[实用新型]多环并联式电容位移传感器

说明书

技术领域

本发明涉及电容式位移传感器领域技术，尤其是指一种多环并联式电容位移传感器。

背景技术

随着科学技术的不断发展，高精度位移测量和非接触测量的需求越来越多，电容测微技术的应用面也越来越宽。随着电容传感器存在的分布电容、非线性等缺点得到克服，高精度、高稳定性的电容测微产品相继问世。高精度电容测微仪可实现的分辨率极高，且具有较好的频响特性，因此近年来成为高精度微动平台反馈控制的几种主要检测传感器之一。

目前已有的电容位移传感器主要有如下两大类：

1、差动式变极距型电容传感器

其结构原理如图1a和图1b所示，在图1a中，位于中央的双面极板20为动极板，与移动件相连接，位于两侧的单面极板10和单面极板30为固定极板，与固定基座相连，单面极板10和单面极板30之间的相对位置固定不变。测量时，用于被测量瞄准的移动件带动双面极板20纵向移动Δd，引起各对极板间的距离的同步变化，变化后的双面极板20与单面极板10和单面极板30的间隙分别为d₁和d₂。（如图1b所示）。通常，平行板电容器,电容为C=εS/d，其中，ε为极板间介质的介电常数，S为极板面积，d为极板间的距离。设d₀为初始极距、C₀为电容初始值及电容传感器的灵敏度为K，前述d₁=d₀-△d,d₂=d₀+△d,C₁和C₂形成差动电容，将差动电容分别接于电桥的相邻两臂，电容变化量△C可写为：△C=C₁-C₂=△C₁+△C₂=2C₀×△d/d₀，由此可得到该种电容传感器的灵敏度K为K=△C/△d=2εS/d₀²。

2、差动式变面积型电容传感器，其中，变面积型电容传感器有角位移型和线位移型两种。

如图2a和图2b所示，其显示了平面线位移型典型结构，该动极板50用于与移动件相连接，定极板40与固定基座相连，其相对于固定基座的相对位置不变，测量时，被测量的移动件带动动极板50沿水平方向移动，引起两极板间有效覆盖面积的同步改变，从而得到电容的改变，电容变化量△C可写为：△C=C₁-C₀=εb₀△L/d₀,其中，b₀为极板有效覆盖宽度，△L为动极板的移动距离，d₀为极距。K=△C/△L=εb₀/d₀。

如图3a和图3b所示，其显示了角位移型典型结构，当动极板70有一转角时，与定极板60之间相互覆盖的面积就发生变化，因而导致电容量变化。设其转角为△a、极板半径为r，电容变化量为△C=ε△ar²/2d₀,其灵敏度为K=△C/△a=εr²/2d₀。

从上述内容中不难看出，为了提高传感器的灵敏度和量程，就必须增大极板的正对面积及极距，这样在体积上就难以实现微型化，使得电容传感器应用场合受到很大的局限。

发明内容

有鉴于此，本发明针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种多环并联式电容位移传感器，其有效提高了测量精度，更能满足微动工作台中高测量精度、高灵敏度及大量程等要求。

为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案：

一种多环并联式电容位移传感器，包括有相互配合的动极和定极，该定极包括有同轴且由内而外间距设置的单面定极轴、双面圆环定极板、单面圆环定极板；该动极包括有对应定极设置且同轴的第一双面圆环动极板和第二双面圆环动极板，该第一双面圆环动极板内形成有第一容置空腔，该第一双面圆环动极板与第二双面圆环动极板之间形成有第二容置空腔；该动极可轴向活动式嵌套于定极内，前述单面定极轴配合于第一容置空腔内并与第一双面圆环动极板内壁面构成第一电容；前述双面圆环定极板配合于第二容置空腔内并其内、外壁面分别与第一双面圆环动极板的外壁面、第二双面圆环动极板的内壁面构成第二、三电容；前述单面圆环定极板配合于第二双面圆环动极板外围，并单面圆环定极板与第二双面圆环动极板的外壁面构成第四电容。