CN85100991B - 电容式位置传感器 - Google Patents
电容式位置传感器Info
- Publication number
- CN85100991B CN85100991B CN198585100991A CN85100991A CN85100991B CN 85100991 B CN85100991 B CN 85100991B CN 198585100991 A CN198585100991 A CN 198585100991A CN 85100991 A CN85100991 A CN 85100991A CN 85100991 B CN85100991 B CN 85100991B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- mentioned
- electrode
- resistance
- sender
- sensor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
- G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
- G01D5/24—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying capacitance
- G01D5/241—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying capacitance by relative movement of capacitor electrodes
- G01D5/2412—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying capacitance by relative movement of capacitor electrodes by varying overlap
- G01D5/2415—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying capacitance by relative movement of capacitor electrodes by varying overlap adapted for encoders
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Abstract
用于位置检测或在记录仪表内作为位置反馈的电容式位置传感器的结构是一边由许多互相绝缘的矩形接收电极排成一行,另一边是一块菱形的发送电极,通过接收电极的高频电流整流后从对应的接点流过串联电阻,在串联电阻的两端产生输出电压。改变电阻的阻值可以改变输出电压的线性。按这样的方法把许多电极连在一起很容易得到高的输出精度。作为随动***工作时,电容式位置传感器还可以提供直线电机需要的换向信号。
Description
本发明是属于用于记录仪表内作为位置反馈或其他长行程位置检测输出模拟信号的变面积式电容位置传感器。
已知的变面积电容式位置传感器是由一对差动电容器构成,电极形状精确度要求很高,同时相对运动的电极间的距离变化对输出精度也有很大影响,虽然由于做成差动电容器而得到一定补偿,但仍然不容易把输出精度提高。精度不易提高的原因是差动电容器只有一对,无法把多个差动电容器衔接起来得到连续的输出信号。此外,这类传感器都是线性输出,改变输出的线性度是很不方便的,不能满足非线性反馈的需要,例如在热电偶测量的记录仪表上。
已知的多电极电容式位置传感器有美国专利号为US-A-4303919的传感器,为了解决多元测量,综合输出信号的方法是每个传感元件的输出经二极管整流独立地放大再求和。日本专利申请号为JP-A-昭53-112769的多电极电容式位置传感器划分电极是为了得到非线性输出等效于改变发送电极的形状,由于杂散电容的问题,非线性的精确度不易获得,也难丁得到高精度输出。
本发明的任务是在不提高制造精度的基础上把位置传感器的输出精度提高一小等级。同时可以用简单的方法改变输出的线性度,其目的是,例如用在热电偶测量的记录仪表上作位置反馈,在非线性输出的情况下保持刻度尺和记录纸为等分刻度。
其任务是这样解决的:把一定长度的接收电极划分为许多小块,排成一行,互相绝缘,形成许多小块的接收电极。发送电极是比较短的,发送电极与接收电极之间保持一定间隙,每块接收电极顺次经整流二极管接到串联电阻的对应接点上,串联电阻的起点接参考点,终点是电压输出端。在发送电极上加上高频电压,就会有高频电流流过发送电极与接收电极。高频电流被整流成直流电流流过串联电阻至参考点,该电流在电阻上产生一定的电压降,在终点输出。直流电流的总电流是恒定值,所以当发送电极移动时,不是改变直流电流的总电流,而是改变几个接点流过的电流比例,其比例是依据接收电极与发送电极的电耦合面积的大小而定。于是,发送电极的移动就等效于改变了总电流流过的电阻阻值的大小,输出电压就随着发送电极的移动作连续变化。
附图简要说明:
图1本发明的一种实施方案
图2高频电压向发送电极传送的示意图
图3本发明的另一种实施方案
图4菱形发送电极的边的修正实例
本发明的最佳实施方案:
一种实施方案如图1所示为单纯的位置传感器,接收电极是大小相同的矩形,互相绝缘,并尽可能互相靠近地并排成一行。与发送电极有电耦合的接收电极产生的高频电流经反向整流二极管整流后经R。入参考点,其余接收电极都不通过电流,串联电阻上的全部电压降就是输出Uout。作为电流自稳定***的反馈电压Ur是来自所有正向整流二极管的全部电流经电阻Rr产生的。电阻的个数与接收电极数相等,电阻R0是为了使起始端的输出电压成为规范值。所有的电阻与整流二极管的接点都接有滤波电容器。
