專(zhuān)利名稱(chēng)：差分電容式長(zhǎng)度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及測(cè)量位移、深度等應(yīng)用的長(zhǎng)度傳感器領(lǐng)域，特別涉及一種采用差分電容技術(shù)的精度高于0. 1 μ m的長(zhǎng)度傳感器。
背景技術(shù)：
目前，現(xiàn)階段精度高于0. Ιμπι的長(zhǎng)度傳感器主要采用光柵莫爾條紋技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 它的實(shí)現(xiàn)方法主要分以下三步第一步在一塊玻璃上等節(jié)距刻線(xiàn)，做成定光柵，這是傳感器的核心部件。定光柵節(jié)距越小，精度越高。節(jié)距精度緊密關(guān)系著傳感器的精度，為保證精度，目前定光柵刻線(xiàn)主要采用激光刻線(xiàn)，且在無(wú)塵、無(wú)振動(dòng)的環(huán)境下完成。國(guó)外精度高于0. Ιμπι的光柵長(zhǎng)度傳感器都是在專(zhuān)用地下室完成定光柵的激光刻線(xiàn)。其成本高、效率低等問(wèn)題顯而易見(jiàn)，激光刻線(xiàn)工作也非常耗時(shí)。第二步在另一個(gè)部件上裝有光發(fā)射器和光接收器，通常稱(chēng)之為動(dòng)光柵。第三步當(dāng)定光柵和動(dòng)光柵保持某一距離且產(chǎn)生相對(duì)移動(dòng)時(shí)，動(dòng)光柵的光接收器就會(huì)收到移動(dòng)的干涉莫爾條紋。然后把莫爾條紋通過(guò)光電元件轉(zhuǎn)化為正弦波，再將正弦波整形轉(zhuǎn)化，最后輸出脈沖方波。這樣，動(dòng)光柵和定光柵的相對(duì)位移=脈沖個(gè)數(shù)X莫爾條紋的柵距。由此可見(jiàn)，現(xiàn)階段技術(shù)的主要缺點(diǎn)是制作成本高、制作環(huán)境苛刻、電路復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明通過(guò)采用了差分電容技術(shù)并結(jié)合彈性探針與電容定極板直接進(jìn)行電器連接的方法，以及PCB直接安裝在電容極板座上的方法，實(shí)現(xiàn)了一種采用差分電容技術(shù)的精度高于0. 1 μ m的長(zhǎng)度傳感器。從而能以較低的生產(chǎn)成本獲得較高的精度性能。本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下差分電容式長(zhǎng)度傳感器，包括電容定極板、電容動(dòng)極板、電容極板座、測(cè)量桿、彈簧
直ο所述電容定極板為兩個(gè)由橡皮圈隔開(kāi)的圓柱筒；所述電容定極板兩端分別通過(guò)橡皮圈連接一電容極板座；所述電容定極板的圓柱筒內(nèi)設(shè)有一電容動(dòng)極板，該電容動(dòng)極板為一外半徑略小于電容定極板內(nèi)半徑，且可以在電容定極板的圓柱筒內(nèi)水平移動(dòng)的圓柱筒； 所述電容動(dòng)極板與一測(cè)量桿相連；所述電容極板座外設(shè)有一用來(lái)控制測(cè)量桿水平移動(dòng)的彈
簧裝置。上述方案中，所述兩個(gè)電容定極板之間的橡皮圈厚度為0. 5mm到2. Omm。上述方案中，所述電容動(dòng)極板與測(cè)量桿通過(guò)絕緣體相連。上述方案中，所述測(cè)量桿穿過(guò)彈簧裝置。由于本發(fā)明不再采用目前使用的光柵莫爾條紋技術(shù)，不再需要激光刻線(xiàn)和莫爾條紋的處理整形，因此生產(chǎn)加工成本大大降低，后端處理電路也相對(duì)簡(jiǎn)單。適當(dāng)設(shè)計(jì)圓柱筒電容定極板和電容動(dòng)極板的半徑大小以及圓柱筒電容極板的長(zhǎng)度，可以將精度進(jìn)一步提高到0. 001 μ m。由于圓柱筒電容極板為金屬材料，極板間襯物為無(wú)機(jī)材料空氣；因此可以在高溫、 低溫、強(qiáng)磁場(chǎng)、強(qiáng)輻射下長(zhǎng)期工作，測(cè)量穩(wěn)定性大大改善，尤其是解決了高溫高壓環(huán)境下的檢測(cè)難題。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。如圖1所示，本發(fā)明所述的差分電容式長(zhǎng)度傳感器，包括電容定極板1、電容動(dòng)極板2、電容極板座3、測(cè)量桿4、彈簧裝置5。其中，電容定極板1為兩個(gè)由厚度為0. 5mm到2. Omm的橡皮圈6隔開(kāi)的圓柱筒，該電容定極板1兩端分別通過(guò)橡皮圈7連接一電容極板座3 ；電容定極板1的圓柱筒內(nèi)設(shè)有一電容動(dòng)極板2，該電容動(dòng)極板2為一外半徑略小于電容定極板內(nèi)半徑，且可以在電容定極板1的圓柱筒內(nèi)水平移動(dòng)的圓柱筒；電容動(dòng)極板2與一測(cè)量桿4通過(guò)絕緣體相連；電容極板座3外設(shè)有一用來(lái)控制測(cè)量桿4水平移動(dòng)的彈簧裝置5，測(cè)量桿4穿過(guò)該彈簧裝置5。