线参考