[发明专利]一种用于磁浮车悬浮间隙检测的栅形平面电容式传感器

说明书

本发明公开一种用于磁浮车悬浮间隙检测的栅形平面电容式传感器，包括车体上的与信号源相连的极板，极板还与信号检测电路相连，其特征在于，所述极板包括上极板和下极板，上极板包括上连接端和n个通过上连接端连接，与上连接端一体成型的叉指。每个叉指宽度相同，长度均为x，在上连接端同一侧上均匀分布。最左侧叉指左边缘和最右侧叉指右边缘分别与上连接端的左边缘和右边缘齐平，每两个相邻叉指中心线间的距离均为轨缝长度L。下极板与上极板结构、尺寸完全相同呈镜像排布。该传感器能够对轨缝效应进行补偿，当轨缝长度为L时，根据实际应用中对极板尺寸和检测误差的要求确定叉指个数n和叉指长度x，使其满足不同应用环境的要求。

技术领域

本发明涉及电容式位移传感器技术领域，具体为一种用于磁浮车悬浮间隙检测的栅形平面电容式传感器。

背景技术

中低速磁浮车的轨道为“F型”轨道，由于温升、力等作用产生延展，在每段轨道之间设定一定宽度的缝隙，称之为轨缝。为适应不同地区轨道的下部基础和温度变化引起的变形，轨缝长度一般设置在0-40mm之间。

对于悬浮间隙的测量，目前采用的方法主要有电感式位移传感器，电容式位移传感器和光电传感器。现有的用于检测悬浮间隙的电容式位移传感器多采用平面电容传感器，其工作电极由一对共面的金属电极构成。传感器基于金属电极的近场效应原理工作，当被测物的位置变化时会引起传感器电容量的变化。这种平面电容传感器由于结构简单，用于在线检测时探头安装方便，不仅能实现高精度、高效率的非接触测量，而且易于实现动态采样、实时在线测量等自动化要求，因而在现代化的工业测量中将具有广泛的应用和前景。但是，现有的用于悬浮间隙测量的平面电容传感器多为矩形电极，经过轨缝处时尤其是20mm-40mm等大轨缝时其输出值将明显下降，出现所谓的轨缝效应，产生较大的检测误差，影响悬浮系统的稳定性。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种栅形电极的平面电容式位移传感器，该传感器能够对轨缝效应进行补偿，可以调节出电容-悬浮间隙关系曲线的同时减小了悬浮间隙传感器在轨缝处的检测误差。技术方案如下：

一种用于磁浮车悬浮间隙检测的栅形平面电容式传感器，包括设置在车体上同时与信号源和信号处理电路相连接的极板，所述极板包括上极板和下极板；所述上极板包括上连接端和n个宽度相同，沿轨道延伸方向的长度均为x的叉指，n≥2，每个叉指等间距连接到上连接端的同一侧，并与上连接端一体成型；最左侧叉指左边缘和最右侧叉指右边缘分别与上连接端的左边缘和右边缘齐平，每两个相邻叉指中心线间的距离与轨缝长度L相等；下极板与上极板结构相同呈镜像排布；叉指长度x与两相邻叉指间的距离(L-x)之比在到之间。

进一步的，上连接端和下连接端的宽度小于上下两极板总宽度的上极板和下极板的间距即上连接端与下连接端的间距，小于上下两极板总宽度的更进一步的，所述信号源发出的激励信号加载在所述传感器的上极板和下极板上，极板输出的信号由信号处理电路进行处理，得出悬浮间隙检测值。

一种栅形平面电容式传感器外形参数的确定方法，包括：

步骤1：确定叉指长度x：

两个叉指中心线之间的距离为已知的轨缝长度L；

设定叉指个数n＝2，选取足够多个满足叉指长度x与两个相邻叉指间的距离(L-x)之比在到之间均匀变化的x值，分别计算检测误差e，将检测误差最小时的x值确定为叉指长度；

当叉指个数n.＞2时，叉指长度保持不变；

步骤2：确定叉指个数n：