专利名称：高分辨率鉴相式容栅位移传感器的制作方法
技术领域：
本发明属于鉴相式容栅位移传感技术。
鉴相式容栅传感器的付栅栅条一直采用按八路驱动器输出相位秩序依次排列，为了提高传感器精度，栅条为多组并联输出，以取得平均效应，这样就带来了栅条连线交叉的问题，布线只能采用双面布线，用金属化小孔连接两面线路，由于金属化小孔不能做得很小(0.3mm以下金属化小孔在印制线路板制做上是极为困难的)，所以栅条间距不能做得很小，而缩小栅条间矩正是提高鉴相式容栅位移传感器分辨率的有效方法，例如要使鉴相式容栅位移传感器的分辨率提高到0.001mm，则其付栅节距要缩小到原有分辨率为0.01mm节距的1/10，即为0.508mm，而在付栅上每个节距包含八条输出栅条，其栅条间距为0.0635mm，若此时仍采用金属化小孔连接两面线路，已属不可能，现在鉴相式容栅位移传感器付栅材料是用环氧玻璃纤维布板，使用此种材料有两大缺点;一是材料的尺寸稳定性差;二是栅条制作只能采用印制线路板制作，栅条尺寸很难做细，同时金属化孔也难做到很小，本人申请的发明专利《分布式鉴相型容栅位移传感器》(92110055.8)，提出用分布式的布线方法，是解决上述问题的一有较方法，但其设想中仍有许多缺陷，如在付栅与主栅的有效偶合面积内存在栅条的分组连线，影响了鉴相式容栅位移传感器的精度提高，甚至使鉴相式容栅位移传感器无法正常工作，栅条间无地屏蔽，主、付栅偶合时的杂散电容大大影响了鉴相式容栅位移传感器精度的提高，栅条的分布设有严格的分布规律等。
本发明针对上述问题提出一种能提高鉴相式容栅位移传感器分辨率，精度及稳定性的可行性设计。
本发明的特征在于传感器的付栅的八路输出栅条按特定规律分布排列，其规律是输出相位角相差180°的两栅条在同一节距内，且各栅条所在位置与按输出相位角顺序依次排列时所应在位置相差整数倍节距，以及每相邻两栅条间都采用地线隔离，并且传感器主、付栅节距相同，本发明还采用了类似集成电路多层布线的工艺，其特征在于采用玻璃或陶瓷为基片，在基片表面蒸镀一层金属层，做出栅条图形，然后在金属层上制做一层绝缘层，并且在绝缘层上相对于第一层金属层需连接处开窗口，其后再在绝缘层上蒸镀一层金属层，并做出连线图形，最后除引脚外的整个付栅工作面涂敷保护层，并用金属引脚(或其它连接方法)将连线引出端与电路连通。在同组两路栅条中，有一路栅条直接在栅条面连接，并引至侧边，再通过绝缘层上的一个窗口引至连接面，而另一路的各栅条则通过绝缘层的窗口在连接面连通。
本发明的优点在于采用分布式排列栅条的方法，在不加大鉴相式容栅位移传感器的制作难度的情况下，即能使传感器分辨率提高1-2个数量级，并且精度也得到相应提高，采用玻璃或陶瓷做基材更有效的提高了传感器的可靠性、稳定性和精度。
以下参照实例及附图对本发明做进一步说明
图1分布式排列传感器分析2以玻璃为基材的付栅结构示意3玻璃基材付栅与线路连接示意4付栅另一种分布式排列方法附图所示为(1)付栅、(2)主栅、(3)栅条、(4)接收极、(5)地屏蔽线(6)栅条面连线、(7)栅条面连接点、(8)按八路输出相位角顺序依次排列时栅条所应在位置、(9)主栅极板、(10)主栅地屏蔽线、(11)玻璃基片、(12)金属层，其中第一层为栅条面，第二层为连接面、(13)绝缘层、(14)保护层、(15)绝缘层窗口、(16)保护层窗口、(17)金属引脚、(18)线路板、(19)按输出相位角顺序依次排列时栅条在主栅极板上的相对位置、(20)分布排列后，栅条在主栅极板上的相对位置、(21)付栅节距。
