电容式传感器及组合电容式位移测量传感系统的制作方法_4

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_3、72-4组成的第二电容极片组,第一电容极片组与第二电容极片组中的极片交错等间距排列;STAT0R-2包括由极片73-1、73-2、73-3、73-4组成的第一电容极片组,以及由极片74-1、74-2、74-3、74-4组成的第二电容极片组,该两个电容极片组中的极片交错等间距排列;固定部件STAT0R-1中的电容极片组相对于固定部件STAT0R-2中的电容极片组错开距离Wss ;还包括双侧具有接地极片组(由极片75-1、75-2组成的接地极片组和由76-1、76-2组成的接地极片组)的一个运动部件MOVER (相当于两个运动部件MOVER),两组接地极片一一对应。
[0082]图10是实现图7曲线的、并与图8具有类似结构的电容式传感器的侧视图,示出它们构成的几何结构。图10的电容位移传感器204与图9的电容式传感器203的结构基本相同,区别仅在于,STAT0R-1中的电容极片组相对于STAT0R-2中的电容极片组——对正,运动部件MOVERs的两组接地极片错开距离Wss。
[0083]运动部件MOVER可以按照常规技术制造,例如线切割技术。图11示出了运动部件MOVER的两种制造结构,例如,制造图1电容式传感器100中的由第一接地极片组15和第二接地极片组16构成的运动部件MOVER。图1la中,第一接地极片组15中的两个极片15_1、15-2可以设置在电绝缘基底21的上表面,并和测量系统的最终接地端电连接;第二接地极片组16中的两个极片16-1、16-2设置在电绝缘基底21的下表面(未示出)。该运动部件MOVER可由普通的电路板制作工艺得到,例如PCB技术。图1lb示出了一种单层导电基板的结构,该单层导电基板的表面可将第一接地极片组15和第二接地极片组16中的多个极片设置在同一表面,这种基板由于其体积小、厚度薄、质量轻等特点,可应用到响应要求较快的微型设备中。
[0084]上述描述的各种组合测量系统利用输出信号循环的特性可以提供一个较大量程的校对测量。也正是这一循环特性,当电源关闭后再启动时,人们无法得到该测量系统所处的位置,需要使用的时候,必须对其进行复位或归零的操作。下面介绍绝对测量的方法。
[0085]图12a至图12c示出了本发明的一种具有粗测功能的组合电容测量传感系统205的结构。该系统205包括三个电容式传感器,分别记为第一系统101、第二系统102、第三系统103。第一系统101、第二系统102用于精测,第三系统103用于粗测。三个系统的结构与图8的组合测量系统202的部分结构相似,构成了三个电容测量传感系统。
[0086]参阅图12a至图12c,第一系统101包括了由极片111_1、111-2......lll_m等间距排列的第一电容极片组111,由极片112-1、112-2……112_m等间距排列的第二电容极片组112 ;由极片115-1、115-2……115_n等间距排列的第一接地极片组115。第一电容极片组111和第二电容极片组112位于电绝缘基底120的同一侧,形成固定部件STATORs的一部分。第一接地极片组115可通过线切割金属片得到,形成运动部件MOVERs的一部分。运动部件MOVERs相对于固定部件STATORs平行移动时,形成可变电容器Cl 11_1、C111_2……Clll-m 以及 C112-l、C112-2......C112_m。
[0087]基于同样的道理,第二系统102包括了电容极片组113和114,其第二接地极片组116相对于第一接地极片组115错开了 Wss的距离,Wss= (ffc+ffcs)/20第一系统101和第二系统102亦可呈现出如图7所述的曲线特性。
[0088]第三系统103只含有两个电容极片117、118,该两个电容极片位于电绝缘基底120上,形成固定部件STATORs的一部分,接地极片119与第一接地极片组115和第二接地极片组116中的极片一起通过线切割金属片得到,共同形成运动部件MOVERs,两个极片117、118的宽度Wcl和接地极片119的宽度Wsl之间的关系如下:
[0089]Wcl ^ Wc*m+Wcs* (m_l);
[0090]Wsl ^ (Wc+Wcs) *m。
[0091]其中,Wc为第一电容极片组中极片的宽度,Wcs代表来两个电容极片组中相邻两个极片之间的距离,第三系统103输出的是一个单向递增的线性曲线。
