[發明專利]一種基于駐極體的靜電式轉速傳感器

有效

• 申請號: 201410007209.0
• 申請日: 2014-01-07
• 公開（公告）號: CN103760378B
• 公開（公告）日: 2017-04-05
• 發明（設計）人: 邊濰;伍曉明;王曉紅
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01P3/44
• 分類號: G01P3/44
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司11246
• 代理人: 陳波

技術領域

本發明屬于轉速傳感器技術領域，具體涉及一種基于駐極體的靜電式轉速傳感器。

背景技術

轉速傳感器廣泛用于汽車工業和其他工業領域（Fredrik?Gustafsson,“Rotational?Speed?Sensors:Limitations,Pre-processing?and?Automotive?Applications”,IEEE?Instrumentation&Measurement?Magazine,April,2010）。傳統上，典型的轉速傳感器主要有霍爾傳感器和激光編碼式傳感器。其中，霍爾式傳感器要求被測對象由鐵磁性材料構成，而激光傳感器結構比較復雜。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于駐極體的靜電式轉速傳感器。所述傳感器基于靜電場的變化來探測物體的旋轉速度。

為了達到上述目的，本發明的技術方案為：

一種基于駐極體的靜電式轉速傳感器，主要由襯底、電極和駐極體層依次層疊組成，襯底上制作電極，電極被駐極體材料所覆蓋；電極之間絕緣。

所述襯底為絕緣材料或在金屬襯底上噴涂絕緣材料制作絕緣層。

所述電極通過濺射-光刻-刻蝕的方法制造成型。

所述駐極體的材料為聚四氟乙烯、聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚偏氟乙烯或SiO₂/Si₃N₄。

所述駐極體提供靜電場。

所述電極的作用是敏感駐極體附近的電場變化，并將這種變化轉換成信號輸出。

所述襯底作為額外的機械結構支撐。襯底的采用不影響本發明所述靜電式轉速傳感器的電特性，而電極和襯底的相對位置并無約束，只要電極處于駐極體所產生的電場之中并可以敏感由被測物體造成的電場強度的變化即可。

本發明的基于駐極體的靜電式轉速傳感器不要求被測物體為鐵磁器件，具有測試材料廣泛（不要求鐵磁性材料，任何導電材料皆可）、微加工工藝兼容性好、結構簡單、成本低等諸多優點。

附圖說明

圖1為基于駐極體的靜電式轉速傳感器的原理示意圖。

圖2為基于駐極體的靜電式轉速傳感器的結構示意圖。

具體實施方式

下面將結合附圖和具體實例對本發明的基于駐極體的靜電式轉速傳感器作進一步說明。

一種基于駐極體的靜電式轉速傳感器，由襯底、電極和駐極體層依次層疊組成，襯底上制作電極，電極被駐極體材料所覆蓋；電極之間絕緣。

本發明的原理：

利用本發明的基于駐極體的靜電式轉速傳感器進行測量的被測物體需要具有一個“識別結構”，如圖1所示。“識別結構”是指被測物體上形狀、介電系數或電導率明顯區別于其他區域的結構：這一結構可以是齒輪輪齒、旋轉體上的鍵槽、螺釘等（形狀區別于其他結構），也可以絕緣、低介電系數旋轉體上的一塊高介電系數材料等（介電系數不同于其他結構），也可以是絕緣旋轉體上的一塊導電涂料或導電旋轉體上的一塊絕緣體材料（電導率區別于其他結構）。

駐極體被駐極之后，駐極體在襯底電極上會產生感應電荷。而當旋轉結構旋轉的時候，識別結構會周期性的靠近遠離駐極體表面。進而使得電極上的感應電荷數量產生變化。這種由被測物體旋轉產生的電荷漲落會產生相應的電壓信號，通過這一信號可以測量出被測物體的轉動。

實施例1

如圖2所示，本發明的一種基于駐極體的靜電式轉速傳感器，由具有絕緣層的襯底、電極和駐極體依次層疊組成。

襯底為鋁板，作用是為整個器件提供機械支撐。絕緣層為聚四氟乙烯涂層。用濺射和刻蝕的方法將電極制作在絕緣層上。電極上面貼附聚四氟乙烯膠帶作為駐極體。

被測物體-齒輪由鋁構成，也可以由其他導電材料（如、鑄鐵、鋼材、其他有色金屬、石墨、導電橡膠或任何具有導電特性的材料）或介電常數遠大于1的材料。需要在齒輪的輪齒掠過電極附近時可以改變電極附近的電場分布，使得電極上的電荷變化足以被儀器測得。這種儀器可以是示波器模數轉換器或其他信號處理電路制成，是被測物體。齒輪上的輪齒即圖1中的“識別結構”。當齒輪旋轉的時候器件輸出相應信號。

用電暈駐極的方法極化駐極體，此時駐極體表面保持有負電荷。駐極體本身的特性使得這些電荷可以長時間不消失。這些電荷在電極表面產生感應電荷。當齒輪輪齒靠近電極上方時，輪齒表面會產生正極性感應電荷。這些感應電荷會影響電極附近的電場分布，使電極上感應電荷減少。電極上感應電荷數量的增減表現為對外輸出電流，即輸出信號。