MTI Instruments Inc.

静電容量変位センサ Accumeasure D

世界トップレベルの新製品の登場

  • ナノメートルオーダー分解能の非接触変位計
  • リニアリティ ±0.01%
  • デジタル出力(LAN またはUSB)で直接PCと接続、PCへデータ表示・保存
  • ユーザー様側で測定レンジの拡張が可能
    1つのプローブで複数の測定レンジを選択可
  • 手に乗るサイズのアンプ
  • グラウンド不要のプローブもあり

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特長

  • 容易にナノメートルオーダーの分解能を実現
  • リニアリティ ±0.01%
  • デジタル出力(LAN またはUSB)で直接PCと接続、PCへデータ保存
  • ソフトウェア付属
  • ソフトウェア開発キット(SDK)も用意
    NET(VB, C+, C++)、DLL、NI LabVIEW™ドライバ、Linux
  • デジタル出力に加えて、アナログ電圧出力を加えたモデルもあり
  • ユーザー様側で測定レンジの拡張(変更)が可能
    1つのプローブで複数の測定レンジを選択可 (世界初)
  • 可変フィルタ周波数: 0.1Hz~5kHz
  • 最大20kサンプル/秒のデータレート(各ch毎、可変)
  • 手に乗るサイズのアンプ(1~4ch)
  • グラウンド不要のプローブもあり

テクノロジー

測定原理

一般に、静電容量 C は2つの平面間距離 D でただ1つに決まります。
(平行板コンデンサの原理)
本製品は静電容量 C を検出し、変位量 D を算出しています。

ε :比誘電率 (通常空気の比誘電率、一定)
S :プローブ測定面の電極の面積
D :変位

デジタルデザイン

ACCUMEASURE D シリーズは革新的なデザインで静電容量の電場をダイレクトに24bitの変位量にデジタル変換します。
このダイレクトデジタル変換は、従来のアナログ製品のアナログフィルタ、アナログリニアライザなどによるノイズ増大やエラーを完全に消し去ることができ、ダイレクトにデジタルデータを保存します。

測定物について

金属、シリコン、カーボンなどの導体や、半導体が測定できます。

測定物とアンプはグラウンドをとる必要があります。(リード線で測定物とアンプをつなげる必要があります)

サファイア基板など、導体でない測定物でも測定できるテクニックがあります。
詳しくはお問い合わせください。

測定物のグラウンドがとれない場合(オプション)

グラウンド不要で測定できるユニークな技術を2種類提供できます。

<Push-Pullプローブ>

MTI Instruments社はグラウンド不要で測定できるユニークな技術を提供します。
1つのプローブボディの中に2つのセンシング面があります。(Push-Pullプローブ)
2つのセンシング面は同じ電圧で駆動していますが、位相を180°反転させて、片方からもう片方に電流を流します。
フロートの測定物を測定するとき、2つのセンシング面は同一の特徴を持つのでフリンジング容量(寄生静電容量)の効果はキャンセルされます。
1つのPush-Pullプローブは一カ所の測定に、2つのPush-Pullプローブはより確実な厚さ測定に向いています。

※1つのPush-Pullプローブからケーブルが2本でており、1つのPush-Pullプローブはアンプのチャンネルを2つ使用します。
※要工場出荷時設定

<180°>

2つの標準プローブの位相を180°反転させて、片方からもう片方に電流を流します。このことによりフロートの測定物を測定することができます。とりわけ厚さ測定で威力を発揮します。
※要工場出荷時

仕様

プローブ仕様

様々なプローブがあります。
他にも特注品(650℃高温対応、非磁性対応、ねじ切り、特注形状)もご相談に応じます。

※分解能はケーブル1m、測定レンジの拡張をしていない場合、
 測定レンジの中心で測定物を固定した場合のノイズの値です。
※ユーザー様側で測定レンジを拡張できます。
 1倍と2倍が標準仕様で、その他の倍率がオプションになります。
※測定レンジをn倍にすると、分解能もn倍悪くなります。
※分解能はローパスフィルタ―の周波数設定(可変)によって変わります。
 例として50Hzと5kHzの時の値を記載しています。
※分解能の単位は“ナノメートル”です。

【ILA】 (ケーブル一体、軸方向配線タイプ)

型番 測定
レンジ
拡張できる
最大測定レンジ
分解能
50Hz時
分解能
5kHz時
E D L
  µm µm 倍率 nm rms nm rms mm mm mm
ASP-25M-ILA 25 225 9 0.2 1.5 1.09 2.39 9.50
ASP-50M-ILA 50 200 4 0.3 3 1.55 2.89 9.50
ASP-125M-ILA 125 250 2 0.8 7.5 2.49 3.99 9.50
ASP-250M-ILA 250 500 2 1.5 15 3.53 5.59 9.50
ASP-500M-ILA 500 1,000 2 3 30.1 5.00 7.99 9.50
ASP-1250M-ILA 1,250 2,500 2 7.5 75.1 7.98 14.00 9.50
ASP-2500M-ILA 2,500 5,000 2 15 150.3 11.25 25.00 9.50
ASP-5000M-ILA 5,000 10,000 2 30.1 300.5 15.93 38.00 9.50

