Емкостный датчик перемещений Советский патент 1992 года по МПК G01B7/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения перемещений.

Известен емкостный датчик перемещений, содержащий изолированные друг от друга две пары возбуждающих электродов и съемные электроды, выполненные на неподвижном диэлектрическом основании, и подвижный передающий электрод, расположенный в плоскости параллельной неподвижному диэлектрическому основанию.

Недостатком такого датчика является недостаточная точность, обусловленная погрешностью изготовления электродов.

Наиболее близким по технической сущности является емкостный датчик перемещений, содержащий установленный с возможностью перемещения электрод с

секторообрззными окнами, соосно установленное неподвижное диэлектрическое основание с размещенными на одной его поверхности двумя парами возбуждающих электродов, каждая из которых выполнена в виде двух периодических рисунков синусоидальной формы, а на противоположной стороне основания выполнены изолированные одна от другой секторообразные пластины, распределенные по окружности основания и размещенные между съемными электропроводными кольцами.

Недостатком такого датчика является наличие периодических погрешностей преобразования из-за неточности изготовления электродов.

Целью изобретения является повышение точности емкостного датчика перемеvj х| 00 СЛ О СЛ

щений за счетуменьшения погрешности изготовления периодических рисунков электродов.

Поставленная цель достигается тем, что в известном емкостном датчике перемещений, содержащем неподвижное диэлектрическое основание, размещенные на его поверхности два съемных электрода и две пары возбуждающих электродов, каждая из которых выполнена в виде разделенных синусоидальным диэлектрическим зазором периодических рисунков и сдвинута в пространстве относительно другой пары на 90 электрических градусов, и установленный в параллельной плоскости с возможностью относительного перемещения передающий электрод, съемные электроды выполнены аналогично возбуждающим в виде разделенных синусоидальным диэлектрическим зазором периодических рисунков с тем же периодом, электроды разделены на электрически соединенные участки одинаковой длины, равной одному периоду рисунка, и взаимно чередуются по длине диэлектрического основания, а передающий электрод выполнен в виде взаимно изолированных площадок, длина каждой из которых равна или кратна периоду рисунка возбуждающих и съемных электродов.

Отличие датчика от известных заключается в том, что съемные электроды этого датчика выполнены аналогично возбуждающим в виде разделенных синусоидальным диэлектрическим зазором периодических рисунков, эти электроды раделены на электрически соединенные участки одинаковой длины, которые равны одному периоду рисунка и взаимно чередуются по длине диэлектрического основания, а передающий электрод выполнен в виде взаимно изолированных площадок, длина каждой из которых равна или кратна периоду рисунка возбуждающих и съемных электродов.

Выполнение возбуждающих и съемных электродов на одном основании при помощи одного фотооригинала снижает погрешности при изготовлении электродов.

На фиг. 1 показана конструкция емкостного датчика перемещений и его подключение к измерительному блоку и источнику питания; на фиг. 2 - возбуждающие электроды датчика; на фиг. 3 - съемные электроды датчика; на фиг. 4 - передающие эле ктроды датчика; на фиг. 5 - второй вариант исполнения датчика.

Емкостный датчик перемещений содержит неподвижное диэлектрическое основание 1, на одной поверхности которого размещены две пары возбуждающих электродов 2, 3 и 4, 5, а на другой - две пары

съемных электродов 6, 7 и 8, 9. Каждая пара возбуждающих электродов 2, 3 и 4, 5 выполнена аналогично съемным в виде разделенных синусоидальным диэлектрическим

зазором периодических рисунков и сдвинута в пространстве относительно другой пары на 90 электрических градусов. Эти электроды разделены на участки одинаковой длины, которые равны или кратны пери0 оду рисунка. Участки возбуждающих электродов 2,3 и 4, 5 электрически соединены между собой посредством соединительных проводников 10 (см. фиг. 2), а участки съемных 6, 7 и 8, 9 электродов электрически

5 соединены между собой посредством соединительных проводников 11 (см. фиг. 3).

В плоскости параллельной плоскости неподвижного диэлектрического основания 1 с возможностью относительного переме0 щения расположенен передающий электрод 12, выполненный в виде изолированных площадок, длина каждой из которых равна или кратна периоду рисунка возбуждающих и съемных электродов (см. фиг. 4).

5На фиг. 5 показан второй вариант исполнения емкостного датчика перемещений, при котором участки возбуждающих 2, 3 и 4, 5 и съемных 6, 7 и 8. 9 электродов выполнены на одной стороне неподвижного

0 диэлектрического основания 1 и чередуются между собой. Электрическое соединение участков съемных электродов 6, 7 и 8, 9 осуществляют через металлизированные отверстия посредством соединительных

5 проводников 11, расположенных на другой стороне основания 1,

В процессе измерений к возбуждающим электродам 2,3 и 4,5 подключают квад- ратурный генератор 13, а съемные

0 электроды 6, 7 и 8, 9 через фазовращатели 14-17, сдвигающие фазу сигналов соответственно на 0°, 180°, 90°, 270° и сумматор 18. соединяют с фазовым детектором 19.

Емкостный датчик перемещений рабо5 тает следующим образом.

Генератор 13 возбуждает квадратурными сигналами 0°, 180°, 90° 270° соответственно возбуждающие электроды 2-5. На изолированных площадках передающего

0 электрода 12. перекрывающих возбуждающие электроды 2-5 изведутся суммарные сигналы, амплитуда и фаза которых на всех площадках передающего электрода 12 одинакова.

5 Сигналы с передающего электрода 12 наводят на съемные электроды 6-9 сигналы, фазы которых одинаковы, а амплитуды зависят от площади, перекрываемой передающим электродом 12 и каждым из электродов 6-9.

Сигналы со сьемных электродов 6-9, проходя соответственно через фазовращатели 14 (фаза 0°) 15 (фаза 180°) 16 (фаза 90°) и 17 (фаза 270°) и сумматор 18, дают суммарный сигнал.

Таким образом, с выхода сумматора 18 будем иметь сигнал, фаза которого изменяется линейно от 0 до 360° дважды-при перемещении площадок передающего электрода 12 на один период относительно возбуждающих электродов 2-5.

Формула изобретения

Емкостный датчик перемещений, содержащий неподвижное диэлектрическое основание, размещенные на его поверхно- сти два съемных электрода и две пары возбуждающих электродов, каждая из которых выполнена в виде разделенных синусоидальным диэлектрическим зазором периодических рисунков, а одна из них сдвинута

в пространстве относительно другой napi на 90 эл. град, и установленный в параллель ной плоскости с возможностью относитель но перемещения передающий электрод отличающийся тем, что, с целы) повышения точности за счет уменьшения погрешности изготовления периодически рисунков электродов, сьемные электроды выполнены аналогично возбуждающим а виде разделенных синусоидальным диэлектрическим зазором периодических рисунков с тем же периодом, электроды разделены на электрически соединенные участки одинаковой длины, равной одному периоду рисунка, и взаимно чередуются по длине диэлектрического основания, а передающий электрод выполнен в виде изолированных площадок, длина каждой из которых равна или кратна периоду рисунка возбуждающих и сьемных электродов.

Изобретение относится к измерительной технике и имеет целью повышение точности емкостного датчика перемещений за счет уменьшения погрешности изготовления периодических рисунков его возбуждающих и съемных электродов, которые выполнены в виде участков одинаковой длины, равной одному периоду синусоидального рисунка. Участки съемных и возбуждающих электродов взаимно чередуются по длине диэлектрического основания. Передающий электрод, установленный в параллельной плоскости с возможностью перемещения относительно основания, выполнен в виде изолированных площадок, длина каждой из которых равна или кратна периоду возбуждающих и съемных электродов. При возбуждении датчика от генератора квадратурных напряжений происходит изменение фаз сигналов, наводимых на парах его съемных электродов и подаваемых через фазовращатели на входы сумматора. Выходной сигнал сумматора имеет фазу, изменяющуюся в зависимости от положения передающего электрода датчика. 5 ил.

Фиг. г

Фиг. 2

Фиг. J

Передающий электрод 12

/

фиг. 5