CN109752030A - 一种贴片式位置检测传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种贴片式位置检测传感器，该传感器包括刻度尺和读数头，其特征在于所述的刻度尺上具有n个按顺序排列的固定电容；读数头包括一个移动极板；当移动极板随被测物体由左至右直线移动时，依次与固定电容的右固定极板及中间的空气介质构成可变电容。本发明占用极少的空间，同时既能满足平面测量，又能满足曲面测量。根据测量的正弦信号幅值检测被测物***置，能够实现高精度位置检测，大幅降低了检测成本，应用范围广。
Description
技术领域
本发明是关于一种编码技术，感应变压技术，特别是有关于一种位置检测技术。
背景技术
位置检测技术通常用于运动控制***中。作为检测位置变化的传感器和测量装置，广泛应用在军事以及航天、航空、航海、工业、农业等领域，发挥着无可替代的作用。
位置检测方法分为增量式和绝对式两种。增量式检测方式只测量位移增量，每移动一个测量单位就发出一个测量信号。优点是检测装置比较简单，任何一点都可以作为测量起始点。缺点是通过读取测量信号的计数，获取移动距离，一旦计数有误，将影响后续的测量结果。
绝对值式测量方式能够避免上述缺点，选择一个固定的零点作基准，任何一个被测点相对零点，都有一个对应的测量值。测量刻度的分辨率越高，测量结果的精度越高。由于测量刻度分辨率受加工技术的限制，影响了精度的提高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种贴片式位置检测传感器，该***结构简单，控制灵活，测量精度高且测量结果准确。
为了解决上述技术问题，本发明的贴片式位置检测传感器包括刻度尺和读数头，其特征在于所述的刻度尺上具有n个按顺序排列的固定电容；读数头包括一个移动极板；当移动极板随被测物体由左至右直线移动时，依次与各固定电容的右固定极板及中间的空气介质构成可变电容。
所述的读数头还包括一个移动绝缘体和一个移动右极板，移动极板与移动绝缘体、移动右极板共同构成移动电容。
所述的刻度尺包括公共左极板，公共绝缘体，n个按直线顺序排列的右固定极板；n个右固定极板分别与公共左极板及公共绝缘体构成n个按直线顺序排列的固定电容。
所述的刻度尺包括公共左极板，公共绝缘体，n个按曲线顺序排列的右固定极板；n个右固定极板分别与公共左极板及公共绝缘体构成n个按曲线顺序排列的固定电容。
所述的刻度尺包括长条形的支撑板，n个按直线顺序排列固定在支撑板上的左固定极板和n个按直线顺序排列绝缘体，以及n个按直线顺序排列右固定极板构成n个按直线顺序排列的固定电容。
所述的刻度尺包括长条形的支撑板，n个按曲线顺序排列固定在支撑板上的左固定极板和n个按曲线顺序排列绝缘体，以及n个按曲线顺序排列右固定极板构成n个按曲线顺序排列的固定电容。
使用时，固定电容的左极板接地，右极板接到信号处理电路的输入端，移动极板或右移动极板连接到正弦信号发生模块的输出端；移动极板或者移动电容固定在被测物体上。当被测物体移动时，由于移动极板与对应的右固定极板之间板间面积发生变化，导致相应的可变电容的容值发生变化，从而实现正弦信号的幅值调制；根据预先标定的n个输出正弦信号幅值与移动极板或者移动电容的位置关系，即可得到被测物体的位置数据。
本发明的贴片式位置传感器，能够代替传统的光学元件和刻线码盘，占用极少的空间，同时既能满足平面测量，又能满足曲面测量。根据测量的正弦信号幅值检测被测物***置，能够实现高精度位置检测，大幅降低了检测成本，应用范围广。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1是本发明的总体结构立体图。
图2是本发明实施例1的剖面图。
图3是本发明实施例2的剖面图。
图4是本发明实施例1、2的等效电路图。
