专利名称：电容接近觉传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种自动检测装置。
现有的普通电容式接近觉传感器是将传感器本身作为一个极板，待测目标(或障碍物)作为另外一个极板，这种结构要求待测物必须是接地导体，而且容易受到对地杂散电容的影响。
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种新的电容接近觉传感器，它采用双极板检测，不仅能检测导体，还能检测非导体对象的接近度，并且检测结果不受对象所带电量的影响。
为达到上述目的，本实用新型采用的解决方案是该传感器具有屏蔽层，其上是绝缘层，绝缘层上置有两块间隔开的金属极板，一块金属极板接交变电压，另一块金属极板接电荷放大器，将电荷转化为电压输出。
本实用新型的优点是1、能准确检测导体和非导体待测物体的接近距离，并且两极板间耦合电容的变化与导体的电势基本无关，能够保证在工业环境下(即使工件处在强电磁环境中)准确得到接近度信息。
2、若移动极板进行扫描检测或由多个检测极板构成传感器面阵，可估计待测物体的表面形状，用于工件形状识别；3、可通过近距离检测，区别待测物体是导体或是绝缘体材料。
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。
图1是本实用新型一种实施例的结构简图。
图2是图1中电荷放大器的一种具体电路图。
图3是待测物体为接地导体，不接地导体和绝缘体时的电压——距离曲线。
由图1所示，在屏蔽层4上是绝缘层3，在绝缘层3上置有两块间隔开的位于同一平面的金属极板1、2，厚度可以忽略，在通常使用中，其间距最好为3mm～30mm，金属极板1接交变电压6，可采用正弦波激励，金属极板2接电荷放大器5，将电荷转化为电压输出。
电荷放大器5的一种具体电路如图2所示，运算放大器7的正向输入端接地，反向输入端通过电容C1接至金属极板2，电阻R与电容C2并联后接在运算放大器7的反向输入端与输出端之间。运算放大器7可选用低噪声的JFET集成运算放大器LF347。
在金属极板1上加交变电压6，在极板1、2附近就会产生交变电场，待测物体离金属极板1、2的距离变化会影响电场的分布和大小，使极板1、2之间耦合电容改变，也就改变了极板2上的电压大小，通过检测接收极板2的电压就可以得到待测物体的接近度，并不需要测量耦合电容。
由于待测耦合电容的大小不仅与距待测物体的距离有关，还与绝缘层3的厚度有关。为提高传感器的动态检测范围，应使绝缘层3的厚度尽可能小。另外，极板间距不同，传感器的灵敏度也不同。极板间距较小时，待测近距离物体的灵敏度较高，但传感器的动态范围较小；极板间距较大时，动态范围增大，但近距离检测时灵敏度不及小距离时高。动态范围的大小与极板间距并不成比例变化，实验表明，当极板间距大于100mm后，再增大间距，传感器的动态范围不再增加。
一般，在10mm～100mm的检测范围内，适当选择金属极板的面积，如9mm2～200mm2，可使传感器的动态性能较好，灵敏度也较高，极板的形状可为矩形、圆形等，下面给出当极板长度为15mm，宽度为10mm，两极板间距为10mm，绝缘层厚度为1mm时的测量数据(测量对象为接地导体)。实际距离5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 40.0 60.0 80.0 100.0(mm)测量距离5.0 9.9 15.2 19.7 25.3 30.4 41.4 59.3 80.1 105.3(mm)图3是测量相同尺寸铁块和玻璃得到传感器的电压v和距离d的关系。电压v指的是电荷放大器的输出电压，距离d指的是待测物体与极板之间的距离，曲线8代表玻璃，曲线9代表不接地导体，曲线10代表接地导体。从图中可见，接地导体的电压变化范围较大；不接地导体和玻璃的电压变化范围较小。
对于非导体障碍物，其检测范围比接地导体要小，在10mm到100mm范围内，输出电压随距离增大而增大。当检测距离大于100m以后，输出电压变化较缓慢。值得注意的是，在约5mm范围内，距离减小，电容量反而迅速增加。其原因是由于良好的电介质(非导体对象)代替了不良电介质(空气)的原因。利用这一特性还可识别对象的材料性质。
权利要求1.一种电容接近觉传感器，具有屏蔽层(4)，其上是绝缘层(3)，在绝缘层(3)上置有金属极板(1)，其特征在于在绝缘层(3)上置有与金属极板(1)间隔开的金属极板(2)，金属极板(1)接交变电压(6)，金属极板(2)接电荷放大器(5)，将电荷转化为电压输出。
2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于两金属极板(1)、(2)之间的间距为3mm～30mm。
3.根据权利要求1、2所述的传感器，其特征在于电荷放大器(5)的接法为，采用运算放大器(7)，其正向输入端接地，反向输入端通过电容C1接至金属极板(2)，电阻R与电容C2并联后接在运算放大器7的反向输入端与输出端之间。
专利摘要本实用新型公开了一种电容接近觉传感器，它具有屏蔽层，其上是绝缘层，在绝缘层上置有两块间隔开的金属极板，一块金属极板接交变电压，另一块金属极板接电荷放大器。该传感器能准确检测导体和非导体待测物的接近距离，并且电容的变化与导体的电势基本无关，能保证在工业环境下准确得到接近度信息；可估计待测物的表面形状，用于工件形状的识别；可通过近距离检测，区分导体和非导体材料；可用于机器人运动中的避障，工业生产中的接近开关等。
文档编号G01L9/12GK2356337SQ9824223
公开日1999年12月29日 申请日期1998年11月10日 优先权日1998年11月10日
发明者王敏, 黄心汉, 义泳 申请人:华中理工大学