CN1009028B - 测量长度和角度用的电容性装置 - Google Patents

测量长度和角度用的电容性装置

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Abstract

本装置包括装成能相对于尺1滑动的滑块2。此滑块2装有与电子电路50相连的发射电极10和接收电极19，20。尺1包括耦合电极6、7其形状为L形或倒L形，相互镶嵌以形成由直线直线所限定的电极对。L形的垂直部分40面向发射电极10放置，而水平部分41面向接收电极19，20，以保证最佳电容耦合。耦合电极6，7的这种安排使精确地制造尺，及根据测量需要将几根尺并置成为可能。

Description

本发明涉及一种测量长度和角度用的电容性装置，包括以沿位移和测量的方向相互相对滑动的方式安装的第一和第二部件，上述第一部件装有细长的发射电极，安排成与上述方向垂直并形成一列，且至少有两个在侧向上配置在该列两侧的接收电极，上述第二部件装有其位置面向上述发射和接收电极的耦合电极，此外，还有通过在上述发射电极和接收电极之间的耦合电极，利用耦合电容测量上述两部件的相对位移的电子电路。
在西德专利申请3340782号中揭示了一种这种类型的装置，这种装置装有两排互相穿插的T形耦合电极的尺，由于与接收电极耦合的面积大，因而保证了有效耦合。该耦合电极一般通过对金属化层进行适当切割例如激光切割而制成。在已知的这种装置中，此种切割是很复杂的，而且，由于实现高切割精度有困难，因而导致测量误差的产生。再者，能够根据测量的需要通过将小尺寸的尺并置使尺伸长或缩短是有益的，但在所揭示的装置中不可能做到这种并置。
本发明的目的在于提供一种能避免这类不方便之处的装置。为此，根据本发明的装置，其特征在于耦合电极的形状为L形和倒L形，相互镶嵌，其L形和倒L形的垂直部分面向发射电极而上述L形或倒L形的水平部分则面向一个或另一个接收电极。
此种安排允许对耦合电极作精确而快速的切割及使部分尺（若干小尺）并置，以满足不同的测量需要，同时保持与接收电极耦合的面积尽可能地大。
本发明的其他优点可以从所附权利要求，特别是发射电极、接收 电极和耦合电极的相互安排及有关的电子电路中清楚显现出来，从而有可能当由接收电极所拾取的信号等于零时进行测量。
附图是作为举例说明的、实施本发明的目的的装置的一种实现形式。
图1表示从上面看去的本装置的静止部件。
图2表示从下面看去的滑块。
图3为装置的沿图1和图2的C-C线所取的截面的示意图。
图4示意地表示测量的原理。
图5表示所附的电子线路的方块图。
如图1到图3所示，本装置包括一形状为尺的静止部件1，或第二部件，及在该尺上滑动的滑块2，或第一部件。静止部件1包括最好是钢制的基座3，和由绝缘材料制成的支座4，其上压有金属的耦合电极6，7，这些电极相互绝缘，在电气上不连接。这些电极的形状为L形和倒L形，以便L形电极6镶入形如倒L的电极7内。因而一对电极6，7形成由与尺垂直的两根线所限定的单元8这些单元其轴向的距离为T并重复出现。耦合电极6，7的这种安排使沿直线对尺进行切割或使部分尺头尾相连以形成多倍长度的尺成为可能。此外，由于这种简单的几何布置故有可能通过对电极进行容易且快速地切割来制造尺。该电极是在由绝缘材料制成的支座4上蒸发的金属层。
滑块2由在基座3上滑动的框架8和由绝缘材料制造的板9所组成，并在板的一个面上装有发射电极10和接收电极19，20，而在其另一面上则装有有关的电子线路50的一部分。
发射电极10面向耦合电极6，7的L形的垂直部分40，其轴向距离为L＝T/2N，图中的实施例中2N为8。在滑块上的发射电极的总数为（2K+1）·N，其中K为整数，在本实施例中K为9。发射极的数目因而为76。他们由电线11到18连到电子线路50，其周期为2N， 即在所示的实施例中，每第8个电极10连到电子线路50的同一输出上。
接收电极19，20由矩形板所组成，该板安排成与发射电极10垂直且在电气上与后者绝缘。这些接收电极放置成面向耦合电极6，7的L形的水平部分41;其长度为距离T的整数倍，在图示的实施例中为8T。而且面向耦合电极7的接收电极20在滑块的长度的方向上相对于接收电极19偏移距离T/2。为了避免边缘效应，接收电极19，20的长度比发射电极10的总宽度（K+1/2）·T短。在所示的实施例中，此长度等于（K-1）·T。因而接收电极19，20的边缘在一侧相对于发射电极10的外边界偏移距离T/2，而在另一侧则偏移距离T。
接收电极19，20由电线42，43连到图5上所表示的电路50，其测量原理如图4所示。参见图4，面向耦合电极6，7的电极10连到四个交变电压V1，V2，Vx和Vx1。面向耦合电极6的中央部分的发射电极10连到可变电压Vx，而面向耦合电极7的中央部分的发射电极10则连到可变电压Vx1，而其一侧的相邻的电极连到振幅恒定的交变电压V1，其另一侧的相邻电极则连到交变电压V2，电压V1和V2的振幅和频率相同，但相位相反。同样地，可变电压Vx和Vx1的频率和V1及V2的频率相同;其振幅是相同的并在V1和V2的振幅之间变化，且通过0，但他们的相位相反。
如果人们作为测量条件设定在耦合电极6和7中及因而在接收电极19，20中的交变电流的和必须是零，人们可发现，对于耦合电极6，7相对于发射电极10的位移X，电压Vx和Vx1的振幅与位移X成线性变化，以及对于在等于发射电极10的平均间隔（L）的距离的位移，由于从V1到V2发生相位的变化，故此振幅通过零。对应于插入间隔的间隔（L）的极限处（范围）的临界条件是完全确定的：当在耦合电极6和7上所感应的交变电压分别对于Vx＝V1和Vx＝V2变成零时临界条件被满足。当情况是这样时，使发射电极的分布被电子装置位 移一个电极。因而加到发射电极的电压的分布是滑块2的位置的周期函数，其周期为2N个电极。
图5是可用于此目的电子电路的方块图。由电线42，43接收，利用耦合电极6，7，通过电容耦合而来自接收电极19，20的信号由差分放大器21进行放大，并在低阻抗下送到由振荡器23所控制的同步解调器22。然后在比较器24中对信号进行分析，再控制二进制计数器25的计数和减量计数的输入。为了使图简化，计算器25的计数输入也连到振荡器23。
当在解调器的输出端的解调信号等于零时，比较器24的输出等于零，计数器25保持静止。相反，当解调信号不为零时，比较器的输出接通并送计数信号到计数器25。后者以与振荡器23和解调器22同步的方式改变其数值，直到解调器22的输出处的信号等于零为止。
计数器25的低值输出控制数字-模拟变换器26，该变换器供给振幅变化的调制电压，该振幅变化作为位移的线性函数在连到可变电压Vx和Vx1的发射电极中产生。该调制电压，及计数器的高值输出通向函数发生器27，该函数发生器有2N个输出（在本例中有8个输出）31到38。
每个输出31到38送到与振荡器23相连的调制器28。这些调制器28用由振荡器23所产生的脉冲和在函数发生器27的每个输出31到38上所传送的调制电压作成以交变电压V1、V2、Vx或Vx1的形式出现的调制波。然后将这些交变电压送到发射电极10。
因而计数器25的状态是发射电极10相对于耦合电极19，20的位置的直接量度，在这些耦合电极中所感应的交变电流之和为零。计数器25的高数值通过对滑块行程的整个距离L的计数构成位移的粗测，而计数器25的低数值则代表通过线性插入法进行的精测。对这种插入方法的详细说明请参见欧洲专利0053091号中的说明。
不以与位移X成线性的方式改变可变的交变电压Vx和Vx1的振幅，同样有可能以可变脉冲宽度通过使Vx和Vx1交替地等于V1和V2来逐渐从交变电压V1转到交变电压V2，该脉冲宽度随位移作线性变化，这些在上述欧洲专利中有描述。
同样地也可以使Vx和Vx1随时间作线性变化以产生一连续的虚位移，从而穿过零的点的相位与位移X的值相对应。
众所周知在耦合电极和发射电极的轴向距离的比值T/L可设定为其他值。电子电路50也能组成不同的方式，例如，如组成象瑞士专利643652号中所描述的那样的电路。
发射电极和接收电极能配置在装置的静止部件上，而将耦合电极装在滑块上。本装置也可以用来测量角度，例如通过将耦合电极6，7安排在圆柱形容器或第二部件的内壁上而将发射电极10和接收电极19，20安装在圆柱形棒或第一部件上，该圆柱棒安装上述容器内，并能旋转。

