一种基于驻极体的静电式转速传感器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了属于转速传感器【技术领域】的一种基于驻极体的静电式转速传感器。所述的静电式转速传感器，由衬底、电极和驻极体层依次层叠组成，衬底上制作电极，电极被驻极体材料所覆盖；电极之间绝缘。本发明的基于驻极体的静电式转速传感器不要求被测物体为铁磁器件，具有测试材料广泛，不要求铁磁性材料，任何导电材料皆可，微加工工艺兼容性好、结构简单、成本低等诸多优点。
【专利说明】一种基于驻极体的静电式转速传感器
【技术领域】
[0001]本发明属于转速传感器【技术领域】，具体涉及一种基于驻极体的静电式转速传感器。
【背景技术】
[0002]转速传感器广泛用于汽车工业和其他工业领域(Fredrik Gustafsson, “RotationalSpeed Sensors: Limitations, Pre-processing and Automotive Applications，，，IEEEInstrumentation&Measurement Magazine, April, 2010)。传统上，典型的转速传感器主要有霍尔传感器和激光编码式传感器。其中，霍尔式传感器要求被测对象由铁磁性材料构成，而激光传感器结构比较复杂。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种基于驻极体的静电式转速传感器。所述传感器基于静电场的变化来探测物体的旋转速度。
[0004]为了达到上述目的，本发明的技术方案为:
[0005]一种基于驻极体的静电式转速传感器，主要由衬底、电极和驻极体层依次层叠组成，衬底上制作电极，电极被驻极体材料所覆盖；电极之间绝缘。
[0006]所述衬底为绝缘材料或在金属衬底上喷涂绝缘材料制作绝缘层。
[0007]所述电极通过溅射-光刻-刻蚀的方法制造成型。
[0008]所述驻极体的材料为聚四氟乙烯、聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚偏氟乙烯或Si02/Si3N4。
[0009]所述驻极体提供静电场。
[0010]所述电极的作用是敏感驻极体附近的电场变化，并将这种变化转换成信号输出。
[0011]所述衬底作为额外的机械结构支撑。衬底的采用不影响本发明所述静电式转速传感器的电特性，而电极和衬底的相对位置并无约束，只要电极处于驻极体所产生的电场之中并可以敏感由被测物体造成的电场强度的变化即可。
[0012]本发明的基于驻极体的静电式转速传感器不要求被测物体为铁磁器件，具有测试材料广泛(不要求铁磁性材料，任何导电材料皆可)、微加工工艺兼容性好、结构简单、成本低等诸多优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为基于驻极体的静电式转速传感器的原理示意图。
[0014]图2为基于驻极体的静电式转速传感器的结构示意图。
【具体实施方式】
[0015]下面将结合附图和具体实例对本发明的基于驻极体的静电式转速传感器作进一步说明。
[0016]一种基于驻极体的静电式转速传感器，由衬底、电极和驻极体层依次层叠组成，衬底上制作电极，电极被驻极体材料所覆盖；电极之间绝缘。
[0017]本发明的原理:
[0018]利用本发明的基于驻极体的静电式转速传感器进行测量的被测物体需要具有一个“识别结构”，如图1所示。“识别结构”是指被测物体上形状、介电系数或电导率明显区别于其他区域的结构:这一结构可以是齿轮轮齿、旋转体上的键槽、螺钉等(形状区别于其他结构)，也可以绝缘、低介电系数旋转体上的一块高介电系数材料等(介电系数不同于其他结构)，也可以是绝缘旋转体上的一块导电涂料或导电旋转体上的一块绝缘体材料(电导率区别于其他结构)。
[0019]驻极体被驻极之后，驻极体在衬底电极上会产生感应电荷。而当旋转结构旋转的时候，识别结构会周期性的靠近远离驻极体表面。进而使得电极上的感应电荷数量产生变化。这种由被测物体旋转产生的电荷涨落会产生相应的电压信号，通过这一信号可以测量出被测物体的转动。
[0020]实施例1
[0021]如图2所示，本发明的一种基于驻极体的静电式转速传感器，由具有绝缘层的衬底、电极和驻极体依次层叠组成。
[0022]衬底为铝板，作用是为整个器件提供机械支撑。绝缘层为聚四氟乙烯涂层。用溅射和刻蚀的方法将电极制作在绝缘层上。电极上面贴附聚四氟乙烯胶带作为驻极体。
[0023]被测物体-齿轮由铝构成，也可以由其他导电材料(如、铸铁、钢材、其他有色金属、石墨、导电橡胶或任何具有导电特性的材料)或介电常数远大于I的材料。需要在齿轮的轮齿掠过电极附近时可以改变电极附近的电场分布，使得电极上的电荷变化足以被仪器测得。这种仪器可以是示波器模数转换器或其他信号处理电路制成，是被测物体。齿轮上的轮齿即图1中的“识别结构”。当齿轮旋转的时候器件输出相应信号。
[0024]用电晕驻极的方法极化驻极体，此时驻极体表面保持有负电荷。驻极体本身的特性使得这些电荷可以长时间不消失。这些电荷在电极表面产生感应电荷。当齿轮轮齿靠近电极上方时，轮齿表面会产生正极性感应电荷。这些感应电荷会影响电极附近的电场分布，使电极上感应电荷减少。电极上感应电荷数量的增减表现为对外输出电流，即输出信号。
[0025]齿轮在传感器器件附近旋转时，会产生两种感应电荷:在靠近器件一侧产生正电荷(与驻极电荷极性相反)，在远离器件一侧产生负电荷(保证齿轮总体呈电中性)。若齿轮接地，可以将远离器件一侧的负电荷消除，使之不会抵消靠近器件一侧正电荷在器件附近电场所产生的影响。然而，由于驻极体表面电荷有限，而齿轮体积相比器件很大，因此齿轮另一侧感应出的正电荷对器件附近电场影响可忽略不计。
[0026]器件是通过在被测物体上产生感应电荷的方式，而不是敏感被测物体电位的方式来感应被测物体旋转的。因此被测物体本身不需要接地。
【权利要求】
1.一种基于驻极体的静电式转速传感器，其特征在于，主要由衬底、电极和驻极体层依次层叠组成，衬底上制作电极，电极被驻极体材料所覆盖；电极之间绝缘。
2.根据权利要求1所述的基于驻极体的静电式转速传感器，其特征在于，所述衬底为绝缘材料或在金属衬底上喷涂绝缘材料制作绝缘层。
3.根据权利要求1所述的基于驻极体的静电式转速传感器，其特征在于，所述电极通过溅射-光刻-刻蚀的方法制造成型。
4.根据权利要求1所述的基于驻极体的静电式转速传感器，其特征在于，所述驻极体的材料为聚四氟乙烯、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。
【文档编号】G01P3/44GK103760378SQ201410007209
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年1月7日 优先权日:2014年1月7日
【发明者】边潍, 伍晓明, 王晓红 申请人:清华大学