Емкостной преобразователь линейных перемещений Советский патент 1986 года по МПК G01B7/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для изменения малых линейных перемещении с высокой точностью, например для измерения взаимного положения сегментированных участков зеркал телескопов наземного или космического базирования.

Целью изобретения является повышение точности преобразования линейных переме- цений путем улучшения стабильности характеристики преобразования благодаря исключению влияния механических контактов между конструктивными деталями емкостного преобразователя и обеспечению его нечувствительности к изменению поверхностных свойств электродов и к их температурным изменением.

На фиг. I изображена конструкция емкостного преобразователя; на фиг. 2 - расположение емкостного преобразователя на контролируемом объекте; на фиг. 3 - упрощенная схема подключения электродов преобразователя к блокам питания и обработки сигналов.

, Емкостный преобразователь линейных перемещений содержит два относительно подвижных диэлектрических основания 1 и 2, на которых методом металлизации нанесены зеркально симметрично группы электродов. Группа электродов на каждом основании содержит два высокопотенциальных электрода, например 3 и 4 на основании 2, которые отделены двумя узкими параллельными изоляционными зазорами от размешенного между ними низкопотенциал1,ого прямоугольного электрода 5. Эти же зазоры отделяют высокопотснциальные электроды 3 к 4 от расположенных с ними компланарно двух пар 6 и 7 заземленных охранных электродов, которые отделены от низкопотен- . циального электрода 5 двумя дополнительными параллельными изоляционными зазорами, перпендикулярными первым двум зазорам. Остальные участки поверхности обоих оснований 1 и 2 выполнены с экранирующими (заземленными) металлическими покрытиями 8 и 9 соответственно. Электроды преобразователя снабжены электрическими выводами: 10-И и 12-13 для. высокопотенциальных электродов, размещенных на основаниях I и 2 соответственно, и выводами 14-15 для низкопотенциальных элек- тродов. Емкостный преобразователь крепитт ся на контролируемом объекте так, чтобы поверхности измерительных электродов 3, 4 и 5 на его диэлектрическом основании 2 и соответствующие измерительные электроды 16-18 на его основании 1 были взаимно параллельны и противолежали друг дру- fу в исходном состоянии, а соответствующие изоляционные зазоры также располагались взаимно параллельно. Источник 19 питания переменного тока подключается через трансформатор 20 с заземленным средним

отводом от pi o вт 1ричной обмотки к высо- когютенциальнмм э. юктродам 1Г) и 17 преобразователя. При этом. ни;4ког1отенциаль- ный электрод 18 и высокопотенциальные

электроды 2 и 4 заземлены, а низкоптсн- циальный электрод 5 соеди 1ен через промежуточный усилитель 21 с фазочувствит ль- ным усилителем 22, на выходе которого формируется информативный сигнал в функции относительного смещения ребер 23 и 24 объекта контроля в направлении X.

Емкостный преобразователь работает следующим образом.

При отсутствии относительного смещення оснований 1 и 2 емкостного преобразователя, устанавливаемых в процессе измерения на контролируемом объекте, емкости С i и Cj, между электродами 16-5 и 17- 5 определяются соответственно следующими математическими выражениями.

С, Сг. ,(I)

где L-длина низкопотенциальных электродов по оси X; .. Sr,-- относительная диэлектрическая проницаемость среды между электродами;

io - диэлектрическая проницаемость вакуума.,

При этом ширина bj, низкопотенциаль- ных электродов (по оси У), ширина bg высокопотенциальных электродов и расстояние d по оси Z между поверхностями электродов должны удовлетворять следующему условию:

,(2)

а ширина g изоляционных зазоров, должна быть выбрана из условия

г

10

(3)

д-в результате, при смещении по оси X одной части контролируемого объекта (ребро 23) относительно другой (ребра 24) одна из емкостей увеличивается, а другая - уменьшается, благодаря чему на выходе емкостного преобразователя формируется вы45 ходной сигнал и&ых, пропорциональный разности емкостей Ci и Ct

s,f.S..

(4)

Благодаря тому, что емкостный преобразователь, являясь сдвоенным геометрически симметричным перекрестным конденсатором (в его дифференциальном исполие- нии), обладает в соответствии с теоремой Томпсона-Лэмпарда свойством независимос- ти каждой из перекрестных емкостей от формы и размеров поперечного сечения конденсатора, достигается повышение точности преобразования перемещения по одной

координатной оси при независимости результатов измерения от перемещений по другим координатным осям.

Ч Формула изобретения

Емкостный преобразователь линейных перемещений, содержащий два относительно подвижных основания, на обращенных одна к другой поверхностях которых размещены зеркально симметрично группы электродов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования, груп

па электродов на каждом основании содержит два высокопотенциальных электрода,- отделенных двумя параллельными изоляционными зазорами от размещенных между ними иизкопотенциального прямоугольного электрода н пар расположенных компланарно с ними заземленных охранных электродов, иизкопотенциальный электрод отделен от охранных электродов дополнительными параллельными изоляционными зазорами, а Остальные участки поверхности оснований выполнены с экранирующими металлическими покрытиями.

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить точность преобразования малых линейных перемещений при использовании емкостного преобразователя, представляющего собой сдвоенный геометрически симметричный перекрестный конденсатор. Емкостный преобразователь содержит две группы электродов, закрепленных на относительно подвижных основаниях. Каждая группа включает в себя два высокопотенциальных электрода, отделенных двумя параллельными изоляционными зазорами от размещенных между ними низкопотенциального прямоугольного электрода и пар расположенных компланарно с ними заземленных охранных электродов, причем низкопотенциальный электрод отделен от охранных электродов дополнительными параллельными изоляционными зазорами, перпендикулярными первым двум зазорам. Остальные участки поверхности оснований выполнены с экранирующими металлическими покрытиями. При смещении одного диэлектрического основания с электродами относительно другого на выходе преобразователя формируется сигнал, пропорциональный разности емкостей между высокопотенциальными электродами, размещенными на одном основании, и низкопотенциальным электродом, размещенным на другом основании. 3 ил. (Л o СП о 00 со О5 Фиг. 1

ffij I

QnL.J

Фиг.З

Составитель С- Скрипник

Редактор Т. ПарфеноваТехред И. ВерееКорректор М. Максимишннец

Заказ 4398/34Тираж 670Подпясное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

АО делам 11зобретений и ./открытий

II303S, Москва. , Раушск«я ивб., д. 4/5

Филиал ППП сПатеет, г. Ужгород, ул. Проектная, 4