专利名称：容栅位移传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种改进的容栅位移传感器。更确切的说，它涉及一种改进的利用栅状平行电极组成的电容组的电容量变化来测定平行电极间相对位移量的传感器。
已有的容栅位移传感器已经在数显卡尺等长度测量设备中得到应用。
图1表明了一个数显卡尺现用的容栅位移传感器的例子。传感器由两个平板电极组成，固定在卡尺尺身上的定尺1表面分布有严格相等的节距为P／2的电极a称为接收极，接收极间以同样节距的接地极b隔开；固定在卡尺尺框上的动尺2表面分布有多组间隔相等的电极c称为发射极，发射极每组8个，分别为c1、c2、c3、c4、c5、c6、c7、c8，总节距为P，各组同名发射极联结在一起；动尺2上还设有一个引出极d。定尺1和动尺2的电极面对面地平行安装构成电容组，并可进行相对位移。利用电子电路对8个发射极c1～c8分别施加相位互差π／4的同波形交变激励电压，通过发射极c和接收极a间的电容组使接收极a上产生一个调制的交变合成信号。随着定尺1和动尺2间发生位移，发射极c和接收极a间的电容组中各电容的电容量发生相应的变化，合成信号的相位也将发生相应的变化。合成信号通过接收极a和引出极d间的电容引出并耦合到电子电路，电子电路鉴别其相移并转换成和定尺1和动尺2的相对位移量相应的数字信号，从而完成对位移的测量。
因此，为了精确地测定位移，在现有电路条件下，接收极和发射极的节距必须做得很小，例如数显卡尺的容栅位移传感器，配合现有电子电路为做到分辨率为0.01mm，必须做到发射极的节距为P／8＝0.635mm，造成制作的困难，也必然导致增加产品的成本。除此之外，各发射极间还必须用间隙隔开，隔离间隙就必须更小，上述传感器的隔离间隙只能为0.10～0.15mm。由于传感器在位移时一般有两个发射极电容发生变化，而在接收极边缘通过发射极隔离间隙时，只有一个发射极电容发生变化，即使隔离间隙是这样的小，合成信号的相移在这时也会产生3‰的线性误差，这一误差为卡尺的测量带来了0.015mm的测量误差，而卡尺的总误差仅允许0.03mm，这就增加了卡尺制作的困难。另外，为了使定尺1上各接地极联在一起实现接地，现有的定尺1把接地极在尺面一端或二端联接，图形就不能是简单的直栅状而要制成城垛形或工字形，也造成制作上一定的困难。
本实用新型的目的是要提供一种电极分布形式经过改进的容栅位移传感器。这种改进的传感器其发射极节距可以放宽到原来的4倍；发射极间的隔离间隙的宽度变得不那么重要，即在相当大的间隙范围内给整个测量系统带来的误差不那么严重；同时把接收极制成最简单的直栅状。
为了达到上述目的，本实用新型采取的措施是把发射极改成砖墙形图形，图2表示了发射极c的图形。这样，发射极c排成高度都为h的4排，每个发射极的节距为P／2，第一排分布发射极c1、c5，第二排分布c2、c6，第三排分布c3、c7，第四排分布c4、c8，相邻两排发射极的隔离间隙的位置错开P／8。
重新分布的发射极节距为P／2，是原来的四倍，制造起来就较为方便，特别在使用印刷线路板工艺制造动尺时显得更容易。
重新分布的发射极使位移时接收极合成信号的组成有了改变，图4表明了用发射极上激励电压的基波矢量合成的合成信号，在传感器位移到不同位置时合成信号有相应的相移。可见改进后的容栅位移传感器仍可和原有传感器一样地工作。
重新分布的发射极可以使传感器在位移发生时一般8个发射极电容都发生变化，而在接收极边缘经过发射极隔离间隙时仍有7个发射极电容发生变化。用发射极上激励电压的基波进行分析，隔离间隙在0.2～0.4mm很宽的范围内，合成信号相移的线性误差仅为1‰。例如在数显卡尺上应用改进后的容栅位移传感器，给测量系统带来的误差仅为0.005mm。
本实用新型采取的另一措施是把定尺上的接收极a和接地极b制成具有相等间隔相同形状的电极，即做成最简单的直栅状。图3表示了接收极a和接地极b的图形。所有接地极以金属孔化孔联接至背面的导电层上以得到可靠的接地。这种简化的图形易于用印刷线路板工艺来制作，又适用于用精密刻划工艺来制作。如果配合上述改进了的发射极图形，栅状隔离间隙的宽度同样也没有象现有传感器那样的严格要求。
图1是说明已有的数显卡尺等量具使用的容栅位移传感器的电极分布图形。
图2是说明本实用新型改进的动尺上发射极和引出极分布图形。
图3是说明本实用新型改进的定尺上接收极和接地极分布图形。
图4是说明本实用新型改进后的容栅位移传感器合成信号的相移与位移的对应关系。
由于本实用新型仅改进了原有容栅位移传感器的电极分布，这个分布并不依赖于传感器的电极尺寸和定尺、动尺的形状和总尺寸，而且没有改变传感器的工作方式和适配电子电路，因此可以完全替代原有容栅位移传感器在数显卡尺等各类测量设备中实施。
即使不改变原有容栅位移传感器定尺的图形，本实用新型改进了的动尺图形也可配合原定尺在各种测量设备中实施。
本实用新型提供的容栅位移传感器制成圆形封闭状可用作角位移测量予以实施。
如果采用精密刻划技术在制作小节距容栅没有困难时，本实用新型可作为提高测量分辨率的方案予以实施。例如用原有的适配电子电路，把容栅位移传感器的节距P设计为1.016mm，即发射极节距和接收极节距都为0.508mm，则可实现分辨率为0.001mm的高精度测量。
权利要求1.一种用于测量位移的容栅位移传感器，其特征在于有两个平行安装并可相对位移的电极组构成一个电容系统，其中一个电极组沿位移方向分布有若干个等节距P/2的接收极，接收极间用同样节距的接地极隔开，各接地极联接在一起并接地；另一个电极组沿位移方向分布有砖墙形图形的多组发射极，每组8块，依次为C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8，每块的节距为P/2排成等高的4排，第一排为C1、C5，第二排为C2、C6，第三排为C3、C7，第四排为C4、C8，相邻排发射极的隔离间隙位置互相错开P/8，同名的发射极联接在一起，这个电极组中还分布有引出极；传感器工作时在8个发射极上分别施加相位互差π/4的同波形交变激励电压，在引出极输出合成信号。
2.根据权利要求1所述的容栅位移传感器，其特征在于接收极和接地极图形完全一致，用直栅状隔离间隙隔开，全部接地极用金属孔化孔引至背面导电层以联接在一起可靠接地。
3.根据权利要求1所述的容栅位移传感器，其特征在于把两个电极组制成封闭圆形，用于进行角位移测量。
专利摘要本实用新型提供一种改进的容栅位移传感器用以精确测量位移量。其特征在于将现有技术中发射极改成砖墙形图形使发射极节距为P/2，是原来的四倍，另外把定尺上的接收极a和接地极b制成具有相同间隔相同形状的电极。在同样测量要求和使用同样电子电路情况下，这种传感器的容栅可以做得较宽，电极间隔离间隙对测量精度的影响较小，因此容易制造，并容易替换现有容栅位移传感器在数显卡尺等测量设备中得到应用。
文档编号G01B7/02GK2072210SQ90207148
公开日1991年2月27日 申请日期1990年4月18日 优先权日1990年4月18日
发明者吴小凡 申请人:吴小凡