在過去的十幾年中，感測器技術的突破改善了汽車的內外部性能。大多數消費者都知道感測器對汽車子系統 (如安全氣囊、自動剎車系統和負載平衡系統) 所帶來的好處。

因此，一級汽車製造供應商必須遵守非常嚴格的質量系統要求，如 Q1 和 QA9000，這些要求強調每次都要第一次就製造出高質量的零件。

隨著新的質量控制實踐 (如過程中檢查和100%零件檢查) 變得越來越普遍，電容非接觸位移和薄間隙傳感器 在汽車製造過程中的應用越來越多。

隨著元件和相關零組件尺寸的縮小，用於測量它們的感測器也必須進行微小化。例如，位移感測器通常必須適應直徑小於1毫米的位置，並測量小至0.009英寸 (0.23毫米) 的間隙。其他環境條件要求包括：

• 工作溫度可達 1832°F (1000°C)
• 總直徑減小至004 英寸 (100 微米)
• 精度達到 8 微英寸 (0.2 微米)
• 抗磁場干擾
• 響應速度高達 200 kHz
• 車載直流模組化電子設備

煞車系統 (碟式和鼓式)

Capacitec 新系列碟式煞車磨損分析感測器的堅固模組化電子設備 (如下方圖1) 能夠在實驗室測功機和測試場地的車輛上進行高溫 (932°F，500°C) 動態煞車系統測量。通過測量運動中煞車轉子的位移變量，可以收集和分析數據，以顯示以下幾個特徵：

• 轉子跳動（TIR）
• 轉子厚度變化
• 轉子錐度
• 熱膨脹
• 板對板的方向（V形，桶形）
• 擺動
• 橢圓度
  
  

圖1：位移感測器可以成對放置在汽車煞車碟盤的兩側，以動態監測各種性能參數。

高溫和高壓條件下，如緊急煞車或長時間下坡減速，會使重型卡車的煞車鼓變形。煞車故障可能由於煞車鼓從正常的圓形變為橢圓形 (如圖2)。

為了進行這種現象的車載測量，Robert Bosch公司安裝了 Capacitec 的非接觸高溫煞車探頭。感測器導線通過車輪鼓並連接到固定在車輪外圓周上的特殊電子設備。這些電子設備能夠承受高速旋轉的高G力和超過 120°F (49°C) 的環境溫度。

圖2：兩個非接觸式電容感測器同步量測，用於測量煞車鼓內徑的橢圓度，以檢測由極端煞車條件引起的變形。

動力傳動系統

改進汽車發動機和變速箱的設計和製造方法需要具備以下功能的先進位移和間隙感測器：

• 非接觸測量
• 能夠承受高溫和高壓
• 不需要因金屬類型的變化而重新校準
• 能在油或變速箱液中運行
• 體積非常小，適合安裝在狹小空間
• 抗磁場干擾
• 高頻響應，用於追蹤快速旋轉或軸向運動

柴油燃油噴射系統

大型發動機中噴油嘴的閉合位置對提高效率和減少引擎噪音至關重要。如果噴油嘴閉合不夠緊，燃油會被浪費；如果閉合過緊，則會產生「振鈴」振動，導致噴油嘴過早失效。

這種位置測量應用因發電機線圈產生的高磁場環境以及噴油嘴桿的高速關節運動而變得更加具有挑戰性，這需要30 kHz的頻率響應。
解決這一問題的感測器探頭能夠抗磁場干擾，並具有專門匹配的磁性外殼，使其能夠在高磁場中完美運行，同時不影響為噴油器本身供電的磁場強度。經過測試和微調的柴油發動機符合美國聯邦燃油經濟性和排放標準，同時受益於噪音減少和故障間隔時間增加。

發動機活塞頭中的環位置

Caterpillar 工程設備製造公司 (Caterpillar | Company History Timeline) 通過長期的發動機測試發現，積碳累積實際上會卡住活塞環，導致機油進入燃燒室並引起排放問題。
解決方案是測量油冷活塞的運動，這需要一個能夠在 482°F2 (50°C) 機油中運行的精確非接觸位移感測器。

