[其他]电容式测位传感器

说明书

本发明涉及电容式测位传感器;特别是改进了的电容式测位传感器，它能够根据静电电容的变化，准确地测量出2个（一对）相对移动的移动构件之间的绝对位置。

电气测长器使2个定标器作相对移动，把电极排列在这2个定标器上，利用移动时电极间静电电容的变化，来测量上述2个定标器相对移动的位置;这种电气测长器是周知的，它能用于广阔的范围，从3维测量器或数控加工设备这类大型测长器，到可以携带的卡尺、千分尺和其它小型测长器。

在这种测长器所使用的静电电容式传感器中，把交流信号（理想情况是多个相位不同的交流信号）送到该传感器的发送电极上，并把电气测量电路连接到对应的接收电极上，这2个电极的相对移动使静电电容发生变化，利用此变化来进行给定位置的测量。

过去一般的电容式传感器通常是作相对测量，不适于进行绝对测量。

也就是说，传感器的2个定标器之间的相对移动使其静电电容发生交变变化，利用通常的电气方法检出这种交变;在过去的测长器中，通常是对该交变分量的大小进行计算，通过计算来测量相对移动量，在这种情况下，要测出这2个定标器之间的绝对位置是非常困难的;一般是把这2个定标器从基准位置相对移动到测量位置，计算其间的交变信号，来进行相对测量的。

但是，利用这样的相对测量不能简便地得出测量值，特别是对于携带式卡尺和其它测长器，从操作性出发，迫切要求能够进行绝对测量。

还有，在上述相对测量中，对于2个定标器之间的移动速度要加以限制，并且，还存在着消耗功率大的问题。

也就是说，如果采用上述相对测量，就必须以增量方式来进行测量，还有，在测量开始时，经常必须对装置调零。

所以，在过去的相对测量装置中，由于操作性差和消耗功率大，存在着这样的问题：如果作成用电池驱动的小型测量装置，则电池的寿命短，或者使装置的体积大。

还有，如前所述，在相对测量中存在着这样的问题：当2个定标器之间的移动速度快时，因处理速度跟不上而产生计算错误，所以，必须对移动速度加以限制，或者，必须使交流信号的频率非常高，并使检波电路的处理速度也非常高。

另一方面，如能进行绝对测量，如果在装配时对传感器作过调零，则在以后测量时就不必再调零，在测量值中也完全不必作零点校正。而且，在绝对测量中，只在求测量值时才接通电源，所以消耗的功率显著减少，因而具有这样的优点：可以作成用电池驱动的小型测长器，进而用电源容量像太阳能电池那样小的电池也完全能够驱动测长器。

再者，如果进行绝对测长，因为是在2个定标器的相对位置确定以后，来测量二者之间静电电容的，所以，定标器相对移动的时间长短对测长没有影响，结果是，具有对定标器的移动速度可以不加限制的优点。

过去，利用静电电容来测量绝对位置的传感器专利有特开昭54-94354号（美国专利第4420754号），此先有技术是由这项专利发明人所发明的，其基本结构的特征是：使2对发送-接收电极相对移动，而且这2对电极的电极节距不同;对于从这2对电极（或2对定标器）得到相位不同的信号进行电气处理，利用这种处理就能测量绝对位置。

但是，把上述过去的装置作成测长器实用时，存在以下几个问题。

第一个问题是，2对定标器独立地构成自己的静电电容检出电路，利用测量电路对这2个检出电路的输出进行处理，如果在这2个检出输出间发生任何微小时间差，则因这个时间差会使测量值发生很大的误差。

还有一点就是，在这2对定标器之间发生微小测量误差的情况下，也就是说，一个相位检出电路进行了准确的相位检出，另一个检出电路包括一点测量误差时，从原理上讲，这种1个检出电路发生的偏差，在测量电路进行绝对位置的判断时，作为极大的绝对值误差来处理，所以，必须极其严格地设定2个定标器机械位置的精度和上述独立设置的电气电路的处理特性。

第二个问题是，由于必须采用2对定标器，使传感器的体积变大，把它作成小型携带式测长器实用化时，体积大成为主要的障碍。

第三个问题是，如上所述，在过去的装置中，因为是把2对定标器作为自己的静电电容检出电路来使用，所以，消耗功率大，把它作成小型携带式测长器时，耗电量大也是不理想的特性。

还有，附加的第四个问题是，在比较大的测长范围内进行绝对测量的情况下，电极必须非常精密，为了在定标器上准确地形成这种电极，需要精度极高的加工技术。