图5是本发明实施例3的剖面图。
图6是本发明实施例4的剖面图。
图7是本发明实施例3、4的等效电路图。
图8是采用本发明的位置检测***结构框图。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，本发明的贴片式位置检测传感器包括刻度尺1和读数头2。
如图2所示，所述的刻度尺1包括长条形的公共左极板11和公共绝缘体12，以及n个按直线顺序排列的右固定极板13-1、13-2、……13-n；n个右固定极板13-1、13-2、……13-n分别与公共左极板11及公共绝缘体12构成n个按直线顺序排列的固定电容Cs1、Cs2、……Csn；所述的读数头2采用移动极板21；当移动极板21随被测物体由左至右直线移动时，依次与右固定极板13-1、13-2、……13-n及中间的空气介质构成可变电容Ci1、Ci2、……Cin；公共左极板11接地，右固定极板13-1、13-2、……13-n接到信号处理电路的输入端，移动极板21连接到正弦信号发生模块的输出端；等效电路如图4所示。
实施例2
如图1所示，本发明的贴片式位置检测传感器包括刻度尺1和读数头2；
如图3所示，所述的刻度尺1包括长条形的支撑板3，n个按直线顺序排列固定在支撑板3上的左固定极板11-1、11-2、……、11-n和绝缘体12-1、12-2……12-n，以及右固定极板13-1、13-2、……13-n构成的n个按直线顺序排列的固定电容Cs1、Cs2、……Csn；所述的读数头2采用移动极板21；当移动极板21随被测物体由左至右直线移动时，依次与右固定极板13-1、13-2、……13-n及中间的空气介质构成可变电容Ci1、Ci2、……Cin；左固定极板11-1、11-2、…….11-n接地，右极板13-1、13-2、……13-n接到信号处理电路的输入端，移动极板21连接到正弦信号发生模块的输出端；等效电路如图4所示。
实施例3
如图1所示，本发明的贴片式位置检测传感器包括刻度尺1和读数头2。
如图5所示，所述的刻度尺1包括公共左极板11，公共绝缘体12，n个按直线顺序排列的右固定极板13-1、13-2、……13-n；n个右固定极板13-1、13-2、……13-n分别与公共左极板11及公共绝缘体12构成n个按直线顺序排列的固定电容Cs1、Cs2、……Csn；所述的读数头2包括一个移动极板21、一个移动绝缘体22和一个移动右极板23，三者共同构成移动电容Cmove；当移动极板21随被测物体由左至右直线移动时，依次与右固定极板13-1、13-2、……13-n及中间的空气介质构成可变电容Ci1、Ci2、……Cin；公共左极板11接地，右固定极板13-1、13-2、……13-n接到信号处理电路的输入端，移动极板21连接到正弦信号发生模块的输出端,移动右极板23接地；等效电路如图7所示。
实施例4
如图1所示，本发明的贴片式位置检测传感器包括刻度尺1和读数头2；。
如图6所示，所述的刻度尺1包括长条形的支撑板3，n个按直线顺序排列固定在支撑板3上的左固定极板11-1、11-2、……、11-n和绝缘体12-1、12-2……12-n，以及右固定极板13-1、13-2、……13-n构成n个按直线顺序排列的固定电容Cs1、Cs2、……Csn；所述的读数头2包括一个移动极板21、一个移动绝缘体22和一个移动右极板23，三者共同构成移动电容Cmove；当移动极板21随被测物体由左至右直线移动时，依次与右固定极板13-1、13-2、……13-n及中间的空气介质构成可变电容Ci1、Ci2、……Cin；左固定极板11-1、11-2、…….11-n接地，右固定极板13-1、13-2、……13-n接到信号处理电路的输入端，移动极板21连接到正弦信号发生模块的输出端,移动右极板23接地；等效电路如图7所示。
