容柵位移傳感器的製作方法

2023-06-06 04:57:11 2

專利名稱：容柵位移傳感器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種改進的容柵位移傳感器。更確切的說，它涉及一種改進的利用柵狀平行電極組成的電容組的電容量變化來測定平行電極間相對位移量的傳感器。
已有的容柵位移傳感器已經在數顯卡尺等長度測量設備中得到應用。

圖1表明了一個數顯卡尺現用的容柵位移傳感器的例子。傳感器由兩個平板電極組成，固定在卡尺尺身上的定尺1表面分布有嚴格相等的節距為P／2的電極a稱為接收極，接收極間以同樣節距的接地極b隔開；固定在卡尺尺框上的動尺2表面分布有多組間隔相等的電極c稱為發射極，發射極每組8個，分別為c1、c2、c3、c4、c5、c6、c7、c8，總節距為P，各組同名發射極聯結在一起；動尺2上還設有一個引出極d。定尺1和動尺2的電極面對面地平行安裝構成電容組，並可進行相對位移。利用電子電路對8個發射極c1～c8分別施加相位互差π／4的同波形交變激勵電壓，通過發射極c和接收極a間的電容組使接收極a上產生一個調製的交變合成信號。隨著定尺1和動尺2間發生位移，發射極c和接收極a間的電容組中各電容的電容量發生相應的變化，合成信號的相位也將發生相應的變化。合成信號通過接收極a和引出極d間的電容引出並耦合到電子電路，電子電路鑑別其相移並轉換成和定尺1和動尺2的相對位移量相應的數位訊號，從而完成對位移的測量。
因此，為了精確地測定位移，在現有電路條件下，接收極和發射極的節距必須做得很小，例如數顯卡尺的容柵位移傳感器，配合現有電子電路為做到解析度為0.01mm，必須做到發射極的節距為P／8＝0.635mm，造成製作的困難，也必然導致增加產品的成本。除此之外，各發射極間還必須用間隙隔開，隔離間隙就必須更小，上述傳感器的隔離間隙只能為0.10～0.15mm。由於傳感器在位移時一般有兩個發射極電容發生變化，而在接收極邊緣通過發射極隔離間隙時，只有一個發射極電容發生變化，即使隔離間隙是這樣的小，合成信號的相移在這時也會產生3‰的線性誤差，這一誤差為卡尺的測量帶來了0.015mm的測量誤差，而卡尺的總誤差僅允許0.03mm，這就增加了卡尺製作的困難。另外，為了使定尺1上各接地極聯在一起實現接地，現有的定尺1把接地極在尺面一端或二端聯接，圖形就不能是簡單的直柵狀而要製成城垛形或工字形，也造成製作上一定的困難。
本實用新型的目的是要提供一種電極分布形式經過改進的容柵位移傳感器。這種改進的傳感器其發射極節距可以放寬到原來的4倍；發射極間的隔離間隙的寬度變得不那麼重要，即在相當大的間隙範圍內給整個測量系統帶來的誤差不那麼嚴重；同時把接收極製成最簡單的直柵狀。
為了達到上述目的，本實用新型採取的措施是把發射極改成磚牆形圖形，圖2表示了發射極c的圖形。這樣，發射極c排成高度都為h的4排，每個發射極的節距為P／2，第一排分布發射極c1、c5，第二排分布c2、c6，第三排分布c3、c7，第四排分布c4、c8，相鄰兩排發射極的隔離間隙的位置錯開P／8。
重新分布的發射極節距為P／2，是原來的四倍，製造起來就較為方便，特別在使用印刷線路板工藝製造動尺時顯得更容易。
重新分布的發射極使位移時接收極合成信號的組成有了改變，圖4表明了用發射極上激勵電壓的基波矢量合成的合成信號，在傳感器位移到不同位置時合成信號有相應的相移。可見改進後的容柵位移傳感器仍可和原有傳感器一樣地工作。
