多環并聯式電容位移傳感器制造技術

本發明專利技術公開一種多環并聯式電容位移傳感器,包括有動極和定極，該定極包括有同軸且由內而外設置的單面定極軸、雙面圓環定極板、單面圓環定極板；該動極包括有對應定極設置且同軸的第一雙面圓環動極板和第二雙面圓環動極板；動極隨被測物件相對定極沿軸向移動時，能夠形成四組以上的環狀并聯電容，如此，被測量的移動件帶動動極沿軸向移動時，各組電容的兩極板間的有效覆蓋面積均產生形態相同的變化，各組差動變化量累加，在體積不變的前提下，很大程度上增大了微動時動極與定極間面積的總變化量，增大了微動時電容總變化量，從而大大提高了微距測量時的精度及靈敏度，其更能滿足微型化應用場合的需求。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及電容式位移傳感器領域技術，尤其是指一種多環并聯式電容位移傳感器。
技術介紹
隨著科學技術的不斷發展，高精度位移測量和非接觸測量的需求越來越多，電容測微技術的應用面也越來越寬。隨著電容傳感器存在的分布電容、非線性等缺點得到克服，高精度、高穩定性的電容測微產品相繼問世。高精度電容測微儀可實現的分辨率極高，且具有較好的頻響特性，因此近年來成為高精度微動平臺反饋控制的幾種主要檢測傳感器之 O目前已有的電容位移傳感器主要有如下兩大類I、差動式變極距型電容傳感器其結構原理如圖Ia和圖Ib所示，在圖Ia中，位于中央的雙面極板20為動極板，與移動件相連接，位于兩側的單面極板10和單面極板30為固定極板，與固定基座相連，單面極板10和單面極板30之間的相對位置固定不變。測量時，用于被測量瞄準的移動件帶動雙面極板20縱向移動△(!，引起各對極板間的距離的同步變化，變化后的雙面極板20與單面極板10和單面極板30的間隙分別為Cl1和d2。(如圖Ib所示)。通常，平行板電容器，電容為C= ε S/d,其中，ε為極板間介質的介電常數，S為極板面積，d為極板間的距離。設Cltl為初始極距、Ctl為電容初始值及電容傳感器的靈敏度為K，前述Cl1 =d0- Δ d, d2=d0+ Δ d, C1和C2形成差動電容，將差動電容分別接于電橋的相鄰兩臂，電容變化量Λ C可寫為=AC=C1-C2=ACAAC2=ZCqX Λ d/dQ，由此可得到該種電容傳感器的靈敏度 K 為 K= Λ C/ Λ d=2 ε S/d。2。2、差動式變面積型電容傳感器，其中，變面積型電容傳感器有角位移型和線位移型兩種。如圖2a和圖2b所示，其顯示了平面線位移型典型結構，該動極板50用于與移動件相連接，定極板40與固定基座相連，其相對于固定基座的相對位置不變，測量時，被測量的移動件帶動動極板50沿水平方向移動，引起兩極板間有效覆蓋面積的同步改變，從而得到電容的改變，電容變化量Λ C可寫為Λ C=C1-C0= ε b0 Δ L/d0,其中，b0為極板有效覆蓋寬度,Δ L為動極板的移動距離，d0為極距。K= Δ C/ Δ L= ε b0/d0o如圖3a和圖3b所示，其顯示了角位移型典型結構，當動極板70有一轉角時，與定極板60之間相互覆蓋的面積就發生變化，因而導致電容量變化。設其轉角為Λ a、極板半徑為r，電容變化量為Λ C= ε Δ ar2/2d0,其靈敏度為K= Λ C/ Λ a= ε r2/2dQ。從上述內容中不難看出，為了提高傳感器的靈敏度和量程，就必須增大極板的正對面積及極距，這樣在體積上就難以實現微型化，使得電容傳感器應用場合受到很大的局限。
