[发明专利]一种非接触式电容传感器装置

说明书

本发明公开了一种非接触式电容传感器装置，包括第一支架，以及与第一支架相对的待测物体；第一支架中包括第一磁铁、第一U型弹簧片、绝缘介质层、电容器和夹板；第一磁铁与第二磁铁相对设置，待测物体与第二磁铁一起移动，第一磁铁通过连线连接第一U型弹簧片，第一U型弹簧片靠近第一磁铁的一端固定连接绝缘介质层；电容器包括正极板和负极板，正极板和负极板在垂直方向上交叉排列，绝缘介质层平行于正极板和负极板，且部分位于相邻的正极板和负极板之间，正极板和负极板连接至信号检测单元；电容器被固定在夹板上。本发明通过磁铁控制的非接触式电容传感器；可以通过电容变化确定待测物体的移动方向和位移，具有较高的响应频率。

技术领域

本发明属于电容器设计领域，具体属于一种非接触式电容传感器装置。

背景技术

众所周知的，电容器的电容量与平行电极间介质的介电常数近于正比，与两个极片的相对重叠面积成正比，与电容器极板之间的间隙成反比。因此电容量的大小随着两个极片之间相对面积和间隙距离的变化而变化，根据上述电容器上述远离可以制备出各种传感器，包括位移测量传感器。

在现有的位置测量传感器中，可以通过两种方法实现电容测量位移。一种方法是检测由于电容的两个极片的间隙变化引起的电容变化，此时运动方向垂直于极片表面。然而电容器的电容量对间隙的变化非常敏感，特别是间隙较小的时候。目前的纳米定位系统中广泛采用这种方法，这种传感器的最大量程只有几百个微米，不适用于宏观的位移监测。

另外一种方法是检测由两个电容的平行极片相对重叠面积变化所引起的电容量变化，此时运动平行于极片表面。由于制造简单和生产成本低等原因，可以广泛应用在宏观位移的测量过程中。然而这种位移传感器在制造过程中遇到了很大的挑战，这是因为当平行极片沿着平行于极片方向运动时，会带来极片重叠面积的变化，但是很难保证极片之间的间隙不会发生变化，以至于测量信号不能单一表征来自重叠面积的电容变化。同时，现有技术中电容位移传感器在测量物体的相对位移时，现有的电容传感器都是一体式的，并且在保证高精度测量时，只能测量静态物体的电容变化。

发明内容

本发明的目的是提供一种非接触式电容传感器装置，通过磁铁控制的非接触式电容传感器；根据电容传感器装置的电容变化计算待测物体移动方向和位移，具有较高的响应频率。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种非接触式电容传感器装置，包括第一支架，以及与第一支架相对的待测物体；所述第一支架中包括第一磁铁、第一U型弹簧片、绝缘介质层、电容器和夹板；

所述第一磁铁与第二磁铁相对设置，待测物体与第二磁铁一起移动，所述第一磁铁通过连线连接第一U型弹簧片，所述第一U型弹簧片靠近第一磁铁的一端固定连接绝缘介质层；

所述电容器包括正极板和负极板，所述正极板和负极板在垂直方向上交叉排列，所述绝缘介质层平行于正极板和负极板，且部分位于相邻的正极板和负极板之间；所述正极板和负极板连接至信号检测单元；所述电容器被固定在夹板上；

当所述待测物体移动时，所述第一磁铁和第二磁铁之间的作用力发生变化，所述第一磁铁带动连线和第一U型弹簧片的位置发生变化，所述第一U型弹簧片带动所述绝缘介质层的位置发生变化，从而使得相邻正极板和负极板之间被绝缘介质层覆盖的面积发生变化，获取电容器的电容值变化信息。

进一步的，还包括第二支架，所述第一支架位于所述第二支架中，所述第二支架中还包括第二U型弹簧片和调节螺丝，所述第二U型弹簧片的一端与所述第一支架中第一U型弹簧片所在一侧连接，另一端连接所述调节螺丝，所述调节螺丝和所述第二U型弹簧片通过螺纹连接，所述调节螺丝旋转可以带动第二U型弹簧片以及第一支架朝着第二磁铁移动；所述调节螺丝调节第一磁铁和第二磁铁之间的距离，使得电容器位于所述第一磁铁和第二磁铁的力程之间。

进一步的，所述第二支架接地。

进一步的，所述调节螺丝包括固定锁死单元，用于固定所述第一支架的位置。