为了使流过串联电阻的总电流是恒定值,不受各种影响而变化,例如由于发送电极与接收电极之间的距离不能保持恒定值;高频振荡器的电子元件参数发生变化;温度、湿度引起的变化等。需有一个电流自动稳定***,它的反馈是由接收电极的高频电流的半波整流电流经滤波而形成的。它的控制对象是高频振荡器的输出电压的振幅。
串联电阻的阻值决定输出的线性。当串联电阻是由相等阻值的电阻构成时,输出电压与输出位置之间有线性关系;当串联电阻是由不相等的阻值的电阻构成时,输出电压和输入位置之间是非线性关系。故可以通过改变电阻阻值的方法得到各种非线性关系。
改变线性度的串联电阻用插件的结构形式安装在位置传感器上,在同一种基本结构的位置传感器上仅仅通过更换插件就可以得到不同的线性度。
发送电极是以菱形为基础的,它的沿运动方向上的对角线长度约为被一个电阻所跨接的接收电极的中心距的偶数倍数。
发送电极采用菱形的优点是当串接电阻为不同阻值时,非线性的输出曲线是斜率逐渐变化的连续曲线,而不是折线组成的。虽然串联的电阻个数并不多,但输出曲线可以相当好地逼近理论值。
在0<X<b(图1)的范围内,输出电压Uout与位移X之间的关系是
I是通过R0的电流,是恒定值。当R1=R2=R3……时,(1)式成为:
Uout和X是线性关系。当R1≠R2≠R3……时,
Uout与X之间是非线性关系,而Uout对X的微商是线性关系:
当发送电极向下一个接收电极过渡时,在b<X<2b范围内(1)式中应以R1+R0代替R0,以R2代替R1,R3代替R2,以此类推。
菱形发送电极沿运动方向对角线的尖端是经过修正的,略为加大、加长。这样当发送电极的端部从一个接收电极过渡到另一个接收电极时,可以把接缝和整流二极管延迟导通的影响减小到最低限度。
如图2所示,为了使运动部分与固定部分既无电的触点又无连接导线,向运动部分上的发送电极传送高频电压是通过支承轴与在轴上的绝缘轴套内壁的导电层构成的电容实现的。把高频电压直接加在支承轴(2)上经运动部分上的轴套(1)内壁上的金属层所形成的电容作无接触传送。
另一种实施方案如图3所示是一个兼作电机换向器的电容式位置传感器。
在一个随动***内与电容式位置传感器一起构成一个***的直流电机所需的换向信号可以由位置传感器来提供,而不需要有一个专用的换向器。此时传感器的接收电极的中心距要由电机的换向要求来决定。为了使传感器承担起与位置检测无关的换向任务,接收电极的整流二极管分正向与负向两组,如负向整流电流送给串联电阻作位置检测之用,则正向整流电流就根据需要汇集到四根线上形成电机需要的US……UD四个换向电压。正向整流电流的总电流流经Rr产生Ur作为电流自稳定***的反馈电压,US是该***的给定电压,当Ur不等于Us时运算放大器的输出将改变高频振荡器的振幅,从而使电阻R0通过的电流成为恒定值。例如用于记录仪表。行程是180毫米,接收电极的个数是28,这个数目是根据电机换向的需要而定的。串联电阻的个数是14。接收电极的负向整流电流每两路汇集到串联电阻的一个接点上。作为位置反馈时,线性误差<0.1%。
如图4所示,当由于某种需要接收电极的个数是串联的电阻的接点数的倍数时,发生了相邻接收电极之间有的跨接电阻有的不跨接电阻的不同情况,发送电极在接收电极间的过渡情况复杂起来。此时要把发送电极的菱形的两个边或四个边加上由三段折线组成的修正区,修正区的中心位置在运动方向上与发送电极的中心线的距离等于相邻接收电极的中心距。这些修正都是为了克服某些影响精度的因素,所以,发送电极仍被视为菱形。
电容式位置传感器的接收电极排列在扇形面上或圆柱面上,发送电极相应地装在与接收电极同轴转动的运动部分上与接收电极保持一个间隙。发送电极与接收电极的形状改变只需要归结到从笛卡尔坐标转换为极坐标或柱面坐标。
本发明的优点在于,由于把长的接收电极分成了短的接收电极,每两个相邻的接收电极仍起着差动电容器的作用,虽然每一对差动电容器的精度都是不高的,但总的输出精度是很高的,故可以做到以低的制造精度得到高的输出精度。此外它和一般的模拟式位置传感器不同,它的绝对误差不随长度也就是说块数的增加而增加,长度愈长、划分的块数愈多,精度也愈高。
Claims (11)
1.一种用于记录仪表内或其他长行程位置检测输出模拟信号变面积式电容位置传感器,它包括:
多个共面的彼此紧靠并绝缘的接收电极;
一个与上述接收电极平行地靠近放置的发送电极,该发送电极与上述接收电极作相对运动,并有高频电压加在该发送电极上;
一个输出电路,用于接收和整流来自上述接收电极的高频电流信号,并输出反映上述发送电极相对于上述接收电极位置的电压信号;
本发明的特征在于上述输出电路包括:
多个彼此串联的电阻,其一端接参考点,另一端为电压输出端(Uout);
多对按导通方向串联的整流二极管,各二极管对的中点依次接在上述接收电极上,各二极管对的同一极性端接在对应的串联电阻接点上,各二极管对的另一极性端通过电阻网络接参考点,以构成对参考点的电流通路。
2.如权利要求1所述的传感器,其特征在于各接收电极为相等的矩形。
3.如权利要求1所述的传感器,其特征在于发送电极为菱形。
4.如权利要求3所述的传感器,其特征在于上述菱形发送电极在运动方向上的对角线长度约等于被上述串联电阻所跨接的上述接收电极的中心距的偶数倍数。
5.如权利要求4所述的传感器,其特征在于对上述菱形发送电极沿运动方向上的两端部加以修正,使其略为加大、加长,以此使输出电压曲线平滑。
6.如权利要求5所述的传感器,其特征在于当上述接收电极的个数等于上述串联电阻接点数的整数倍数时,在上述菱形发送电极的边上确定以折线或曲线构成的修正区,使修正区内的边的斜率发生变化,该修正区的中心位置与上述发送电极的中心线沿运动方向的距离等于相邻接收电极的中心距,以此使输出电压曲线平滑。
7.如权利要求1所述的传感器,其特征在于其中还包括一个电流自稳定***,该***的电流反馈信号由上述电阻网络提供,该***的输出控制向上述发送电极提供的高频电压的振幅,使通过上述串联电阻的总电流成为恒定值。
