[發明專利]差分電容式長度傳感器

無效

• 申請號: 201110227381.3
• 申請日: 2011-08-09
• 公開（公告）號: CN102359754A
• 公開（公告）日: 2012-02-22
• 發明（設計）人: 張華建
• 申請（專利權）人: 張華建
• 主分類號: G01B7/02
• 分類號: G01B7/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域：

本發明涉及測量位移、深度等應用的長度傳感器領域，特別涉及一種采用 差分電容技術的精度高于0.1μm的長度傳感器。

背景技術：

目前，現階段精度高于0.1μm的長度傳感器主要采用光柵莫爾條紋技術 來實現。它的實現方法主要分以下三步：

第一步：在一塊玻璃上等節距刻線，做成定光柵，這是傳感器的核心部件。 定光柵節距越小，精度越高。節距精度緊密關系著傳感器的精度，為保證精度， 目前定光柵刻線主要采用激光刻線，且在無塵、無振動的環境下完成。國外精 度高于0.1μm的光柵長度傳感器都是在專用地下室完成定光柵的激光刻線。 其成本高、效率低等問題顯而易見，激光刻線工作也非常耗時。

第二步：在另一個部件上裝有光發射器和光接收器，通常稱之為動光柵。

第三步：當定光柵和動光柵保持某一距離且產生相對移動時，動光柵的光 接收器就會收到移動的干涉莫爾條紋。然后把莫爾條紋通過光電元件轉化為正 弦波，再將正弦波整形轉化，最后輸出脈沖方波。這樣，動光柵和定光柵的相 對位移＝脈沖個數×莫爾條紋的柵距。

由此可見，現階段技術的主要缺點是：制作成本高、制作環境苛刻、電路 復雜。

發明內容：

鑒于上述技術問題，本發明通過采用了差分電容技術并結合彈性探針與電 容定極板直接進行電器連接的方法，以及PCB直接安裝在電容極板座上的方 法，實現了一種采用差分電容技術的精度高于0.1μm的長度傳感器。從而能 以較低的生產成本獲得較高的精度性能。

本發明的具體技術方案如下：

差分電容式長度傳感器，包括電容定極板、電容動極板、電容極板座、測 量桿、彈簧裝置。

所述電容定極板為兩個由橡皮圈隔開的圓柱筒；所述電容定極板兩端分別 通過橡皮圈連接一電容極板座；所述電容定極板的圓柱筒內設有一電容動極 板，該電容動極板為一外半徑略小于電容定極板內半徑，且可以在電容定極板 的圓柱筒內水平移動的圓柱筒；所述電容動極板與一測量桿相連；所述電容極 板座外設有一用來控制測量桿水平移動的彈簧裝置。

上述方案中，所述兩個電容定極板之間的橡皮圈厚度為0.5mm到2.0mm。

上述方案中，所述電容動極板與測量桿通過絕緣體相連。

上述方案中，所述測量桿穿過彈簧裝置。

由于本發明不再采用目前使用的光柵莫爾條紋技術，不再需要激光刻線和 莫爾條紋的處理整形，因此生產加工成本大大降低，后端處理電路也相對簡單。

適當設計圓柱筒電容定極板和電容動極板的半徑大小以及圓柱筒電容極 板的長度，可以將精度進一步提高到0.001μm。

由于圓柱筒電容極板為金屬材料，極板間襯物為無機材料空氣；因此可以 在高溫、低溫、強磁場、強輻射下長期工作，測量穩定性大大改善，尤其是解 決了高溫高壓環境下的檢測難題。

附圖說明：

以下結合附圖和具體實施方式來進一步說明本發明。

圖1為本發明的結構示意圖。

具體實施方式：

為了使本發明實現的技術手段、創作特征、達成目的與功效易于明白了解， 下面結合具體圖示，進一步闡述本發明。

如圖1所示，本發明所述的差分電容式長度傳感器，包括電容定極板1、 電容動極板2、電容極板座3、測量桿4、彈簧裝置5。

其中，電容定極板1為兩個由厚度為0.5mm到2.0mm的橡皮圈6隔開的 圓柱筒，該電容定極板1兩端分別通過橡皮圈7連接一電容極板座3；電容定 極板1的圓柱筒內設有一電容動極板2，該電容動極板2為一外半徑略小于電 容定極板內半徑，且可以在電容定極板1的圓柱筒內水平移動的圓柱筒；電容 動極板2與一測量桿4通過絕緣體相連；電容極板座3外設有一用來控制測量 桿4水平移動的彈簧裝置5，測量桿4穿過該彈簧裝置5。

本發明所述的長度傳感器的工作原理如下：

假設本例中，電容定極板的圓柱筒內半徑為R，長度為l，電容動極板的 圓柱筒外半徑為r，長度為l。

當測量桿不受力時，測量桿在彈簧系統作用下使電容動極板靠在最右側。 此時，由一塊共用的電容動極板、兩塊電容定極板組成的兩個電容器的電容差 稱之為初始電容C₀。