[发明专利]用于借助电容检测来确定物体的相应几何位置的方法和装置

说明书

本发明一般地涉及测定电路，它与周边电路相结合从而对位移、角度或位置进行电容检测，以便以非接触的方式确定可移动体的位置。

在大多数情况下，模拟分压电路被用于这种目的，根据已知的电位计原理，该电路被设计成位移编码器、可变电阻或电位计，或以电感器—例如差动线圈、差动变压器、带有管形的短路绕组的电感器—的形式而得到使用。

在模拟电阻电位计的情况下，借助喷涂或汽相淀积而加在基底上的淀积物被用作电阻路径，在其上一个滑臂以接触方式滑动，从而将其放置在一个位置上而采集按照其具体位置的电阻路径的不同直流电压电位，并经过一个与其相连的集电器滑臂而将这些电位传送到一个集电器通路，在那里检测到的电位被用于测定。这种电位计的某些实施例可被用于非常高精度的位移传感器，但由于恒定接触且这种接触在滑臂迅速运动的情况下会引起磨损，因而在某些条件下会出现问题，从而需要一种能够对相应的测量值进行非接触检测的系统。

如果已知的电容位置检测器或位移检测器—如从DE 28 26 398C2得知的检测器(它也以非接触方式工作)—被用来代替这种感应测量系统，在某些情况下会产生测量的不精确性和非线性，此时，由于寄生电容和漏电阻的影响，因而导出的测量值的会有显著失真，在大多数情况下这都是不能容忍的。

DE 28 26 398 C2中描述的电容位移检测器包括一对倾斜分开的、彼此绝缘的电容板，这些板与一个交流电源相连且它们之间设置有一个中间板，它被用作能够由所要检测的路径的长度进行调节的传感器。该中间板经过一个连接电缆而与测定电路的输入端相连，且传感器的运动造成了持续变化的力作用在连接电缆及其连接点上，这不仅使位移检测器的老化加快，而且还由于位置的改变和电缆的位移而造成了电容的变化以及寄生电容与泄漏电阻的变化，这些构成了无法被指明且无法得到补偿的干扰变量。

这种已知的位移检测器的测定电路包括一个运算放大器，后者的一个输入端经过连接电缆而与可移动中间板相连，而该可移动中间板被用作传感器，且反馈测量信号经过与地相连的一个电阻而被加在该运算放大器的另一个输入端上。该运算放大器的输出端经过一个整流器而与其他放大元件相连，而这些放大元件中的一个被配置成发射极跟随器。在这种测定电路中，在通常的频率，所产生的寄生电容在测量电容的量级，且放大器的输入电阻处于检测器的阻抗范围内，因而无法获得精确和严格线性的输出电压。

在其他电容位移检测器—其中测定电路完全没有被描述或只是简单的下游放大器(DE 34 41 217)—的情况下，在一个基底表面上支撑有一个紧密封装的电阻路径，它呈现出弯曲的形状或之字形构造，并设置有一个可位移的传感器元件—它被设置在距电阻路径一定距离处并被设计成一个平面环，以使相应的电位脱离电容耦合并将该电位经过连接线路传送到由电压计组成的测量电路。然而，由于传导路径与直流电源电压相连，电容检测只能在位移期间在相应的高速度上进行，因而不能检测传感器的静止位置，因为测量值丢失了。另外，也遇到了类似的干扰变量，因为寄生电容和漏电阻不能得到消除。

最后，关于电流计，已知的是将电流计的指针—它是一个可移动元件—连接到一个交流电压连接部，且该指针在电阻元件上方一定距离的一个平面中移动，从而在该电阻元件中通过电容耦合而产生一个电压降，该电压降能够得到测定以导出指针的位置(US-PS 3636 449)。

本发明的一个目的，是提供一种确定相应几何位置的方法，并提供一种电容性的无接触位置传感器，并以这样的方式设计其测定电路，即实现对干扰非常低的敏感度和高的测量精度。

本发明实现了上述目的，并提供了这样的优点，即在可以采用不苛刻和低成本的元件的条件下，能够完全消除寄生电容和漏电阻的影响或将这些影响保持在不影响用电容耦合实现的位移的非接触测量所希望的测量精度的水平。

本发明不需要为此目的进行高成本的屏蔽，因为它借助对分压电路(它最好是用在电位计式位移传感器中的通常的电阻路径)的电源和/或总体增益的自动控制，成功地补偿了接地的寄生电容和电路的输入电阻的影响。这种自动控制是测定电路的不同点进行的转换操作实现并与这些操作相谐调的接合。