В отличии от датчика из статьи https://habr.com/ru/articles/914658/ , далее рассматривается возможность измерения не толщины нити, а ее объема. Такой датчик может быть очень компактным.
Далее кратко описана экспериментальная проверка технической возможности создания такого датчика, но готовое решение пока не делал.
Идея датчика простая, но ее техническая реализация не является очевидной. Суть идеи в том, чтобы измерять объем нити с помощью конденсатора.
Известно, что для 3D принтеров нить(филамент) изготавливается в основном диаметром 2,85 мм и 1,75 мм. Поэтому, для экспериментов сделал емкостной датчик из двух параллельных медных пластин толщиной 0.1 мм и размером 5x15 мм2, соединенных по бокам перегородками из пластика толщиной по 1 мм. Получился конденсатор с внутренним отверстием примерно 3x3 мм2.
Для экспериментальной проверки данной идеи использовал технологию емкостного зондирования с заземленными конденсаторными датчиками. Это очень маломощная, недорогая, высокоразрешающая бесконтактная технология, которая может применяться в различных приложениях, начиная от зондирования приближения и распознавания жестов до анализа материалов и дистанционного измерения уровня жидкости. Датчиком в емкостной сенсорной системе является любой металл или проводник, что позволяет создать недорогую и очень гибкую систему.
Технология реализуется на основе чипа FDC1004, который представляет собой 4-канальный емкостно-цифровой преобразователь высокого разрешения.
Каждый канал FDC1004 имеет полный диапазон шкалы ±15 pF и погрешность измерения 0.0005 pF, может учитывать емкость смещения до 100 pF, которая либо программируется внутренне, либо может быть внешним конденсатором для отслеживания изменений окружающей среды с течением времени и температуры. Большая емкость смещения позволяет использовать удаленные датчики.
FDC1004 позволяет подключить экраны датчиков, которые могут уменьшить электромагнитные помехи и помочь сфокусировать направление зондирования емкостного датчика. Компактность FDC1004 позволяет использовать его в приложениях с ограниченным пространством. FDC1004 доступен в 10-контактном корпусе WSON и VSSOP и имеет интерфейс I2C для сопряжения с микроконтроллером.
Так как у меня нет нитей из PLA, то, учитывая, что диэлектрическая проницаемость PLA примерно такая же, как у древесины, для экспериментов взял три древесных стрежня диаметром примерно 1 мм.
Далее приведены фото экспериментов и таблиц измерения значения емкости датчика в зависимости от числа стержней внутри конденсатора.
Результаты эксперимента следующие:
Начальная емкость датчика составляет 1.957 pF. Изменение емкости датчика, относительно начально значения, для одного, двух и трех стержней составляет 0.075 pF, 0.143 pF, 0.206 pF соответственно. В данном эксперименте не применялись какие-либо меры, позволяющие снизить погрешность измерения.
Полученные результаты доказывают, что датчик для измерения объема нити на основе технологии емкостного зондирования технически реализуем.
При этом погрешность измеренных значений не превышает 0.003 pF, что составляет 1.45% от максимального измеренного значения изменения емкости.
Так как инструментальная погрешность FDC1004 составляет 0.0005 pF, что в 6 раз меньше полученной в экспериментах, то можно ожидать при реализации датчика погрешности измерения не более 1%.