[發明專利]電容式傳感器及組合電容式位移測量傳感系統

在審

• 申請號: 201310612166.4
• 申請日: 2013-11-26
• 公開（公告）號: CN104677390A
• 公開（公告）日: 2015-06-03
• 發明（設計）人: 林立
• 申請（專利權）人: 林立
• 主分類號: G01D5/241
• 分類號: G01D5/241;G01B7/02
• 代理公司: 北京博雅睿泉專利代理事務所(特殊普通合伙) 11442
• 代理人: 馬佑平

技術領域

本發明涉及一種電容式傳感器及組合電容式位移測量傳感系統，具體涉及一種利用電容極片相對面積的變化以測量位移的傳感器及其組合電容器式位移測量的系統。?

背景技術

人們已經知道兩個平行導體電極可以形成一個電容器，電容器的電容量與平行電極間的介質的介電常數近于正比，與兩個極片的相對（重疊）面積成正比，與兩個極片之間的間隙成反比。因此電容量的大小隨著兩個極片之間相對面積和間隙距離的變化而變化。本領域的技術人員已經應用上述原理來制造各種傳感器，包括位移（位置）測量傳感器。?

根據上述原理，可以通過兩種方法利用電容來測量位移。一種方法是檢測由于電容的兩個極片的間隙變化引起的電容變化，此時運動方向垂直于極片表面。電容器的電容量對間隙的變化非常敏感，特別是當間隙非常小時。同時，制造技術比較容易得到很小的間隙變化而幾乎沒有相對重疊面積的變化。現在的納米定位系統中廣泛采用用這種方法。這種傳感器可以測量小到幾個皮米的位移量，但其最大量程只在幾百個微米內。?

另外一種方法是檢測由兩個電容的平行極片相對重疊面積變化所引起的電容量變化，此時運動平行于極片表面。由于制造簡單和生產成本低等原因，市場需求這種基于面積變化原理的傳感器，但遇到極大挑戰，在實際應用中是非常困難的。這是因為，這種簡單的電容器當電極在平行方向運動來產生測量重疊面積變化時，很難保證極片之間的間隙不會產生變化，以致測量信號不能單一表征來自重疊面積變化，會造成測量誤差。如前上述，間隙變化對電容器的電容量的影響是非常敏感的，比如在100μm間隙的電容器中，1μm的變化將會造成百分之一的電容量的變化。工業化生產中，對機械式運動的另部件來?說，100μm的間隙是可以做到的而且是常有的，但1μm的公差是很難做到的。大部分應用場合，百分之一的不確定性誤差是難以接受的。由于很難控制間隙的變化，所以也很難制造出這種基于面積變化的高精度位移測量傳感器，因此，需要開發一種技術能夠在對重疊面積時大大減小相變化間隙變化所帶來的不良影響。?

發明內容

本發明為克服上述問題，開發了一種電容式傳感器，包括：至少一個固定部件STATOR，每個組合固定部件STATOR包括：?

一個電絕緣基底，其上具有電連接在一起的m個極片導電極片電連接在一起組成的第一電容極片組，和電連接在一起的m個極片導電極片電連接在一起組成的第二電容極片組，第一電容極片組和第二電容極片組的中極片的數目相等、形狀相同，且交替、等間距地排列在所述電絕緣基底上；?

至少一個可相對于固定部件STATOR線性移動/轉動的運動部件MOVER，運動部件MOVER的數量與固定部件STATOR的數量相同，每個運動部件MOVER包括：?

一個電絕緣基底，其上具有由n個等間距排列的接地極片組成的接地極片組，所述接地極片的形狀相同，且電連接在一起形成接地極片組；n小于或等于m；?

其中，運動部件MOVER的每個接地極片在其運動方向的寬度大小，使其在移動或轉動過程中，與所述固定部件STATOR中的第一電容極片組的一個電容極片和第二電容極片組的一個電容極片組成兩個可變電容器，從而運動部件MOVER的接地極片組與固定部件STATOR中的第一電容極片組和第二電容極片組組成兩個可變電容組。?

在本發明的一個實施方式中，不同固定部件STATOR中的相應極片一一對正，不同運動部件MOVER中的相應極片一一對正，來自不同固定部件STATOR的一對相對應對正的極片和一個接地極片構成一對可變電容器。構成了直接補償結構。?

在本發明的另一個實施方式中，在同一固定部件STATOR上的分別來自?第一電容極片組和第二電容極片組的一對相鄰極片與相對應的一個接地極片一起構成一對可變電容器。構成了差分補償結構。?

本發明優選的是，所述極片呈矩形或扇形或三角形或圓三角形的平面結構，或圓筒形或具有矩形結構的部分圓筒形或具有三角形結構的部分圓筒形曲面。?

在本發明的一個優選的實施例中，(Wg+Wgs)=2*(Wc+Wcs),Wcs≤Wc，Wc≤Wg≤(Wc+2*Wcs),Wc和Wg分別表示固定部件STATOR中極片、運動部件MOVER中極片的寬度或角寬度,Wcs和Wgs表示固定部件STATOR、運動部件MOVER中相鄰兩個極片之間的距離或角距離。?