[实用新型]容栅位移传感器

说明书

本实用新型涉及一种改进的容栅位移传感器。更确切的说，它涉及一种改进的利用栅状平行电极组成的电容组的电容量变化来测定平行电极间相对位移量的传感器。

已有的容栅位移传感器已经在数显卡尺等长度测量设备中得到应用。图1表明了一个数显卡尺现用的容栅位移传感器的例子。传感器由两个平板电极组成，固定在卡尺尺身上的定尺1表面分布有严格相等的节距为P／2的电极a称为接收极，接收极间以同样节距的接地极b隔开；固定在卡尺尺框上的动尺2表面分布有多组间隔相等的电极c称为发射极，发射极每组8个，分别为c₁、c₂、c₃、c₄、c₅、c₆、c₇、c₈，总节距为P，各组同名发射极联结在一起；动尺2上还设有一个引出极d。定尺1和动尺2的电极面对面地平行安装构成电容组，并可进行相对位移。利用电子电路对8个发射极c₁～c₈分别施加相位互差π／4的同波形交变激励电压，通过发射极c和接收极a间的电容组使接收极a上产生一个调制的交变合成信号。随着定尺1和动尺2间发生位移，发射极c和接收极a间的电容组中各电容的电容量发生相应的变化，合成信号的相位也将发生相应的变化。合成信号通过接收极a和引出极d间的电容引出并耦合到电子电路，电子电路鉴别其相移并转换成和定尺1和动尺2的相对位移量相应的数字信号，从而完成对位移的测量。

因此，为了精确地测定位移，在现有电路条件下，接收极和发射极的节距必须做得很小，例如数显卡尺的容栅位移传感器，配合现有电子电路为做到分辨率为0.01mm，必须做到发射极的节距为P／8＝0.635mm，造成制作的困难，也必然导致增加产品的成本。除此之外，各发射极间还必须用间隙隔开，隔离间隙就必须更小，上述传感器的隔离间隙只能为0.10～0.15mm。由于传感器在位移时一般有两个发射极电容发生变化，而在接收极边缘通过发射极隔离间隙时，只有一个发射极电容发生变化，即使隔离间隙是这样的小，合成信号的相移在这时也会产生3‰的线性误差，这一误差为卡尺的测量带来了0.015mm的测量误差，而卡尺的总误差仅允许0.03mm，这就增加了卡尺制作的困难。另外，为了使定尺1上各接地极联在一起实现接地，现有的定尺1把接地极在尺面一端或二端联接，图形就不能是简单的直栅状而要制成城垛形或工字形，也造成制作上一定的困难。

本实用新型的目的是要提供一种电极分布形式经过改进的容栅位移传感器。这种改进的传感器其发射极节距可以放宽到原来的4倍；发射极间的隔离间隙的宽度变得不那么重要，即在相当大的间隙范围内给整个测量系统带来的误差不那么严重；同时把接收极制成最简单的直栅状。

为了达到上述目的，本实用新型采取的措施是把发射极改成砖墙形图形，图2表示了发射极c的图形。这样，发射极c排成高度都为h的4排，每个发射极的节距为P／2，第一排分布发射极c₁、c₅，第二排分布c₂、c₆，第三排分布c₃、c₇，第四排分布c₄、c₈，相邻两排发射极的隔离间隙的位置错开P／8。

重新分布的发射极节距为P／2，是原来的四倍，制造起来就较为方便，特别在使用印刷线路板工艺制造动尺时显得更容易。

重新分布的发射极使位移时接收极合成信号的组成有了改变，图4表明了用发射极上激励电压的基波矢量合成的合成信号，在传感器位移到不同位置时合成信号有相应的相移。可见改进后的容栅位移传感器仍可和原有传感器一样地工作。

重新分布的发射极可以使传感器在位移发生时一般8个发射极电容都发生变化，而在接收极边缘经过发射极隔离间隙时仍有7个发射极电容发生变化。用发射极上激励电压的基波进行分析，隔离间隙在0.2～0.4mm很宽的范围内，合成信号相移的线性误差仅为1‰。例如在数显卡尺上应用改进后的容栅位移传感器，给测量系统带来的误差仅为0.005mm。