8.如权利要求1所述的传感器,其特征在于向上述运动的发送电极无接触地传送高频电压,该高频电压被加到一根长支承轴上,通过轴与轴套内壁上的金属层构成的电容器送至上述发送电极。
9.如权利要求1所述的传感器,其特征在于通过改变上述各串联电阻的阻值得到各种上述输出电压信号(Uout)与上述发送电极与接收电极的相对位置之间的关系曲线。
10.如权利要求1所述的传感器,其特征在于上述电阻网络提供与本电容式位置传感器固定在一起的无刷直线电机所需的换向信号。
11.如权利要求1或2或3所述的传感器,其特征在于上述接收电极排在扇形面或圆柱面上,上述接收电极与上述发送电极相应地按原来形状从笛卡尔坐标变换为极坐标或柱面坐标。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN198585100991A CN85100991B (zh) | 1985-04-01 | 1985-04-01 | 电容式位置传感器 |
EP86104304A EP0197462A1 (en) | 1985-04-01 | 1986-03-27 | Capacitive position transducer |
JP61070644A JPS62808A (ja) | 1985-04-01 | 1986-03-28 | 容量性位置変換器 |
US06/846,604 US4737699A (en) | 1985-04-01 | 1986-03-31 | Capacitive position transducer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN198585100991A CN85100991B (zh) | 1985-04-01 | 1985-04-01 | 电容式位置传感器 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN85100991A CN85100991A (zh) | 1986-09-03 |
CN85100991B true CN85100991B (zh) | 1987-06-10 |
Family
ID=4791567
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN198585100991A Expired CN85100991B (zh) | 1985-04-01 | 1985-04-01 | 电容式位置传感器 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4737699A (zh) |
EP (1) | EP0197462A1 (zh) |
JP (1) | JPS62808A (zh) |
CN (1) | CN85100991B (zh) |
Families Citing this family (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4959615A (en) | 1988-05-31 | 1990-09-25 | Micro Encoder, Inc. | Electrode structure for capacitance-type measurement transducers |
USRE34741E (en) * | 1986-04-04 | 1994-09-27 | Mitutoyo Corporation | Electrode structure for capacitance-type measurement transducers |
US4958115A (en) * | 1988-11-28 | 1990-09-18 | At&T Bell Laboratories | Capacitively commutated brushless DC servomotors |
DE4447295A1 (de) * | 1994-11-10 | 1996-05-15 | Siedle Horst Kg | Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung einer jeweiligen örtlichen Position eines Körpers durch kapazitive Abtastung |
CN100543573C (zh) * | 2005-09-23 | 2009-09-23 | 鸿富锦精密工业(深圳)有限公司 | 位置辨别机构和应用其的镜头 |
DE102009019172A1 (de) * | 2009-04-28 | 2010-11-04 | Hengstler Gmbh | Kapazitiver Drehsensor |
CN105157732A (zh) * | 2015-07-14 | 2015-12-16 | 程有信 | 一种多联多扇差动电容传感器***装置 |
CN110100227B (zh) * | 2016-12-20 | 2022-05-17 | 3M创新有限公司 | 网格电极 |
EP3608624B1 (de) * | 2018-08-06 | 2022-06-29 | Hexagon Technology Center GmbH | Kapazitiver distanzsensor |
CN112285519B (zh) * | 2020-10-26 | 2022-06-24 | 中国科学院上海微***与信息技术研究所 | 一种二极管选通阵列中串联电阻及理想因子的测量方法 |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5412824B2 (zh) * | 1972-04-20 | 1979-05-25 | ||