本发明不限于上述实施例，n个固定电容Cs1、Cs2、……Csn还可以按圆弧曲线或者其他任意的连续曲线等顺序排列,用于测量物体沿曲线移动的位置。
如图8所示，正弦信号发生模块由串联在一起电源模块、LC振荡电路和电压跟随器构成，为现有技术结构；正弦信号发生模块产生的正弦信号加载在本发明的贴片式位置传感器上，贴片式位置传感器输出n个正弦信号，这n个正弦信号经信号处理电路中的高速A/D转换器转换为数字信号，再经FPGA模块运算处理后，即可根据n个正弦信号的幅值变化得到被测物体的位置数据。
电源模块采用的是24V直流稳压源，主要为LC振荡电路、电压跟随器提供持续、稳定的电压。
LC振荡电路，用于产生高频振荡的正弦波信号。
电压跟随器，是由三极管2N3393构成的共集电极电路，用于提高电路带负载能力。
高速A/D转换器，采用的是TI的ADS5263芯片，用于将调制后的模拟正弦信号转换为数字信号，再传输到FPGA模块。
FPGA模块，采用的是Altera的EP3C40芯片，用于对采集的数字信号进行计算，获取位置测量数据。
Claims (6)
1.一种贴片式位置检测传感器，包括刻度尺(1)和读数头(2)，其特征在于所述的刻度尺(1)上具有n个按顺序排列的固定电容(Cs1)、(Cs2)、……(Csn)；读数头(2)包括一个移动极板(21)；当移动极板(21)随被测物体由左至右直线移动时，依次与固定电容(Cs1)、(Cs2)、……(Csn)的右固定极板(13-1)、(13-2)、……(13-n)及中间的空气介质构成可变电容(Ci1)、(Ci2)、……(Cin)。
2.根据权利要求1所述的贴片式位置检测传感器，其特征在于所述的读数头(2)还包括一个移动绝缘体(22)和一个移动右极板(23)，移动极板(21)与移动绝缘体(22)、移动右极板(23)共同构成移动电容(Cmove)。
3.根据权利要求1或2所述的贴片式位置检测传感器，其特征在于所述的刻度尺(1)包括公共左极板(11)，公共绝缘体(12)，n个按直线顺序排列的右固定极板(13-1)、(13-2)、……(13-n)；n个右固定极板(13-1)、(13-2)、……(13-n)分别与公共左极板(11)及公共绝缘体(12)构成n个按直线顺序排列的固定电容(Cs1、)(Cs2)、……(Csn)。
4.根据权利要求1或2所述的贴片式位置检测传感器，其特征在于所述的刻度尺(1)包括公共左极板(11)，公共绝缘体(12)，n个按曲线顺序排列的右固定极板(13-1)、(13-2)、……(13-n)；n个右固定极板(13-1)、(13-2)、……(13-n)分别与公共左极板(11)及公共绝缘体(12)构成n个按曲线顺序排列的固定电容(Cs1)、(Cs2)、……(Csn)。
5.根据权利要求1或2所述的贴片式位置检测传感器，其特征在于所述的刻度尺(1)包括长条形的支撑板(3)，n个按直线顺序排列固定在支撑板(3)上的左固定极板(11-1)、(11-2)、……、(11-n)和n个按直线顺序排列绝缘体(12-1)、(12-2)……(12-n)，以及n个按直线顺序排列右固定极板(13-1)、(13-2)、……(13-n)构成n个按直线顺序排列的固定电容(Cs1)、(Cs2)、……(Csn)。
6.根据权利要求1或2所述的贴片式位置检测传感器，其特征在于所述的刻度尺(1)包括长条形的支撑板(3)，n个按曲线顺序排列固定在支撑板(3)上的左固定极板(11-1)、(11-2)、……、(11-n)和n个按曲线顺序排列绝缘体(12-1)、(12-2)……(12-n)，以及n个按曲线顺序排列右固定极板(13-1)、(13-2)、……(13-n)构成n个按曲线顺序排列的固定电容(Cs1、)(Cs2)、……(Csn)。
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