技術實現思路
有鑒于此，本專利技術針對現有技術存在之缺失，其主要目的是提供一種多環并聯式電容位移傳感器，其有效提高了測量精度，更能滿足微動工作臺中高測量精度、高靈敏度及大量程等要求。為實現上述目的，本專利技術采用如下之技術方案一種多環并聯式電容位移傳感器，包括有相互配合的動極和定極，該定極包括有同軸且由內而外間距設置的單面定極軸、雙面圓環定極板、單面圓環定極板；該動極包括有對應定極設置且同軸的第一雙面圓環動極板和第二雙面圓環動極板，該第一雙面圓環動極板內形成有第一容置空腔，該第一雙面圓環動極板與第二雙面圓環動極板之間形成有第二容置空腔；該動極可軸向活動式嵌套于定極內，前述單面定極軸配合于第一容置空腔內并與第一雙面圓環動極板內壁面構成第一電容；前述雙面圓環定極板配合于第二容置空腔內并其內、外壁面分別與第一雙面圓環動極板的外壁面、第二雙面圓環動極板的內壁面構成 第二、三電容；前述單面圓環定極板配合于第二雙面圓環動極板外圍，并單面圓環定極板與第二雙面圓環動極板的外壁面構成第四電容。作為一種優選方案，所述第一雙面圓環動極板的內徑大于單面定極軸的外徑，該第一雙面圓環動極板與第二雙面圓環動極板的間距大于雙面圓環定極板的厚度，該單面圓環定極板的內徑大于第二雙面圓環動極板的外徑。作為一種優選方案,所述單面定極軸、雙面圓環定極板、單面圓環定極板、第一雙面圓環動極板及第二雙面圓環動極板的軸向長度相等且兩端對應齊平。作為一種優選方案，所述單面定極軸與雙面圓環定極板的間距、雙面圓環定極板與單面圓環定極板的間距、第一雙面圓環動極板與第二雙面圓環動極板的間距、第一雙面圓環動極板內的圓柱形槽的直徑均相等。作為一種優選方案,所述單面定極軸的直徑及雙面圓環定極板、單面圓環定極板、第一雙面圓環動極板、第二雙面圓環動極板的厚度均相等。作為一種優選方案，所述第二雙面圓環動極板的外圍設置屏蔽環，前述單面圓環定極板位于屏蔽環與第二雙面圓環動極板之間，并屏蔽環與第二雙面圓環動極板的間距大于單面圓環定極板的厚度。作為一種優選方案，所述單面圓環定極板的外壁面為屏蔽層。作為一種優選方案，所述動極包括有圓形基板，前述第一雙面圓環動極板、第二雙面圓環動極板及屏蔽環均自圓形基板前側一體延伸而成。作為一種優選方案,所述定極包括有圓形基板，前述單面定極軸、雙面圓環定極板、單面圓環定極板均自圓形基板后側一體延伸而成。作為一種優選方案，所述動極和定極通過外圍細螺桿定位，各細螺桿各自套有壓簧來控制動極復位。本專利技術與現有技術相比具有明顯的優點和有益效果，具體而言，由上述技術方案可知，其主要系一、通過將動極和定極均設計為包括兩個以上的同軸圓環極板，該動極和定極的各極板相互嵌套結合，能夠形成四組以上的環狀并聯電容，如此，動極隨被測物件相對定極沿軸向移動時，各組電容的兩極板間的有效覆蓋面積均產生形態相同的變化，各組差動變化量累加，在體積不變的前提下，很大程度上增大了微動時動極與定極間面積的的總變化量，增大了微動時電容總變化量，從而大大提高了微距測量時的精度及靈敏度，其更能滿足微型化應用場合的需求。二、前述定極及動極均系由圓形基板一側一體延伸出相應極板，其結構簡單、易于加工制作，降低了生產成本。三、動極和定極的外圍均設置有屏蔽層，有效減少了邊緣效應對測量精度的影響，有利于保證微距測量時較高的精度及靈敏度。為更清楚地闡述本專利技術的結構特征和功效，下面結合附圖與具體實施例來對本專利技術進行詳細說明。