[0092]图13a给出了一种组合电容绝对测量线性传感系统300的一个具体结构示意图。固定部件STAT0R301和运动部件M0VER302在移动的过程中会形成多个可变的电容器,测量传感系统300包括固定部件STATOR支架303和运动部件MOVER支架304,固定部件STATOR支架303的四角分别固定在定位柱支撑座311、312、313、314上,导向柱307的两端分别固定于定位柱支撑座311、314,导向柱308的两端分别固定于定位柱支撑座312、313。导向柱307和导向柱308上分别滑动配合有轴承305、306,两个轴承的下端和运动部件MOVER支架304固定连接。这样的结构,使得运动部件MOVER支架304在轴承305、306的驱动下沿着导向柱307、308相对于固定部件STATOR支架303做直线运动。其中,位于固定部件STATOR支架303中的固定部件STAT0R301包括上述的第一系统、第二系统、第三系统中的电容极片组,固定于运动部件MOVER支架304上的运动部件M0VER302包括上述第一系统、第二系统、第三系统中接地极片组。
[0093]图13b给出了图13a的组合电容绝对测量线性传感系统300的俯视图和侧视图,每个系统中均含有两个电容极片组和一个接地极片组,而作为粗测量的第三系统,其每个电容极片组中各设有一个极片,作为一个实例,粗测的极片为三角形。
[0094]图14a、图14b给出了另一种组合电容绝对测量线性传感系统400的结构装配示意图。在该结构中,第一电容极片组401、第二电容极片组402和接地极片组403中的极片呈圆柱形。第一电容极片组401、第二电容极片组402固定在圆柱形电绝缘基底404的圆周表面上,形成该系统中的固定部件STATOR,例如可通过将一柔性电路板印刷在电绝缘基底404的圆周表面上。接地极片组403可通过切割导电金属管来制作,呈圆筒状,滑块409固定在接地极片组403的外侧,接地极片组403的内腔中还固定有和滑块409同轴的导向柱408,圆柱形电绝缘基底404也设有内腔407,配合的时候,将电绝缘基底404插入接地极片组403的内腔中,同时,导向柱408插入电绝缘基底404的内腔中并与其滑动配合在一起。这样,圆柱形电绝缘基底404可以沿着接地极片组403做直线运动,为了防止圆柱形电绝缘基底404和接地极片组403之间相互转动,圆柱形电绝缘基底404的表面上沿其轴向可设有一道导向槽406,与接地极片组403内侧向下设置的突起405配合在一起。
[0095]上述描述原理也可以运用到角位移的测量上,参考图15a、图15b、图15c公开了一种组合电容绝对测量传感系统500,可应用于360°测量,包括第一固定部件STAT0R501、第二固定部件STAT0R502和运动部件M0VER503,第一固定部件STAT0R501和第二固定部件STAT0R502中的极片呈平面扇形交替地分布在一个圆周的基底上,同样的,运动部件M0VER503中的极片也是呈平面扇形等距离地分步在圆周的基底上,运动部件M0VER503和固定部件STATOR的基底为同心配合,当运动部件M0VER503的转动时候,运动部件M0VER503上的极片与第一固定部件STAT0R501、第二固定部件STAT0R502上的极片组成多个可变电容器。当然,对于本领域的技术人员来说,将固定部件STATOR的基座做成半圆形或四分之一圆形等也是可以直接想到的,不需要付出创造性的劳动。也可以在固定部件STATOR的圆周基底上设置两个扇形的极片,与运动部件MOVER配合在一起进行粗测量。在该实施例中,极片之间的覆盖面积的变化不再是矩形,其Wc代表的转动的幅度,Lc表示的是转动的直径,本说明书中Wss代表的是它们之间错开的角度。
[0096]图16a示出了另一种实施方式的组合电容绝对测量角度传感系统600,包括一具有圆柱形状的第一固定部件STAT0R601、第二固定部件STAT0R602、固定部件STAT0R603、固定部件STATOR支架604、运动部件MOVER支架605,两个轴承607、608,还包括一个轴承座606,固定在运动部件MOVER支架605上的运动部件M0VER603可通过轴承607、608可相对于第一固定部件STAT0R601、第二固定部件STAT0R602旋转。
[0097]图16b示出了测量传感系统600的内部结构示意图,第一固定部件STAT0R601包括四个电容极片组611、621、612、622,每个电容极片组包括45个极片,其中电容极片组611、62
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