【CTA】(コネクタ、軸方向配線タイプ)


型番 測定
レンジ
拡張できる
最大測定レンジ
分解能
50Hz時
分解能
5kHz時
E D L
  µm µm 倍率 nm rms nm rms mm mm mm
ASP-25M-CTA 25 250 10 0.2 1.5 1.09 6.39 63.50
ASP-50M-CTA 50 450 9 0.3 3 1.55 6.39 63.50
ASP-125M-CTA 125 1,250 10 0.8 7.5 2.49 6.39 63.50
ASP-250M-CTA 250 750 3 1.5 15 3.53 6.39 63.50
ASP-500M-CTA 500 2,000 4 3 30.1 5.00 11.00 63.50
ASP-1250M-CTA 1,250 2,500 2 7.5 75.1 7.98 15.50 63.50
ASP-2500M-CTA 2,500 5,000 2 15 150.3 11.25 25.00 63.50
ASP-5000M-CTA 5,000 10,000 2 30.1 300.5 15.93 38.00 63.50

【ILR】(ケーブル一体、径方向配線タイプ)


型番 測定
レンジ
拡張できる
最大測定レンジ
分解能
50Hz時
分解能
5kHz時
E D L
  µm µm 倍率 nm rms nm rms mm mm mm
ASP-25M-ILR 25 225 9 0.2 1.5 1.09 2.39 9.50
ASP-50M-ILR 50 200 4 0.3 3 1.55 2.89 9.50
ASP-125M-ILR 125 250 2 0.8 7.5 2.49 3.99 9.50
ASP-250M-ILR 250 500 2 1.5 15 3.53 5.59 9.50
ASP-500M-ILR 500 1,000 2 3 30.1 5.00 7.99 9.50
ASP-1250M-ILR 1,250 2,500 2 7.5 75.1 7.98 14.00 9.50
ASP-2500M-ILR 2,500 5,000 2 15 150.3 11.25 25.00 9.50
ASP-5000M-ILR 5,000 10,000 2 30.1 300.5 15.93 38.00 9.50

【CTR】 (コネクタ、径方向配線タイプ)


型番 測定
レンジ
拡張できる
最大測定レンジ
分解能
50Hz時
分解能
5kHz時
E D L
  µm µm 倍率 nm rms nm rms mm mm mm
ASP-25M-CTR 25 250 10 0.2 1.5 1.09 9.49 25.50
ASP-50M-CTR 50 450 9 0.3 3 1.55 9.49 25.50
ASP-125M-CTR 125 1,250 10 0.8 7.5 2.49 9.49 25.50
ASP-250M-CTR 250 2,250 9 1.5 15 3.53 9.49 25.50
ASP-500M-CTR 500 2,000 4 3 30.1 5.00 11.00 25.50
ASP-1250M-CTR 1,250 2,500 2 7.5 75.1 7.98 15.50 25.50
ASP-2500M-CTR 2,500 5,000 2 15 150.3 11.25 25.00 25.50
ASP-5000M-CTR 5,000 10,000 2 30.1 300.5 15.93 38.00 25.50

【PSR】 (薄型、径方向配線タイプ)


型番 測定
レンジ
拡張できる
最大測定レンジ
分解能
50Hz時
分解能
5kHz時
E L W 厚さT
  µm µm 倍率 nm rms nm rms mm mm mm mm
ASP-25M-PSR 25 225 9 0.2 1.5 1.09 7.50 8.00 2.50
ASP-50M-PSR 50 200 4 0.3 3 1.55 7.70 8.00 2.50
ASP-125M-PSR 125 250 2 0.8 7.5 2.49 8.20 8.00 2.50
ASP-250M-PSR 250 500 2 1.5 15 3.53 9.00 8.00 2.50
ASP-500M-PSR 500 1,000 2 3 30.1 4.98 10.20 8.00 2.50
ASP-1250M-PSR 1,250 2,500 2 7.5 75.1 7.98 18.00 13.90 2.50
ASP-2500M-PSR 2,500 5,000 2 15 150.3 11.25 29.75 25.40 2.50
ASP-5000M-PSR 5,000 10,000 2 30.1 300.5 15.93 42.50 38.00 5.00

システム仕様

  • 非線形性: ±0.01% (標準測定レンジ、ケーブル長さ1mの場合の典型値)