附圖說明圖Ia和圖Ib為已有技術中差動式變極距型電容傳感器原理示意圖； 圖2a和圖2b為已有技術中差動式變面積型電容傳感器原理示意圖(平面線位移型典型結構)；圖3a和圖3b為已有技術中差動式變面積型電容傳感器原理示意圖(角位移型典型結構)；圖4a為本專利技術之較佳實施例的結構示意圖；圖4b為本專利技術之較佳實施例中動極和定極的結構示意圖；圖4c為本專利技術之較佳實施例中動極與定極的結合位置示意圖。附圖標識說明10、單面極板20、雙面極板30、單面極板40、定極板50、動極板60、定極板70、動極板100、動極101、圓形基板102、第一雙面圓環動極板103、第二雙面圓環動極板104、屏蔽環105、第一容置空腔106、第二容置空腔200、定極201、圓形基板202、單面定極軸203、雙面圓環定極板204、單面圓環定極板205、屏蔽層301、細螺桿302、壓簧具體實施例方式請參照圖4a至圖4C所示，其顯示出了本專利技術之較佳實施例的具體結構。該多環并聯式電容位移傳感器，其包括有定極200和可軸向活動式嵌套于定極20本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種多環并聯式電容位移傳感器，包括有相互配合的動極和定極，其特征在于：該定極包括有同軸且由內而外間距設置的單面定極軸、雙面圓環定極板、單面圓環定極板；該動極包括有對應定極設置且同軸的第一雙面圓環動極板和第二雙面圓環動極板，該第一雙面圓環動極板內形成有第一容置空腔，該第一雙面圓環動極板與第二雙面圓環動極板之間形成有第二容置空腔；該動極可軸向活動式嵌套于定極內，前述單面定極軸配合于第一容置空腔內并與第一雙面圓環動極板內壁面構成第一電容；前述雙面圓環定極板配合于第二容置空腔內并其內、外壁面分別與第一雙面圓環動極板的外壁面、第二雙面圓環動極板的內壁面構成第二、三電容；前述單面圓環定極板配合于第二雙面圓環動極板外圍，并單面圓環定極板與第二雙面圓環動極板的外壁面構成第四電容。

【技術特征摘要】
1.一種多環并聯式電容位移傳感器，包括有相互配合的動極和定極，其特征在于該定極包括有同軸且由內而外間距設置的單面定極軸、雙面圓環定極板、單面圓環定極板；該動極包括有對應定極設置且同軸的第一雙面圓環動極板和第二雙面圓環動極板，該第一雙面圓環動極板內形成有第一容置空腔，該第一雙面圓環動極板與第二雙面圓環動極板之間形成有第二容置空腔；該動極可軸向活動式嵌套于定極內，前述單面定極軸配合于第一容置空腔內并與第一雙面圓環動極板內壁面構成第一電容；前述雙面圓環定極板配合于第二容置空腔內并其內、外壁面分別與第一雙面圓環動極板的外壁面、第二雙面圓環動極板的內壁面構成第二、三電容；前述單面圓環定極板配合于第二雙面圓環動極板外圍，并單面圓環定極板與第二雙面圓環動極板的外壁面構成第四電容。2.根據權利要求I所述的多環并聯式電容位移傳感器，其特征在于所述第一雙面圓環動極板的內徑大于單面定極軸的外徑，該第一雙面圓環動極板與第二雙面圓環動極板的間距大于雙面圓環定極板的厚度，該單面圓環定極板的內徑大于第二雙面圓環動極板的外徑。3.根據權利要求I所述的多環并聯式電容位移傳感器，其特征在于所述單面定極軸、雙面圓環定極板、單面圓環定極板、第一雙面圓環動極板及第二雙面圓環動極板的軸向長度相等且兩端對應齊平。4.根據權利要求I所述的多環并聯式...

【專利技術屬性】
技術研發人員：范偉，李鐘慎，馬桂旭，
申請(專利權)人：華僑大學，
類型：發明
國別省市：