[发明专利]电容换能器和组装电容换能器的方法

说明书

电容换能器包括第一固定外板和第二固定外板，每个固定外板具有位于内表面上的固定电极以及位于固定外板之间的中心板组件。中心板组件包括顶部中心板和底部中心板。顶部中心板和底部中心板均具有内区段、位于内区段的周界的外侧的外框架，将外框架连接至内区段的一组弹簧以及位于内区段的外表面上的中心电极。该组弹簧的厚度小于内区段和外框架中的每者的厚度。顶部中心板和底部中心板的中心电极连接以在电气上变成一个电极。

技术领域

本发明涉及一种力施加装置和/电容器位移传感器，并且更具体地，涉及多板式电容换能器。

背景技术

电容换能器具有广泛的应用，包括用作压力和位移传感器、加速计、微压痕或微硬度测试装置。电容换能器具有多种优点，包括高灵敏度和高分辨率。具有两层弹簧的多板式电容换能器提供了共享拾取板相对于上驱动板和下驱动板的平行运动。已知平行运动稳定驱动板与共享拾取板之间的总间隙。这种构造的现有技术装置已经包括单独的间隔构件以隔开驱动板和拾取板电极，这增加了组装的复杂性以及必须通过粘合剂(通常为环氧树脂)结合的板的数量。现有技术装置中使用的一些材料(包括环氧树脂)可能对温度和湿度敏感，从而限制了传感器的有效性和/或装置的使用寿命。包括弹簧的拾取板通常具有由期望的弹簧常数确定的单一厚度。具有单一厚度的拾取板产生对变形更为敏感的弹簧几何形状。此外，现有技术装置的金属拾取板已经由具有相对高制造公差和弹簧刚度变化的市售垫片料(shim stock)制造。

需要一种具有平行运动的多板式电容换能器，其消除了环氧树脂粘合剂的使用、减少了交界面的数量以简化组装、允许改进的制造公差、不易受湿度和温度变化的影响，并且包括对意外的变形不太敏感的弹簧。

发明内容

电容换能器包括具有位于内表面上的第一固定电极的第一固定外板、具有位于内表面上的第二固定电极的第二固定外板以及位于第一固定外板与第二固定外板之间的中心板组件。中心板组件包括顶部中心板和底部中心板。顶部中心板具有第一内区段、位于第一内区段的周界的外侧的第一外框架、将第一外框架连接至第一内区段的第一组弹簧以及位于第一内区段的外表面上的第一中心电极。第一组弹簧的厚度小于第一内区段和第一外框架中的每者的厚度。底板为顶部中心板的镜像，其包括第二内区段、位于第二内区段的周界的外侧的第二外框架、将第二外框架连接至第二内区段的第二组弹簧以及位于第二内区段的外表面上的第二中心电极。第二中心电极和第一中心电极连接以在电气上变成一个电极。

在另一个实施例中，电容换能器包括具有位于内表面上的第一固定电极的第一固定外板、具有位于内表面上的第二固定电极的第二固定外板以及位于第一固定外板与第二固定外板之间的中心板组件。中心板组件包括顶部中心板和底部中心板。顶部中心板包括第一内区段、位于第一内区段的周界的外侧的第一外框架、将第一外框架连接至第一内区段的第一组弹簧以及从第一外框架的外表面向上延伸以将第一中心电极与第一固定电极隔开的第一间隔构件。底部中心板为顶部中心板的镜像，其包括第二内区段、位于第二内区段的周界的外侧的第二外框架、将第二外框架连接至第二内区段的第二组弹簧、位于第二内区段的外表面上的第二中心电极以及从第二外框架的外表面向下延伸以将第二中心电极与第二固定电极隔开的第二间隔构件。第二中心电极和第一中心电极连接以在电气上变成一个电极。顶部中心板的内表面和底部中心板的内表面结合在一起。

一种制造电容换能器的方法包括以下步骤：蚀刻上中心板和下中心板中的每者的外表面以沿着上中心板和下中心板的周界形成凸起的间隔构件；蚀刻穿过上中心板和下中心板中的每者的全部厚度以形成外框架、内区段以及将外框架连接至内区段的多个弹簧；在上中心板和下中心板中的每者的内区段的外表面上放置导电材料层；在第一固定外板的内表面和第二固定外板的内表面上放置导电材料层；蚀刻穿过上中心板和下中心板以及第一固定外板和第二固定外板中的每者的一部分的全部厚度以形成居中定位的孔；将第一中心板和第二中心板玻璃料结合在一起；以及将间隔构件玻璃料结合至第一和第二固定外板的内表面上。

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