【世界トップレベルの安定性】

  • 再現性: 分解能の範囲内
  • 長期安定性/ドリフト: 20ppm以下/1ヶ月 (±1℃の場合)
  • 温度特性: 100ppm以下、 オプションで10ppm (動作温度0~40℃の場合)
  • 最大測定レンジ: 12.5mm (推奨拡張測定レンジを超えて設定した場合)
  • A/Dコンバーター: 24bit
  • デジタルデータ出力レート:最大20,000サンプル/秒 (すべてのチャンネル毎)
  • 可変フィルタ: フィルタなし、0.1, 1, 10Hz (エクスポネンシャル フィルタ)
    50, 100, 500, 1k, 5kHz (バターワース ローパスフィルタ)
  • アナログ電圧出力のインピーダンス: 50Ω
  • エンコーダー入力: 0~DC24V、 スレッショルド(しきい値)1.2V、 32bit
  • デジタル出力のコネクタ: マイクロUSB もしくは RJ-45イーサネット10/100/1000
  • アンプ外寸: 高さ53mm、幅103mm、奥行き120mm
  • 動作環境: (設計値) 0~40℃、 95%RH以下 (結露なきこと) (推奨環境) 20℃、 50%RH (結露なきこと)、100kPa
  • 電源: DC24V±2V
    リップル50mVp-p以下、スイッチング速度60kHz以上、消費電力8W以下

機能

アナログ電圧出力(オプション)

デジタル出力に加えて、アナログ電圧出力ができるモデルがあります。アナログ電圧出力のレンジは下記4種類から選べます。

  • 0~+5V
  • 0~+10V
  • -5~+5V
  • -10~+10V

スパンを自由に設定できます。
0~+10Vを0~1mmに設定したり0~+10Vを0~2mmに設定したりできます。

アナログ電圧出力におけるレイテンシー(時間遅れ)は20µsec(5kHzフィルタ時)と少なく閉ループ処理をしてもほとんどの場合問題になりません。

エンコーダ入力

  • アンプにエンコーダ入力端子があります
  • 2つのA・Bチャンネルに加えて、1つのゼロリセットのZチャンネル
  • 200kHzサンプリング
  • 回転センサやリニアエンコーダのX・Y座標データと同期計測ができます

付属ソフトウェア

  • 最大20kサンプル/秒のデータ転送レート(各ch毎、可変)
  • ユーザー様側で測定レンジの拡張が可能、1つのプローブで複数の測定レンジを選択可
  • 各種設定 (測定レンジの変更、移動平均、フィルタ、データレートなど)
  • データ保存 (.csvファイル)
  • リアルタイムデータ表示
  • デジタル出力(LANまたはUSB)で直接PCと接続、PCへデータ保存
ソフト画像

上図:ピエゾステージによる200nmステップの変位量を測定
プローブはASP-125Mを使用

事例紹介

いくつかの実績をご紹介します。
日本の国公立研究機関にも多数の実績があります。

一般的な精密測定

  • 回転体のランナウト(触れ回り)計測
  • ピエゾステージの評価、制御

半導体

  • 半導体製造装置のレンズ、ステージ、ウェハの位置合わせ
  • ウェアの厚さ、平坦度(TTV)計測

自動車分野

  • ディスクブレーキロータの厚さ・熱たわみ計測
  • エンジン部品の精度計測

航空宇宙分野

  • 複合材(誘電するタイプ)の曲げ・応力・耐久試験
  • 精密研磨部品の品質評価
  • 宇宙観測用の望遠鏡の制御

電力・エネルギー

  • 風力発電のナセル内の監視
  • タービンのローターの変位計測
  • 太陽電池の生産工程での厚み計測

FAQ

Q:測定物にプローブを接触させると壊れますか?
A:他社製品と異なり、電気的に保護されていますので故障することはありません。
電源ON時でも測定物に接触させて、平行だしやゼロ点合わせをおこなうことができます。
もちろんプローブに傷をつけないように気を付けて作業をおこなってください。

Q:絶縁体を測定することはできますか?
A:通常、絶縁体は測定できませんが、
本製品は条件付きでサファイア基板などの絶縁体の測定ができます。
詳しくはお問い合わせください。

Q:測定物の材料の種類により校正値は変わりますか?
A:変わりません。同じ校正値で測定できます。
鉄・アルミ・ステンレスなどどれを測定しても校正値は同じです。
(渦電流式のセンサとは異なります)

Q:磁場中で測定できますか?
A:磁場中で測定するために、特注でプローブの材料を非磁性にすることができます。
詳しくはお問い合わせください。

Q:測定物の面積はどれだけ必要ですか?
A:プローブの外径程度が必要になります。
プローブの外径の1.2倍の面積があれば間違いありません。

※実際にセンシングしている面は、
 「仕様」に書かれているプローブの「E」の面積になります。

Q:耐熱は?
A:標準仕様のプローブとケーブルは-130℃~200℃の耐熱になります。
※ケーブルの取り外しができるコネクタタイプのコネクタ部は-65℃~85℃です。

特注で~650℃の耐熱のプローブ、ケーブルを用意できます。
詳しくはお問い合わせください。