[其他]用于對位移物進行控制和定位的電容式直線型或旋轉型傳感器

無效

• 申請號: 87106077
• 申請日: 1987-09-02
• 公開（公告）號: CN87106077A
• 公開（公告）日: 1988-06-01
• 發明（設計）人: 克勞斯·彼得·克魯姆霍茨;索馬斯·沃特
• 申請（專利權）人: 亨格斯特勒有限公司
• 主分類號: G01D5/24
• 分類號: G01D5/24
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利代理部
• 代理人: 王棟令

本發明涉及一種電容式直線型或旋轉型傳感器，這種傳感器通過測量移動物體的位移、角度或速度來控制移動的物體并將其定位。在本發明的一個實施例中，旋轉型傳感器由兩個互相對置的限定出相對空間的定片構成，在這兩個定片構成的間隙中有一可轉動的動片，此動片可轉動地與一個和移動物體耦聯的軸相配合。兩定片之一和動片之間構成第一氣隙（測量氣隙），另一定片和動片之間構成第二氣隙（去耦氣隙或平衡氣隙），兩個定片和動片互相對著的側面上均有導電涂層，它們與其相應的氣隙一起形成電容，其電容值隨動片的轉動而改變。

這種性質的旋轉型傳感器在美國專利№.4238781中已有披露。這種已知的旋轉型傳感器的缺點是輸出信號的相位移是以轉動角的函數來計算，這就使計算電路相當復雜而精確性卻不太高。這種已知的旋轉型傳感器用于一種讀取家庭用電消耗的電表，且僅用于在十位數字間劃界以及在輸出裝置上以數字形式產生這些結果。

因此這種旋轉型傳感器不適用于高精度定位，特別是機床上機械另件的高精度定位，在這種機床上，需要把角度區分到零點幾分的程度。此外，美國專利說明書№.4238781沒有公開任何耦合電容器的精確正弦電容圖形，因為一個定片上的涂層在一個旋轉角上的覆蓋密度達不到為此目的所需的形狀。這就限制了能夠達到的精確度。除此之外，同樣的條件也適用于動片涂層上，因為動片上的涂層不能沿180°的轉角延伸，所以它們不能產生兩個正弦半波。由此也損害了可達到的精確度。

為此，本發明的基本目的是提供一種前面定義的旋轉型傳感器，它具有大大改進了的分辨率，即具有極高的精確度并降低了電路的復雜程度。

為了解決提出的問題，本發明的特征是，在動片和定片上如此設置涂層，使至少產生兩個同心的環形區，其中一個區形成粗測系統的測量軌跡，而另一區域形成精測系統的測量軌跡;精測系統的涂層在動片和定片的環形軌跡上以360°的幾分之一設置，而粗測系統的涂層則以360°為周期;動片和定片互相關聯的涂層所形成的耦合電容建立起沿軸的旋轉位移的圖形，部分為正弦，再加上幾個部分正弦延伸并有不同前置符號的相反位移的電容軌跡，就產生了一個近似完整的正弦電容圖形，該圖形有一個360°/ni的周期，ni為表示上述測量軌跡的極點對數的自然整數，符號i表示測量軌跡的號碼。

因此，本發明的特征是在已知的粗測軌跡上加上了一個精測軌跡，它與粗測軌跡組合起來解決了本發明提出的問題-一高精度和高分辨率地計算旋轉角度。

通過在基本已知的粗測軌跡上加上了精測軌跡，本發明的旋轉型傳感器達到了極好的質量，這是由于能夠進行誤差校正的緣故，這就是說，統計上的刻度誤差與定位故障能夠通過取平均值去掉，并且基本自動地平衡動片圓盤對兩個定片圓盤或圓板的傾斜影響。

而這類誤差（刻度誤差、定位故障和傾斜偏移）在美國專利№.4238781的旋轉型傳感器中造成了精確度上的根本障礙，根據本發明的教導，這種性質的誤差影響可以計算并予以消除。

在最佳實施例中，軸是通過兩個滾珠軸承可轉動地安裝在外殼上的，動片是一個圓盤或圓板，它通過一個軸襯固定地連在上述軸上。

該動片平行地位于兩定片圓盤之間，定片圓盤與外殼固定相連，動片與定片之間由氣隙隔開。

動片和定片均由絕緣基底材料制成。在動片和定片表面的某些區域上形成導體軌跡圖形。兩個定片上的導體軌跡圖形由引線等與電子系統相連，電子系統設置在“SMD”電路板上。

下面描述一種三圓盤系統。

定片、動片和定片按順序一個緊接一個。測量氣隙在一個定片和動片之間延伸，去耦氣隙位于動片與另一定片之間。在所有三個圓盤上均以不同半徑形成同心的環形區（在三圓盤系統中是兩個區），環形區上設置有適當的導體軌跡。

這些區域中每一個代表一個測量軌跡，在本情況中，它包括粗測軌跡和精測軌跡。各測量軌跡與其相應的電子軌跡計算系統一起組成測量系統。

特別是，精測軌跡圖形是以360°的幾分之一為周期的，而粗測軌跡圖形是以360°為周期的。

一般來說，第i個軌跡的測量范圍為360°/ni，ni為正整數，它表示該軌跡的極點對數。結果，在所有情況下，以360°/ni的倍數位移得到的角度均得到同樣的讀數。

通過把這些軌跡結合起來就可以把具有一個大測量范圍的軌跡（粗測軌跡）和另一個具有精確測量分辨率的軌跡（精測軌跡）結合在一起，這樣就產生了一個具有精確分辨率和大測量范圍的傳感器。