[发明专利]电容式接触型位移测量传感器及传感系统

说明书

本发明公开了一种电容式接触型位移测量传感器及传感系统，该传感器包括：固定部件，包括固定绝缘基底及位于固定绝缘基底上的电容极片组，电容极片组包括各导电极片及覆盖在各导电极片上的固定侧薄膜；运动部件，包括运动绝缘基底和位于运动绝缘基底上的接地极片组，接地极片组包括各导电极片及覆盖在各导电极片上的运动侧薄膜；固定部件与运动部件在垂直于X方向的Z方向上相对布置，且运动部件与固定部件沿X方向接触式滑动配合连接，以使运动侧薄膜与固定侧薄膜在Z方向上的保持零间隙；电容极片组与接地极片组被设置为在运动过程中形成可变电容器。本发明传感器无需针对间隙变化进行补偿设计，有利于简化结构及提升传感器性能。

技术领域

本发明涉及一种电容式传感器，具体涉及一种基于电容极片正对面积变化来测量位移的电容式接触型位移测量传感器、及基于该种传感器的传感系统。

背景技术

利用平行板电容器的电容变化来测量位移的传感器装置已经被广泛地应用，以电容的变化来测量位移主要有两种方法：一种是间隙变化型的位移传感器，另一种是面积变化型的电容传感器。

上述面积变化型的电容位移传感器存在的问题是：在进行位移测量时，很难避免因间隙变化对位移测量精度造成的影响，而且间隙变化对电容器的电容量的影响是非常敏感的，比如在100μm间隙的电容器中，1μm的变化将会造成百分之一的电容量的变化，并且对于大部分应用场合，百分之一的不确定性误差也是难以接受的。为了解决该技术问题，已有研究的解决方案为通过构建能够形成相互补偿的可变电容器来减小间隙变化对位移测量精度的影响，该种方案由于需要以能够形成相互补充作用为基础，因此不利于做出对传感器其他性能的改进，例如提高分辨率、增大量程、实现绝对位移测量等，这便会限制传感器的适用范围。因此，非常有必要提出一种不需要通过补偿作用来减小甚至消除间隙变化对位移测量精度影响的面积变化型的电容位置传感器。

发明内容

本发明的一个目的在于为了减小甚至消除间隙变化对面积变化型的电容式位移传感器的位移测量精度的影响，提出了一种关于面积变化型的电容式位移传感器的新的技术方案。

根据本发明第一方面，提供了一种电容式接触型位移测量传感器，其包括包括固定部件和运动部件；所述固定部件包括固定绝缘基底和位于所述固定绝缘基底上的电容极片组，所述电容极片组包括各导电极片及覆盖在各导电极片的外表面上的固定侧薄膜；所述运动部件包括运动绝缘基底和位于所述运动绝缘基底上的接地极片组，所述接地极片组包括各导电极片及覆盖在各导电极片的外表面上的运动侧薄膜，且所述接地极片组的所有导电极片均电连接在一起，所述固定侧薄膜与所述运动侧薄膜中的至少一个为绝缘材料薄膜；

所述固定部件与所述运动部件在Z方向上相对布置，且所述运动部件与固定部件沿垂直于所述Z方向的X方向上接触式滑动配合连接，以使所述运动侧薄膜与所述固定侧薄膜在Z方向上保持零间隙；

所述电容极片组与所述接地极片组被设置为：在所述运动部件相对所述固定部件沿X方向运动时形成可变电容器，以通过所述可变电容器输出用于表征所述运动部件沿X方向的位移的信号。

可选的是，所述电容极片组包括四个第一电容极片组，每一所述第一电容极片组由电连接在一起的m个第一导电极片组成；其中两个所述第一电容极片组的第一导电极片在沿X方向的第一排上以Wcs1的间距交替排列，另外两个第一电容极片组的第一导电极片在沿X方向的第二排上以所述Wcs1的间距交替排列；以及，

所述接地极片组包括一个由n个第二导电极片组成的第一接地极片组，所述第一接地极片组的第二导电极片在X方向上以Wg1的间距排列，其中，n小于或者等于m；

所述第一接地极片组和所述四个第一电容极片组被设置为：在所述运动部件从行程起点运动至行程终点的过程中，第一接地极片组与四个第一电容极片组各形成一个可变电容器组，及对应第一排的两个可变电容器组产生第一排差分信号、对应第二排的两个可变电容器组产生第二排差分信号、且第一排差分信号与第二排差分信号的非线性区相互错开。