[實用新型]一種差動式變極距垂直電極型電容傳感器

有效

• 申請號: 201720634875.6
• 申請日: 2017-06-02
• 公開（公告）號: CN207180706U
• 公開（公告）日: 2018-04-03
• 發明（設計）人: 潘海鴻;羅年景;陳琳
• 申請（專利權）人: 廣西安博特智能科技有限公司
• 主分類號: G01D5/241
• 分類號: G01D5/241
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型屬于儀表與傳感器技術領域，涉及一種電容傳感器，特別涉及一種差動式變極距垂直電極型電容傳感器。

背景技術

由于具有結構簡單、動態特性好、能實現非接觸式測量等優點，變極距型電容傳感器被廣泛應用于超精密加工、高精度定位與超精密測量等領域；如用于測量位移、力、壓力與速度等參量。現有變極距型電容傳感器普遍采用平行電極板式電容傳感器，其電容變化的靈敏度受位移變化影響較大，電容輸出量具有嚴重的非線性。基于電容邊緣效應的變極距垂直電極型電容傳感器，其靈敏度相比于傳統的平行電極式電容傳感器受電極間距影響更小，然而變極距垂直電極型電容傳感器存在著嚴重的非線性，且受噪聲干擾較大。

發明內容

本實用新型的目的在于，克服現有變極距型電容傳感器存在的問題，設計一種差動式變極距垂直電極型電容傳感器，以提高變極距型電容傳感器的靈敏度、線性度和抗干擾能力。

為實現上述目標，本實用新型采用如下技術方案：

一種差動式變極距垂直電極型電容傳感器，至少包括一對感應電容的靜電極1與一個感應電容的動電極2。

一對感應電容的靜電極1關于感應電容的動電極2垂直對稱分布且分別與感應電容的動電極2保留有一定初始間隙；感應電容的動電極2沿感應電容的靜電極1方向改變微小位移時，感應電容的動電極2與一對感應電容的靜電極1的極距變化分別為：一個極距增大，另一個極距減小，從而形成差動式結構變極距垂直電極型電容器。

感應電容的靜電極1由多個金屬片3并聯組成，多個金屬片3之間充滿絕緣介質4且通過金屬連接。

本實用新型的有益效果是：

本實用新型一種差動式變極距垂直電極型電容傳感器，一個感應電容的靜電極1與感應電容的動電極2的零點電容值與噪聲電容值分別為C₀與C_C，感應電容的動電極2沿感應電容的靜電極1方向移動時，其中一個感應電容的靜電極1與感應電容的動電極2極距改變Δh，則另一個感應電容的靜電極1與感應電容的動電極2極距改變-Δh，對應的電容量分別為C₁與C₂，對應的電容量分別為-ΔC₁與ΔC₂，以電容量差值C₁-C₂作為輸出信號，則電容的改變量為(C₀+C_C-ΔC₁)-(C₀+C_C+ΔC₂)即(-ΔC₁-ΔC₂)，從而采用差動式結構垂直電極型傳感器的靈敏度提高約一倍，同時減小了由靜電引力與溫度等帶來的噪聲電容C_C，提高了抗干擾能力，此外采用差動式結構垂直電極型傳感器大大提高了電容傳感器的線性度。

附圖說明

圖1差動式垂直電極型電容傳感器原理圖。

圖2差動式垂直電極型電容傳感器多電極并聯示意圖。

附圖中：1-感應電容的靜電極；2-感應電容的動電極；3-金屬片；4-絕緣介質；5-磁力線。

具體實施方式

以下結合附圖進一步說明本實用新型。

如附圖1所示，本實用新型揭示了一種差動式變極距垂直電極型電容傳感器，由一對感應電容的靜電極1與一個感應電容的動電極2組成差動式結構垂直電極型電容器。

并且，本實用新型采用垂直電極間的電容作為檢測信號，判斷出電極間變化的位移。其中，根據電磁學原理，當一個很薄的極板和另一個極板垂直放置且保持一定間隙時，若在兩極板間加載電壓，則兩極之間將形成一個電場，稱為邊緣場，這種現象稱為邊緣效應，產生的電容稱為邊緣電容。根據鏡像原理及復變函數理論，可建立極板間距和極板間電容之間的數學關系：

其中，h為兩極間距離；H為垂直電極的高度；W為垂直電極的寬度；ε為封裝電極片基介電常數。

由上式可知，當極板初始間距h₀改變Δh時，電容改變量ΔC₁₁，即有：

當極板初始間隙很小時，對其按泰勒公式展開：

即，可以用進行線性擬合，ΔC₁₁與Δh近似成線性關系，其靈敏度K₁₁為：

相對非線性誤差δ₁₁為：