[發(fā)明專利]多環(huán)并聯(lián)式電容位移傳感器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210295584.0
• 申請(qǐng)日: 2012-08-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102840822A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-12-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 范偉;李鐘慎;馬桂旭
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華僑大學(xué)
• 主分類號(hào): G01B7/02
• 分類號(hào): G01B7/02;G01D5/241
• 代理公司: 泉州市文華專利代理有限公司 35205
• 代理人: 車世偉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電容式位移傳感器領(lǐng)域技術(shù)，尤其是指一種多環(huán)并聯(lián)式電容位移傳感器。?

背景技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，高精度位移測(cè)量和非接觸測(cè)量的需求越來(lái)越多，電容測(cè)微技術(shù)的應(yīng)用面也越來(lái)越寬。隨著電容傳感器存在的分布電容、非線性等缺點(diǎn)得到克服，高精度、高穩(wěn)定性的電容測(cè)微產(chǎn)品相繼問(wèn)世。高精度電容測(cè)微儀可實(shí)現(xiàn)的分辨率極高，且具有較好的頻響特性，因此近年來(lái)成為高精度微動(dòng)平臺(tái)反饋控制的幾種主要檢測(cè)傳感器之一。?

目前已有的電容位移傳感器主要有如下兩大類：?

1、差動(dòng)式變極距型電容傳感器?

其結(jié)構(gòu)原理如圖1a和圖1b所示，在圖1a中，位于中央的雙面極板20為動(dòng)極板，與移動(dòng)件相連接，位于兩側(cè)的單面極板10和單面極板30為固定極板，與固定基座相連，單面極板10和單面極板30之間的相對(duì)位置固定不變。測(cè)量時(shí)，用于被測(cè)量瞄準(zhǔn)的移動(dòng)件帶動(dòng)雙面極板20縱向移動(dòng)Δd，引起各對(duì)極板間的距離的同步變化，變化后的雙面極板20與單面極板10和單面極板30的間隙分別為d₁和d₂。（如圖1b所示）。通常，平行板電容器,電容為C=εS/d，其中，ε為極板間介質(zhì)的介電常數(shù)，S為極板面積，d為極板間的距離。設(shè)d₀為初始極距、C₀為電容初始值及電容傳感器的靈敏度為K，前述d₁＝d₀-△d,d₂=d₀+△d,C₁和C₂形成差動(dòng)電容，將差動(dòng)電容分?別接于電橋的相鄰兩臂，電容變化量△C可寫為：△C=C₁-C₂=△C₁+△C₂=2C₀×△d/d₀，由此可得到該種電容傳感器的靈敏度K為K=△C/△d=2εS/d₀²。?

2、差動(dòng)式變面積型電容傳感器，其中，變面積型電容傳感器有角位移型和線位移型兩種。?

如圖2a和圖2b所示，其顯示了平面線位移型典型結(jié)構(gòu)，該動(dòng)極板50用于與移動(dòng)件相連接，定極板40與固定基座相連，其相對(duì)于固定基座的相對(duì)位置不變，測(cè)量時(shí)，被測(cè)量的移動(dòng)件帶動(dòng)動(dòng)極板50沿水平方向移動(dòng)，引起兩極板間有效覆蓋面積的同步改變，從而得到電容的改變，電容變化量△C可寫為：△C=C₁-C₀=εb₀△L/d₀,其中，b₀為極板有效覆蓋寬度，△L為動(dòng)極板的移動(dòng)距離，d₀為極距。K=△C/△L=εb₀/d₀。?

如圖3a和圖3b所示，其顯示了角位移型典型結(jié)構(gòu)，當(dāng)動(dòng)極板70有一轉(zhuǎn)角時(shí)，與定極板60之間相互覆蓋的面積就發(fā)生變化，因而導(dǎo)致電容量變化。設(shè)其轉(zhuǎn)角為△a、極板半徑為r，電容變化量為△C=ε△ar²/2d₀,其靈敏度為K=△C/△a=εr²/2d₀。?

從上述內(nèi)容中不難看出，為了提高傳感器的靈敏度和量程，就必須增大極板的正對(duì)面積及極距，這樣在體積上就難以實(shí)現(xiàn)微型化，使得電容傳感器應(yīng)用場(chǎng)合受到很大的局限。?

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在之缺失，其主要目的是提供一種多環(huán)并聯(lián)式電容位移傳感器，其有效提高了測(cè)量精度，更能滿足微動(dòng)工作臺(tái)中高測(cè)量精度、高靈敏度及大量程等要求。?

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下之技術(shù)方案：?

一種多環(huán)并聯(lián)式電容位移傳感器，包括有相互配合的動(dòng)極和定極，該定極包括有同軸且由內(nèi)而外間距設(shè)置的單面定極軸、雙面圓環(huán)定極板、單面圓環(huán)定極板；該動(dòng)極包括有對(duì)應(yīng)定極設(shè)置且同軸的第一雙面圓環(huán)動(dòng)極板和第二雙面圓環(huán)動(dòng)極板，該第一雙面圓環(huán)動(dòng)極板內(nèi)形成有第一容置空腔，該第一雙面圓環(huán)動(dòng)極板與第二雙面圓環(huán)動(dòng)極板之間形成有第二容置空腔；該動(dòng)極可軸向活動(dòng)式嵌套于定極內(nèi)，前述單面定極軸配合于第一容置空腔內(nèi)并與第一雙面圓環(huán)動(dòng)極板內(nèi)壁面構(gòu)成第一電容；前述雙面圓環(huán)定極板配合于第二容置空腔內(nèi)并其內(nèi)、外壁面分別與第一雙面圓環(huán)動(dòng)極板的外壁面、第二雙面圓環(huán)動(dòng)極板的內(nèi)壁面構(gòu)成第二、三電容；前述單面圓環(huán)定極板配合于第二雙面圓環(huán)動(dòng)極板外圍，并單面圓環(huán)定極板與第二雙面圓環(huán)動(dòng)極板的外壁面構(gòu)成第四電容。?