US3760392A (en) * | 1972-05-15 | 1973-09-18 | Allis Chalmers | Capacitive position sensor |
US3938113A (en) * | 1974-06-17 | 1976-02-10 | International Business Machines Corporation | Differential capacitive position encoder |
JPS53112769A (en) * | 1977-03-14 | 1978-10-02 | Hitachi Ltd | Electrostatic capacity type displacement converter |
CH651136A5 (de) * | 1980-11-21 | 1985-08-30 | Hans Ulrich Meyer | Kapazitives laengen- und winkelmessverfahren. |
US4386312A (en) * | 1981-04-24 | 1983-05-31 | Setra Systems, Inc. | Linear capacitive sensor system |
-
1985
- 1985-04-01 CN CN198585100991A patent/CN85100991B/zh not_active Expired
-
1986
- 1986-03-27 EP EP86104304A patent/EP0197462A1/en not_active Withdrawn
- 1986-03-28 JP JP61070644A patent/JPS62808A/ja active Pending
- 1986-03-31 US US06/846,604 patent/US4737699A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS62808A (ja) | 1987-01-06 |
EP0197462A1 (en) | 1986-10-15 |
CN85100991A (zh) | 1986-09-03 |
US4737699A (en) | 1988-04-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0398901B1 (en) | Interface circuit for linear variable differential transformer | |
US3221256A (en) | Electrostatic position transducer | |
EP0670990B1 (en) | MONOLITHIC INTEGRATED CIRCUIT USED IN A VARIABLE LINEAR DIFFERENTIAL TRANSFORMER | |
CN85100991B (zh) | 电容式位置传感器 | |
CN101384882B (zh) | 物理量传感器 | |
JPH04273002A (ja) | 容量センサ | |
CN111397498B (zh) | 一种绝对式时栅直线位移传感器 | |
Brasseur et al. | Virtual rotor grounding of capacitive angular position sensors | |
JPH0672901B2 (ja) | 静電容量−電圧変換回路 | |
EP0131024B1 (en) | Capacitance measuring circuit | |
US4287471A (en) | Strip center line sensor | |
CN210664793U (zh) | 高精度的温度采样电路 | |
US5087894A (en) | Monolithic interface circuit for linear variable differential transformers | |
JPS5834625A (ja) | マルチプル出力形無接点スイツチ | |
EP0151575B1 (en) | Reactance measurement circuit with enhanced linearity | |
JPS608728B2 (ja) | 変位センサ | |
CN218162420U (zh) | 基于多路电子开关的输入信号选择电路 | |
SU1188523A1 (ru) | Емкостной датчик перемещений | |
CN2406223Y (zh) | 长行程位置传感器 | |
JPH0130085B2 (zh) | ||
WO2003056289A1 (en) | Pressure transducer with dual slope output | |
JPS60203864A (ja) | 検出装置 | |
CN1033478A (zh) | 电容式位置传感器 | |
CN2249453Y (zh) | 霍尔电子电位器 | |
JPS6353599B2 (zh) |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
PB01 | Publication | ||
C06 | Publication | ||
C13 | Decision | ||
GR02 | Examined patent application | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
C19 | Lapse of patent right due to non-payment of the annual fee | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |