CN104654993A - 一种差分电容式一维位置矢量传感器 - Google Patents

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Abstract

一种差分电容式一维位置矢量传感器属于长度测量领域，该传感器包括由第一高压极板和第二高压极板组成的高压极板，指零极板，高压极板屏蔽，指零极板屏蔽和屏蔽窗口。高压极板与指零极板的相对位置固定并组成差分电容，屏蔽窗口位于高压极板与指零极板之间且与两极板平行。传感器工作过程中高压极板屏蔽，指零极板屏蔽和屏蔽窗口接地，屏蔽窗口可相对于差分电容极板运动。差分电容的输出仅对平行于差分电容极板这一维度的位置矢量变化敏感且与其呈线性关系，差分电容输出为0的位置为该传感器的零点。该传感器结构简单，具有较强的抗干扰能力，测量分辨力优于0.1μm。

Description

一种差分电容式一维位置矢量传感器
技术领域
本发明属于长度测量领域，主要涉及一种差分电容式一维位置矢量传感器。
背景技术
在长度测量领域，微米级的一维位置矢量测量***被广泛应用，但传统的差分电容式位置矢量传感器在测量过程中容易受到其它维度位置矢量变化的干扰，抗干扰能力较差。目前差分电容式的一维位置矢量传感器多采用测量电容极板之间相对位置变化的方法，来进行长度测量，但是被测目标在运动过程中常由于导轨直线度不理想，或其它环境因素干扰而无法保证仅沿着一个维度运动。传统的差分电容式一维位置矢量传感器多采用电容极板跟随被测目标运动的方法进行测量，其对除被测维度的位置矢量变化敏感外，对于其它维度的位置矢量变化也同样敏感。因此传统的差分电容式一维位置矢量传感器容易受到环境因素的干扰而引入测量误差。
发明内容
为了克服上述不足，本发明提出了一种差分电容式一维位置矢量测量传感器，使用了基于屏蔽窗口的屏蔽技术，相对于传统基于差分电容的传感器具有更强的抗干扰能力。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种差分电容式一维位置矢量传感器，包括第一高压极板、第二高压极板、指零极板以及屏蔽窗口，第一高压极板、第二高压极板与指零极板之间形成差分电容，其特征在于：第一高压极板、第二高压极板与指零极板之间设有屏蔽窗口；所述屏蔽窗口在中央设有开口；屏蔽窗口可相对于差分电容运动。
其中，第一高压极板、第二高压极板与指零极板的相对位置固定。
其中，第一高压极板、第二高压极板与指零极板周围设置有接地的屏蔽层。
其中，第一高压极板、第二高压极板与指零极板平行。
其中，所述屏蔽窗口为金属片，且接地。
其中，屏蔽窗口与第一高压极板、第二高压极板以及指零极板平行。
本发明的有益效果是，传感器结构简单，具有更强的抗干扰能力，仅对一维位置坐标敏感，位置矢量测量的分辨力优于0.1μm。
附图说明
图1为本发明的差分电容式一维位置矢量传感器的结构示意图。
图中：1、高压极板屏蔽，2、第一高压极板，3、第二高压极板，4、屏蔽窗口，5、指零极板屏蔽，6、指零极板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
一种差分电容式一维位置矢量传感器，主要包括以下组成部分：高压极板屏蔽1，第一高压极板2，第二高压极板3，屏蔽窗口4，指零极板屏蔽5，指零极板6。其中，第一高压极板2和第二高压极板3周围设有高压极板屏蔽1，并且第一高压极板2和第二高压极板3之间留有一定的间隙；指零极板6周围设有指零极板屏蔽5；第一高压极板2、第二高压极板3与指零极板6平行，第一高压极板2、第二高压极板3与指零极板6之间形成差分电容，且差分电容各极板之间相对位置固定；第一高压极板2、第二高压极板3与指零极板6之间设置有屏蔽窗口4，并且屏蔽窗口4中央设有开口。第一高压极板2与第二高压极板3的排列方向，为传感器所测量的一维矢量方向。所述屏蔽窗口4的开口的宽度或者高度至少大于第一高压极板2和第二高压极板3之间的间隙。
在传感器工作过程中，高压极板屏蔽1、指零极板屏蔽5以及屏蔽窗口4接地。屏蔽窗口4与差分电容之间可产生平移式的相对运动。当屏蔽窗口4所在位置关于第一高压极板2与第二高压极板3对称时，差分电容的容值为0，该位置即为一维位置矢量传感器的零点。当屏蔽窗口4与差分电容极板之间的相对位置偏离零点位置时，差分电容的容值与屏蔽窗口4相对于零点的变化呈线性关系，即该传感器可测量出屏蔽窗口4相对于零点的一维位置矢量。
由于该传感器仅对平行于差分电容极板这一维度的位置矢量变化敏感，而对其它维度上的位置矢量变化不敏感，因而该传感器可以提高一维位置矢量测量的抗干扰能力。
显然，本领域技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也包含这些改动和变形在内。

Claims (6)

1.一种差分电容式一维位置矢量传感器，包括第一高压极板、第二高压极板、指零极板以及屏蔽窗口，第一高压极板、第二高压极板与指零极板之间形成差分电容，其特征在于：第一高压极板、第二高压极板与指零极板之间设有屏蔽窗口；所述屏蔽窗口在中央设有开口；屏蔽窗口可相对于差分电容运动。
2.根据权利要求1所述的差分电容式一维位置矢量传感器，其特征是：第一高压极板、第二高压极板与指零极板的相对位置固定。
3.根据权利要求1所述的差分电容式一维位置矢量传感器，其特征是：第一高压极板、第二高压极板与指零极板周围设置有接地的屏蔽层。
4.根据权利要求1所述的差分电容式一维位置矢量传感器，其特征是：第一高压极板、第二高压极板与指零极板平行。
5.根据权利要求1所述的差分电容式一维位置矢量传感器，其特征是：所述屏蔽窗口为金属片，且接地。
6.根据权利要求1或2或4所述的差分电容式一维位置矢量传感器，其特征是：屏蔽窗口与第一高压极板、第二高压极板以及指零极板平行。
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Citations (6)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN86106558A (zh) * 1986-09-09 1988-03-23 王祖斌 栅形电容式位移传感器
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CN101493310A (zh) * 2009-01-21 2009-07-29 哈尔滨工业大学 具有对径双窗口极板结构的圆柱型双向电容位移传感器
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