本發(fā)明所述的長(zhǎng)度傳感器的工作原理如下假設(shè)本例中，電容定極板的圓柱筒內(nèi)半徑為R，長(zhǎng)度為1，電容動(dòng)極板的圓柱筒外半徑為r，長(zhǎng)度為1。當(dāng)測(cè)量桿不受力時(shí)，測(cè)量桿在彈簧系統(tǒng)作用下使電容動(dòng)極板靠在最右側(cè)。此時(shí)，由一塊共用的電容動(dòng)極板、兩塊電容定極板組成的兩個(gè)電容器的電容差稱(chēng)之為初始電容Q。在外推力作用下，測(cè)量桿右移，假設(shè)右移某一個(gè)X值。此時(shí)，由共用的一塊電容動(dòng)極板、兩塊電容定極板組成的兩個(gè)電容器的電容差稱(chēng)之為測(cè)量電容Q。則可推理出C0-C1 = 431 ε x/ln(R/r)由此可見(jiàn)，電容差的變化量(Ctl-C1)與位移量(χ)成正比，他們是一線(xiàn)性關(guān)系。又因?yàn)镼、C1都是差分電容值，這進(jìn)一步增加了傳感器的抗干擾能力，同時(shí)也進(jìn)一步消除了溫度、濕度對(duì)傳感器精度的影響。另外，本發(fā)明的電器連接如下兩個(gè)電容定極板與裝在電容極板座上焊有彈性探針的印刷電路板 (PrintedCircuit Board，以下簡(jiǎn)稱(chēng)PCB)的彈性探針直接進(jìn)行彈性接觸電器連接，這樣進(jìn)一步減少引線(xiàn)寄生電容對(duì)傳感器的精度影響。焊在電容動(dòng)極板上的引線(xiàn)和焊在測(cè)量桿上的引線(xiàn)也直接與PCB焊接連接。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)中描述的只是說(shuō)明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)及其等效物界定。
權(quán)利要求
1.差分電容式長(zhǎng)度傳感器，包括電容定極板、電容動(dòng)極板、電容極板座、測(cè)量桿、彈簧裝置；其特征在于，所述電容定極板為兩個(gè)由橡皮圈隔開(kāi)的圓柱筒；所述電容定極板兩端分別通過(guò)橡皮圈連接一電容極板座；所述電容定極板的圓柱筒內(nèi)設(shè)有一電容動(dòng)極板，該電容動(dòng)極板為一外半徑略小于電容定極板內(nèi)半徑，且可以在電容定極板的圓柱筒內(nèi)水平移動(dòng)的圓柱筒；所述電容動(dòng)極板與一測(cè)量桿相連；所述電容極板座外設(shè)有一用來(lái)控制測(cè)量桿水平移動(dòng)的彈簧裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的差分電容式長(zhǎng)度傳感器，其特征在于，所述兩個(gè)電容定極板之間的橡皮圈厚度為0. 5mm到2. 0mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的差分電容式長(zhǎng)度傳感器，其特征在于，所述電容動(dòng)極板與測(cè)量桿通過(guò)絕緣體相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的差分電容式長(zhǎng)度傳感器，其特征在于，所述測(cè)量桿穿過(guò)彈簧裝置。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種采用差分電容技術(shù)的精度高于0.1μm的長(zhǎng)度傳感器。該裝置包括電容定極板、電容動(dòng)極板、電容極板座、測(cè)量桿、彈簧裝置。所述電容定極板為兩個(gè)由橡皮圈隔開(kāi)的圓柱筒；所述電容定極板兩端分別通過(guò)橡皮圈連接一電容極板座；所述電容定極板的圓柱筒內(nèi)設(shè)有一電容動(dòng)極板，該電容動(dòng)極板為一外半徑略小于電容定極板內(nèi)半徑，且可以在電容定極板的圓柱筒內(nèi)水平移動(dòng)的圓柱筒；所述電容動(dòng)極板與一測(cè)量桿相連；所述電容極板座外設(shè)有一用來(lái)控制測(cè)量桿水平移動(dòng)的彈簧裝置。由于本發(fā)明不再采用目前使用的光柵莫爾條紋技術(shù)，不再需要激光刻線(xiàn)和莫爾條紋的處理整形，因此生產(chǎn)加工成本大大降低，后端處理電路也相對(duì)簡(jiǎn)單。
文檔編號(hào)G01B7/02GK102359754SQ20111022738
公開(kāi)日2012年2月22日 申請(qǐng)日期2011年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月9日
發(fā)明者張華建 申請(qǐng)人:張華建