[其他]电容型测位传感器

说明书

本发明涉及一种用于测量两标尺之间的相对位移量的电容型传感器。更确切地说，它涉及一种用于测量位置的、改进的电容型传感器，在这种传感器中能用静电电容量的变化来准确测出一对正在移动的、互有相对位移的构件中间的位移量。

电气长度测量设备是人们熟知的，在这些电气长度测量设备中，两种标尺可互相进行相对位移，而该两种标尺的相对位移的位置可借助各置于两个标尺上的电极之间的静电电容量的变化量来测出。它们的使用范围是广泛的，大至例如三维测量设备或数字控制研磨机，小至轻便型卡尺、千分尺和其它小型长度测量设备。

在这些长度测量设备中所用的电容型传感器都对其发送电极提供交流信号，（这些交流信号最好是一些不同相的交流信号）都有连接到相应接收电极的电测电路，并且都利用由两个电极间相对位移所引起的静电电容量的变化来测出各具体位置。

众所周知，在已往的电容型传感器中，为了测定位置，其精确度是由各标尺所具备的电极分度数所决定的。已往为了获得高分辨力的长度测量设备，不是使发送电极、就是使接收电极或二者都小型化，以便提高测量精度。

图7表明已往用于测定位置的这种高分辨力的电容型传感器的例子。该传感器拥有一个第一标尺和一个第二标尺，它们位于互相邻接的位置上，以便使它们可相对位移。如果要把该传感器装置用到诸如卡尺之类的长度测量设备上去，则其第二标尺装在卡尺的主（固定）标尺上，而其第一标尺装在卡尺的游标标尺上。

第一标尺和第二标尺各装有一个不是发送电极就是接收电极，这两个电极是互相电容耦合的;并且当在两个标尺之间存在相对位移时，它们的相对位置就可静电电容量的变化量电测出来。

在图7中，在游标标尺侧的第一标尺上定位有性的等距离开的第一发送电极12，并将来自振荡器30的交流信号加到这些第一发送电极上。在这个例子中，该交流信号由相位变换器34变换成8种不同相位的信号，并且各被分别加到每个发送电极12上去。

因此，在图7中，这些交流信号各有45度的相位差，而该八个第一发送电极12（组成一组）各被供有具有一定相位差的交流信号。

在该图中，上述组成一组的第一发送电极12的组节距以发送波长节距Wt1表出。

从另一方面来说，在主（固定）标尺侧的第二标尺上定位有一行等距离隔开的许多第二接收电极22。在该图中，各第二接收电极22安置在与每个上述组中所形成的第一发送电极（12）组相对的位置上。从而，我们就可知道第二接收电极22的节距Pr2是等于上述发送侧的发送波长节距Wt1的。

因此，如果使用已往的这种传感器，就将可以被分为八段后的第二接收电极的节距Pr2的精度来测定位置，并且将可提供一种高分辨力的传感器。

当然，在具有这样高分辨力的设备中，其传感器只能在第二接收电极的节距Pr2范围内进行绝对测量，而当超出节距Pr2时，它就将不可能确定绝对位置了。因此，可以说设备LS1基本上适合于进行相对测量。

各第二发送电极24通过耦合电极26与每个上述第二接收电极22电气连通。上述第二发送电极24与第一接收电极14是电容耦合的，该接收电极平行于第一标尺上的上述第一发送电极12。因此，来自相位变换器34而加到第一发送电极12的信号先以电容的方式耦合在它们和第二电极22之间;然后这些信号被电气地传送到第二发送电极24，此后再通过电容耦合，在第一标尺上由第一接收电极14把这些信号作为电信号检测出来。

在测量电路32中对上述第一接收电极14的输出进行电气处理。

然而，在具有像图7中那样的小分度传感器的问题在于要把各电极小型到如此显著的程度以致需要十分高精度的机加工技术才可将它们准确地定位在标尺上。

通常，上述电极是用诸如在绝缘基片上进行汽相淀积等方法来形成的。但是当依靠上述被精细分段的电极以便得到高分辨力的长度测量设备时，其问题在于对它们的加工是十分困难的，而且必然导致增加该设备的成本。

本发明考虑了上述已往的任务，而其目的是要提供不要求对电极本身进行精细机加工分段的高分辨力的传感器。