重新分布的發射極可以使傳感器在位移發生時一般8個發射極電容都發生變化，而在接收極邊緣經過發射極隔離間隙時仍有7個發射極電容發生變化。用發射極上激勵電壓的基波進行分析，隔離間隙在0.2～0.4mm很寬的範圍內，合成信號相移的線性誤差僅為1‰。例如在數顯卡尺上應用改進後的容柵位移傳感器，給測量系統帶來的誤差僅為0.005mm。
本實用新型採取的另一措施是把定尺上的接收極a和接地極b製成具有相等間隔相同形狀的電極，即做成最簡單的直柵狀。圖3表示了接收極a和接地極b的圖形。所有接地極以金屬孔化孔聯接至背面的導電層上以得到可靠的接地。這種簡化的圖形易於用印刷線路板工藝來製作，又適用於用精密刻劃工藝來製作。如果配合上述改進了的發射極圖形，柵狀隔離間隙的寬度同樣也沒有象現有傳感器那樣的嚴格要求。
圖1是說明已有的數顯卡尺等量具使用的容柵位移傳感器的電極分布圖形。
圖2是說明本實用新型改進的動尺上發射極和引出極分布圖形。
圖3是說明本實用新型改進的定尺上接收極和接地極分布圖形。
圖4是說明本實用新型改進後的容柵位移傳感器合成信號的相移與位移的對應關係。
由於本實用新型僅改進了原有容柵位移傳感器的電極分布，這個分布並不依賴於傳感器的電極尺寸和定尺、動尺的形狀和總尺寸，而且沒有改變傳感器的工作方式和適配電子電路，因此可以完全替代原有容柵位移傳感器在數顯卡尺等各類測量設備中實施。
即使不改變原有容柵位移傳感器定尺的圖形，本實用新型改進了的動尺圖形也可配合原定尺在各種測量設備中實施。
本實用新型提供的容柵位移傳感器製成圓形封閉狀可用作角位移測量予以實施。
如果採用精密刻劃技術在製作小節距容柵沒有困難時，本實用新型可作為提高測量解析度的方案予以實施。例如用原有的適配電子電路，把容柵位移傳感器的節距P設計為1.016mm，即發射極節距和接收極節距都為0.508mm，則可實現解析度為0.001mm的高精度測量。
權利要求1.一種用於測量位移的容柵位移傳感器，其特徵在於有兩個平行安裝並可相對位移的電極組構成一個電容系統，其中一個電極組沿位移方向分布有若干個等節距P/2的接收極，接收極間用同樣節距的接地極隔開，各接地極聯接在一起並接地；另一個電極組沿位移方向分布有磚牆形圖形的多組發射極，每組8塊，依次為C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8，每塊的節距為P/2排成等高的4排，第一排為C1、C5，第二排為C2、C6，第三排為C3、C7，第四排為C4、C8，相鄰排發射極的隔離間隙位置互相錯開P/8，同名的發射極聯接在一起，這個電極組中還分布有引出極；傳感器工作時在8個發射極上分別施加相位互差π/4的同波形交變激勵電壓，在引出極輸出合成信號。
2.根據權利要求1所述的容柵位移傳感器，其特徵在於接收極和接地極圖形完全一致，用直柵狀隔離間隙隔開，全部接地極用金屬孔化孔引至背面導電層以聯接在一起可靠接地。
3.根據權利要求1所述的容柵位移傳感器，其特徵在於把兩個電極組製成封閉圓形，用於進行角位移測量。
專利摘要本實用新型提供一種改進的容柵位移傳感器用以精確測量位移量。其特徵在於將現有技術中發射極改成磚牆形圖形使發射極節距為P/2，是原來的四倍，另外把定尺上的接收極a和接地極b製成具有相同間隔相同形狀的電極。在同樣測量要求和使用同樣電子電路情況下，這種傳感器的容柵可以做得較寬，電極間隔離間隙對測量精度的影響較小，因此容易製造，並容易替換現有容柵位移傳感器在數顯卡尺等測量設備中得到應用。
文檔編號G01B7/02GK2072210SQ90207148
公開日1991年2月27日 申請日期1990年4月18日 優先權日1990年4月18日
發明者吳小凡 申請人:吳小凡