专利名称:能提供特殊函数信号的面积传感器的制作方法
本发明属于一种传感器，特别是属于一种用于测量物体的角位移或者线位移的，同时又能提供以它们为变量的特殊函数信号的检测装置。
传感器是自动检测、自动控制系统中不可缺少的器件，其种类繁多，最常用的要算是光电传感器了，但现有的光电传感器不具备输出以位置为变量的特殊函数的功能，因而限制了它本身的应用，显然是一大缺陷。特殊函数旋转变压器能提供以位置为变量的特殊函数信号，克服了一般传感器的缺陷，但它输出的函数单一，结构复杂、精度低、制造难、成本高，严重影响了它的应用。
本发明的目的在于，提供一种结构简单、易于实施、成本低廉的，能输出以物体的位置为变量的特殊函数信号的检测装置-面积传感器。
本发明的原理是根据两个面积有限的平面体作相对运动时，其重叠面积的大小随着相对位置的变化而改变。若令其中一个平面体(A)不动，另一个平面体(B)绕着垂直于平面体的转轴转动时，重叠面积则是转角的周期函数，也就是说，重叠面积是与位置有关，是位置的单值函数。如果能将重叠面积及变化转换成电信号输出，就能获得物体的位置函数信号。完成这种转换的本发明是由发送装置、两个面积有限的平行平面体、接收装置、电子线路四部分所构成，发送装置将两个平面体的重叠面积及其变化的信号传送给接收装置，并以电信号的形式输出。
显然，重叠面积的变化规律，即位置函数信号仅取决于两个平面体的形状，能够根据设计者对输出函数信号的要求，提供平面体相应的形状是本发明的另一个重要特征。
图1是本发明的原理方框图。
图2是两个平面体的形状及相对位置的示意图。
下面将结合附图2对两个平面体的形状作详细说明。
如图2所示，A、B为两个面积有限的平行平面体，假定A不动，B绕着轴O作逆时针转动，A、B两平面体都局限在半径分别为R1和R2的园环内;它们的内边e′f′、ef皆为半径为R1的园周上的一段园弧，所张的园心角皆为T;两平面体相向的侧边g′f′和he皆为延长线通过园心O的直线;A的外边g′h′是以半径为R2的一段园弧，A的另一个侧边h′e′为曲线R(θ);B的外边hg为曲线r(θ)，其中转角θ是以侧边he和g′f′重合位置为起始点。设两平面体的重叠面积函数S(θ)是分段可微的，并与输出函数信号F(θ)有相同的变化规律，曲线R(θ)、r(θ)的函数关系分别由下面两式给出r ( θ ) =2 F ′(θ ) + R21]]>0≤θ≤T -(1)R (θ - T ) =R21- 2F ′(θ)]]>T≤θ≤2T -(2)
本发明的优点1、结构简单、制造容易、对下述三个实施例的实验表明，其精度易满足工程要求;无刷，便于维修;2、传感器的位置函数信号经过适当的电子线路(如缴分电路)可同时检测速度(或转速)和加速度(或角加速度);3、与电子技术结合，可对信号进行反相、截取、相加组合成所需要的特殊函数，所以，本发明具有较多的功能和较大的灵活性。
下面分别介绍本发明的三个实施例。
1、高频电磁耦合式面积传感器。
其原理是让具有一定磁路截面形状的频率稳定的高频等幅交变磁场与具有某一形状的线圈平面交链。据电磁感应定律，在绕组中产生的感应电势应与交链面积(两平面的重叠面积)成正比。
按前述的方法，适当地选择交变磁路的截面形状和线圈的形状，就可以在线圈获得所需的特殊函数的感应电势信号。这里需要指出的是，从线圈中获得的感应电势信号是以一等幅高频磁场为载波的调幅波。为了获得测量或模拟计算所需要的信号，应将线圈所输出的调幅波解调取出位置信号。
2、可变电容式面积传感器。
采用平板可变电容器的两个极板作为平面体，因为，平板电容器的电容值与两极板的重叠面积成正比，所以它们之间存在着一一对应的关系，如果外施一恒频恒压正弦交流电源于平板电容器的两端，则通过电容器的电流幅值Im与重叠面积也存在着一一对应的关系。这里，电容器的电流也可以认为是调幅电流波，将Ie检波后可得到与位置对应的信号电流。显然，利用公式(1)、(2)，根据已知函数F(θ)来设计电容器平板的形状，就可得到与F(θ)变化规律相对应的信号电流。
3、光电式面积传感器光电平板器在一定光强的光线照射下产生的光电流大小与感光面积成正比，所以，光电平板器件亦可用来做面积传感器。此时，可将光电平板器件，当作不动板，在一块与之平行的遮光板上开一个光孔，这个光孔相当于可动平面体，当光孔与光电平板器件有相对运动时，就可改变感光面积(即光孔与光电平板器件的重叠面积)。不言而喻，光电平板器件的感光面的形状和光孔的形状若按公式(1)、(2)来设计。就可以获得以位置为变量的光电流信号函数F(θ)。
光电式面积传感器输出的光电流信号是单方向的，不是调制波，所以它不需检波、滤波等环节，结构更简单。
权利要求
1.一种能提供特殊函数信号的面积传感器其特征在于，由一个发送装置、两个面积有限的平行平面体(A)、(B)、一个接收装置以及电子线路所构成；两个平面体绕着垂直于平面的同一转轴作相对转动；发送装置将两个平面体的重叠面积及其变化的信号传送给接收装置，并以电信号的形式输出。
2.根据权利要求
1所述的传感器，其特征在于，所述的两个平行平面体(A)、(B)都局限在半径为R1、R2的园环内，它们的内边在同一园周上，且弧长相等;平面(A)、(B)相对的两个侧边(g′f′)、(he)皆为直线，延长线都通过园心O;平面体(A)的外边为半径为R2的园弧(g′h′)，(A)的另一侧边h′e′为曲线R(θ);平面体(B)的外边为曲线r(θ);当传感器输出的信号函数F(θ)给定时，两条曲线函数分别为r ( θ ) =2 F ′(θ ) + F21]]>0≤θ≤T -(1)R (θ ) =R21- 2F ′(θ)]]>T≤θ≤2T -(2)式中F(θ)为分段可微，对θ为单值的函数;T为两平面体内边的张角;θ为转角，以两平面体相对的侧边(g′f′)、(he)重合时为起始点。
3.根据权利要求
1、2所述的传感器，其特征在于，所述的两个平面体(A)、(B)分别为高频等幅交变磁场的磁路截面和线圈所围的平面。
4.根据权利要求
1、2所述的传感器，其特征在于，所述的两个平面体(A)、(B)为可变平板电容器的两个极板。
5.根据权利要求
1、2所述的传感器，其特征在于，所述的两平面体(A)、(B)分别为遮光板的光孔和平板光电器件。
专利摘要
本发明属于一种测量物体的角位移或线位移的新式检测装置。本发明的原理是利用两个作相对运动的平面体的重叠面积的信号作为物体的位置函数信号。能够根据设计者对输出函数信号的要求，设计平面体的形状是本发明的另一个重要特征。本发明克服了现有传感器不能输出特殊位置函数信号的缺陷；与特殊函数的旋转变压器相比，又具有结构简单、精度较高、成本低廉、有较多功能和较大的灵活性等优点。
文档编号G01P3/42GK87100633SQ87100633
公开日1988年8月17日 申请日期1987年2月5日
发明者吴汉光, 林孝义 申请人:福州大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan