CDC为诊断系统提供简单而稳定的电平检测

方法

图8所示的流程图列出了接近液体时采用的技术。

图8. 简化控制流程图

探针以能达到的最高速度移动，直到极其接近液体表面。 根据位置信息、现有的计算能力以及预先表征系统的能力，该点可通过幂级数计算、电容阈值或电容曲线的斜率确定，如本文所述。 对数据求均值可更可靠地确定该点。 对电容数据进行归一化也能增加系统的可靠性。

当探针足够接近表面时，探针速度大幅下降，以便最终接近液体表面。 为使效率最大化，该点应尽量靠近表面，但在穿透液体表面之前接近速度必须下降，以确保探针停止移动之前对穿刺距离具有良好的控制。

与液体表面的接触可利用电容值并通过该点的断续程度加以确定（如本文所述），也可通过电容曲线斜率确定。 求均值可降低噪声，但不执行该操作也能可靠地检测出较大的偏移。 归一化电容数据可改善稳定性，但其影响不如接近阶段那么大。

随后，便可将探针驱至表面以下的预定距离。 具有精密电机控制能力时，这很容易做到。 若无精密电机控制，可估算速度，且探针可移动一段固定的时间。

穿透液体之后，会得到电容读数的两个特性数据。 首先，随着探针在液体中移动，测量值的变化相对较小。 虽然我们期望恒定变化速率有助于确定穿透深度，但并未观察到这样的现象。 其次，不同液位下的测量值变化极小，如图9所示。穿透灌满的试管与穿透几乎为空的试管之后，测得的电容值基本相同。

图9. 电容与液位的关系

但是，归一化的数据却有所不同。 随着液位的下降，归一化电容值也随之下降。 若要在可靠的位置数据不可用的情况下确定液位是否降低，那么这种特性可能会有所帮助。

穿透液体表面之后，探针需要多少时间才能停止取决于包括电机控制系统本身在内的几个因素，但一条经过仔细研究的接近曲线可保证严格控制探针，并使探针速度最大化。 实验室中，探针以最大速度在两个电容读数之间移动约0.45 mm，可在穿透表面0.25 mm距离之内停止。 若采样速率更高且探针在两个样本之间移动大约0.085 mm，则它可在距离液体表面0.05 mm距离之内停止。 无论何种情况，探针均以最大速度工作，直到距离液体表面大约1 mm至3 mm处，从而提供最高效率和吞吐速率。

结论

这种打破传统使用集成式电容数字转换器的方法提供了一种简单而稳定的电平检测解决方案。 接近曲线同时利用电容和斜率测量控制探针的运动。备用部署方案具有更高的稳定性，或者提供更多信息。本解决方案可在穿透表面后快速可靠地使探针停止移动，同时尽可能以最高探针速度移动至最终位置。 本文仅浅显地描述了CDC技术用于电平检测的情况。 经验丰富的工程师可以本文的思路作为出发点，针对特定应用环境对本解决方案加以改进。(end)