為了監測活塞環的上下「拍打」運動，Capacitec 安裝了直徑4毫米的圓柱形傳感器，並配有直徑1毫米的同軸電纜，這些電纜通過“grasshopper link”組件穿過油底殼，然後連接到車載電子設備 (如圖3)。

 圖3：浸沒在機油中，兩個高溫 Capacitec 位移傳感器測量 Caterpillar 拖拉機的活塞環 1.3 微米的運動。

車輛裝配

對車輛外部表面各種間隙進行一致且精確的測量是一個困難的問題，因為間隙位置多種多樣，每個位置都有其特定要求。變量包括：

• 不同的測量材料 (例如金屬、橡膠、複合材料)
• 各種接觸/非接觸要求 (防止刮擦)
• 廣泛的間隙尺寸範圍 (0.23–10毫米)
• 廣泛的目標幾何形狀 (例如，從平面到半徑，從半徑到尖銳邊緣)
• 信號處理差異
• 儀器的便攜性
  
  

基於在航空工業中的經驗，光滑的外部表面對於適當的空氣動力學、安全性、噪音控制和燃油經濟性至關重要，Capacitec 開發了多種接觸和非接觸間隙和平整度傳感器以應用於此。
前者通常適用於非導電或形狀特殊的目標材料；後者則用於目標材料兩側均為導電或對成品表面 (如生產線末端的車輛外部塗漆表面) 有顧慮的情況。

控制汽車天窗中安裝支架與玻璃之間的平整度是一個很好的例子。天窗的曲率需要在玻璃和支架之間使用不同量的黏著劑。這個過程的工作方式是，首先將玻璃定位到包含八個感測器的夾具中，這些傳感器控制玻璃和支架之間的環氧樹脂量，確保每個天窗的幾何形狀一致。
這種間隙和平整度測量系統使美國通用汽車能夠在 0.060英寸 (1.5毫米) 的間隙 上實現 ±0.004英寸 (100微米) 的公差。完成的天窗與車頂齊平，大大減少了噪音，同時有助於空氣動力學和燃油經濟性。

其他相關應用量測

除了在車用領域量測的獨特使用情境外，Capacitec的多元量測套件均可以滿足生產及檢驗過程中的各種維度量測 (如圖4)。


圖4：其他應用領域量測示意圖。

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【Spectra-Physics】

📑Application Note 72：
Copper Micromachining Enhanced by Programable UV Nanosecond Pulses
透過可程式化紫外線奈秒脈衝提升銅金屬微加工

隨著醫療設備到先進微電子產品等各行各業對更小、更高精度產品的需求不斷增加，雷射已成為不可或缺的製造工具。雖然超短脈衝 (USP) 雷射以其精度著稱，但在成本和產量方面存在一定的限制。
奈秒 (ns) 脈衝雷射提供更高的去除速率、更低的成本和更好的可靠性。

 
Talon Ace UV100雷射：

由 MKS 的 Spectra-Physics 開發，這種 ns 脈衝雷射提供 100 W 的紫外線功率，用於高通量和高速精密微加工。
具有 TimeShift™ 可程式化脈衝功能，允許 2 到 50 ns 的脈衝寬度和定制輸出，如脈衝成形和脈衝串。

 
實驗結果顯示：

• 在銅板上測試了 Talon Ace 的微加工能力，並比較了單脈衝和串脈衝輸出。
• 結果顯示，較短的脈衝寬度 (2 ns) 提供了更好的去除控制和減少的熱負荷。
• 串模式 (5×2 ns次脈衝) 相比於單脈衝和傳統的 Q-switch 雷射，提供了更高的去除效率。
• 質量分析顯示，單個 2 ns 脈衝的熱影響較小，而串輸出導致更均勻的表面和減少的邊緣毛刺。

應用：

• 在工業應用中顯示出優勢，如銅/聚酰亞胺/銅材料堆疊中的盲孔鑽孔。
• 與單個脈衝相比，串模式在質量和通量方面取得了更優異的結果。