由图1所示，可以看出，付栅(1)分散排列的各栅条(3)是有规律排布的。其各栅条(3)与按输出相位顺序依次排列时各自所应在位置(8)相差整数倍节距(21)，主栅(2)是由若干个独立的极板(9)组成，且各极板(9)间距与付栅(1)的节距(21)相同，所以付栅(1)的各栅条(3)在主栅(2)不同极板(9)上的相对位置(20)与按输出相位角顺序依次排列时栅条(3)在主栅(2)极板(9)上的相对位置(19)相同，其中有一点必须加以说明的是输出相位角相差180°的两栅条(3)必须在同一节距(21)内，如输出相位角为0°的栅条(3)必须与输出相位角为180°的栅条(3)在同一节距内(这是由于鉴相式容栅位移传感器工作原理所决定的)，这样付栅(1)的接收极(4)才能得到与栅条(3)按输出相位角顺序依次排列时接收极(4)相同的耦合信号，同时这也是分布式排列方法中最优的排布方式，因为输出相位角相差180°的栅条(3)之间的位置相差半个节距(21)，这样同节距(21)内的栅条(3)之间的空隙最大。在各栅条(3)之间都用地屏蔽线(5)隔离，可以减少杂散电容的影响，主栅(2)上的地屏蔽线(10)也是同样的作用。
图2及图3所示为以玻璃为基片的付栅(1)的结构特点其制做方法类似于集成电路多层布线的制作过程。首先在玻璃基片(11)表面用真空电镀或其它方法(如化学沉积)制一层金属层(12)并制出栅条面的图形，然后在金属层(12)上制一层绝缘层(13)，绝缘层(13)上对应栅条面的连接点(7)开有窗口(15)，在绝缘层(13)上用制作第一层金属层(12)同样的方法制作第二层金属层(12)并做出连接面的图形，保护层(14)选用质地坚硬，而摩擦的绝缘材料制作，同时在连线面的引出端留有窗口(6)，最后用金属引脚将(17)将连线面的引出端与线路板(18)连通，第一层金属层(12)的各组栅条(3)的连接如图1所示，在同组两路栅条(3)中，有一路直接在栅条面用连线(6)连通，并引至侧边，另一路则通过对应于栅条(3)的连接点(7)的绝缘层(13)窗口(15)在第二层金属层(12)进行连接，从而可以避免在主栅(2)和付栅(1)的耦合范围内存在输出栅条(3)的连线。
图4所示为付栅(1)分布式排列的第一种排布方式，付栅(1)的各栅条(3)排列在接收极(4)同一侧。这样可以减少主栅(2)及付栅(1)的宽度，在不增加付栅(1)的长度的情况下，付栅(1)与主栅(2)之间的耦合面积会有所减少，这就要缩小主栅(2)与付栅(1)之间的间隙，以便付栅(1)的接收极(4)能得到足够强的信号，此种设计主要是针对体积要求小，精度要求高，而其零件配合精度也较高的仪器、仪表等。
以上仅是参照部分实例对本发明做一详细说明，在不违背本发明的实质精神的前提下，还会有许多其它的实施方法及方案。
权利要求
1.本发明由主栅、付栅组成，其特征在于付栅八路输出栅条采用分布排列方法，输出相位角相差180°的两栅条在同一节距内，且各栅条所在位置与按输出相位角顺序依次排列时各自所应位置相差整数倍节距，每相邻两栅条间都采用地线隔离。
2.本发明采用类似于集成电路多层布线的制作方法，其特征在于采用玻璃或陶瓷为基片，在基片表面蒸镀一层金属层，做出栅条图形，然后在金属层上制做一绝缘层，并且在绝缘层上相对于第一层金属层需连接处开窗口，其后再在绝缘层上蒸镀第二层金属层，并做出连线图形，最后在除引出脚处的整个付栅工作面涂敷保护层，并用金属引脚(或其它连接方法)将连线引出端与电路连通。
3.根据权利要求1、2所述，本发明的特征还在于在同组两路栅条中，有一路栅条直接在栅条面连接，引至侧边，再通过绝缘层上的一个窗口，引至连接面，而另一路的各栅条则通过绝缘层的窗口在连线面连通。
4.根据权利要求1所述，本发明的特征还在于主栅的节距与付栅节距一样。
全文摘要
本发明属于鉴相式容栅位移传感技术，鉴相式容栅位移传感器具有集成度高、价格低廉、功耗小等特点，但由于副栅输出栅条排列设计，基材选用等问题，使得此种位移传感技术未能应用到较高分辨率和精度的产品上。本发明的特点是采用分布式排列方法排列栅条，和选玻璃或陶瓷为基片，并运用集电路制作中多层布线工艺，使得鉴相式容栅传感器的分辨率能提1—2个数量级，并且精度和稳定性也相应得到提高。
文档编号G01B7/02GK1101974SQ9311891
公开日1995年4月26日 申请日期1993年10月17日 优先权日1993年10月17日
发明者赵飚 申请人:赵飚