[发明专利]分相式高分辨率容栅位移传感器

说明书

本发明涉及一种使用在数显式高精度测量位移量仪器中的传感器，具体的说是一种鉴相式容栅位移传感器。

目前市场上所见的瑞士产数显量表的容栅位移传感器主副栅采用材料为环氧玻璃纤维布制作的印刷电路板，这种传感器由于电路板材料尺寸稳定性差、易吸潮、基材受潮后影响了测量的准确性，而且采用这种结构的传感器栅条间距不能做得很小，布线只能采用两面布线的方法，用金属化小孔连接两面线路，又因为金属化小孔不可能做得太小(不能小于300μm)，要使容栅位移传感器的分辨率提高很困难。

中国专利CN86107942A改进了传感器的结构，将耦合电极(栅条)的形状做成L型和倒L型，相互镶嵌，其L型和倒L型的垂直部分面向发射极，水平部分则面向一个或另一个接收电极，用这种传感器做成的侧量仪器能满足不同测量的需要，在一定范围内提高了精度，但栅条布线仍很复杂，且需要配套专用的集成电路才能工作，使制作成本提高。

中国专利CN2072210U也公开了一种容栅位移传感器，它将副栅的一排栅条改为若干排的砖墙式结构，使发射极节距为原来的数倍，可提高测量精度，但缺点是结构复杂，栅条(块)连线交叉，仍需采用双面布线，无法回避金属化小孔的制作难点。

本发明人为了解决上述难题，1993年申请了《高分辨率鉴相式容栅位移传感器》的发明专利，申请号CN93118916.0，提出了将副栅八路输出栅条采用分布排列方法，输出相位角相差180°的两栅条在同一节距内，且各栅条所在位置与按输出相位角顺序依次排列时各自所应在位置相差整数倍节距，每相邻两栅条间用地线隔离，相应的主栅节距也与副栅保持一致。在制作传感器栅条时彻底改变了用环氧纤维布制作的刷电路板的方法，采用陶瓷或玻璃为基片，基片上镀两层金属，并在中间用绝缘层相隔，然后用光刻制作栅条，引出布线到与其重叠在一起的控制电路板，这样处理后不需要制作金属化小孔，材料的稳定性大为提高，布线也方便多了，使传感器的分辨率、可靠性得到了提高，制作也不复杂，数显仪器的精度可提高1-2个数量级。但还存在的不足之处是由于将多相栅条在不同几何位置作分布排列，如在实施例中同组八相栅条分布于四个空间区域，相距几十毫米，这样就造成该传感器对与之配套的机械构件的平行性要求很高，大批生产时要保证全部产品的精度还得增加机械构件的加工成本。

本发明的目的是提供一种能克服现有技术的不足之处，具有分辨率高、可靠性好、制作方便，对机械构件精度要求不高的鉴相式容栅位移传感器。

本发明是这样实现的：分相式高分辨率容栅位移传感器包括用陶瓷或玻璃基片做成的栅条板，副栅的各栅条所在位置与输出相位角顺序依次排列时所应在位置相差数倍节距，其特点是将副栅栅条在连续的几个主栅节距作分相排列(不再分区域排列)，每个主栅节距错位相排，例如在三个连续主栅节距中副栅作1，4，7，2，5，8，3，6顺序排列，每相邻两栅条间用地线相隔，栅条引出的连线通过金属引脚与电路相通，这样就能大大缩小多相栅条的分布空间位置，大大降低了对机械构件的几何精度要求，保证了在低成本下完成数显量仪器的制作。

在一些特殊的情况下，对配套的机械结构精度要求不太高时，也可沿用本申请CN93118916中提出的分布式排列方法排列栅条，将主栅和对应的输出副栅分布成若干个区(一般是1～4个)的空间位置，其余方法不变。

在测量角位移量时，将主副栅栅条首尾相接，作圆周排列，连接主栅节距中副栅一样作分相排列，即可完成多种功能容栅位移传感器的制作。

本发明与现有技术相比，其突出的实质性特点和显著的进步是：

1.不改变传感器的工作方式及与之配套的控制电路，只对栅条板的材料及制作方法稍作改进，即可完成原有容栅位移传感器的所有功能，其稳定性好，制作方便，分辩率高。

2.能缩小多相栅条分布的空间位置，体积小，没有在栅条板上分布过多的金属化小孔，不需两面布线，与控制电路板的连接更为方便，容易在长度侧量、角位移侧量等仪器中实施，做出的仪器比现有机械类和数显类量具可提1-2个数量级的精度。

3.在陶瓷、玻璃片上还可制作出多层金属层和绝缘层相隔后的栅条板，适合更精密仪器的需求。

4.成本低，比本申请人原有的CN93118916号专利文件提到的容栅位移传感器易于制作，降低了对机械构件的几何精度要求，适合工业化生产。

以下结合附图描述本发明的实施例：

图1是分相式容栅位移传感器的栅条排列的结构图；

图2是传感器副栅栅条分布的一种实施结构图；

图3是分相式容栅位移传感器做成的数显式千分表的结构示意图。