Claims (8)

1、一种测量长度和角度的电容性装置，包括装成沿位移和测量的方向相互相对滑动的第一部件和第二部件，上述第一部件上有细长的发射电极10，该电极安排成与上述方向垂直并形成一列，至少有两个接收电极19，20在侧向上配置在该列的两侧，上述第二部件上有耦合电极6，7并面向上述发射电极10和接收电极19，20放置，及电子电路50，该电路安排成利用上述耦合电极6，7通过上述发射电极10和接收电极19，20之间的电容耦合测量上述两个部件的相对位移，其特征在于耦合电极6，7为L形和倒L形并相互镶嵌，L形和倒L形的垂直部分40面向发射电极10，上述L形和倒L形的水平部分41则面向1个或者另一个接收电极19，20。
2、根据权利要求1的装置，其特征在于形如L和倒L的耦合电极两两相互镶嵌，以形成并列配置且在侧面由直线所限定的耦合电极对。
3、根据权利要求2的装置，其特征在于耦合电极对6.7安排成轴向距离为T的周期性配置且发射电极的宽度安排成能将2N个发射电极10面向一对耦合电极6，7放置，其中N为整数。
4、根据权利要求3的装置，其特征在于接收电极19，20的长度等于距离T的整数倍。
5、根据权利要求4的装置，其特征在于该装置包含在上述方向上相互相对移位T/2距离的两个接收电极19，20。
6、根据权利要求1的装置，其特征在于在上述方向上测量时，接收电极19，20的宽度小于发射电极列10的宽度。
7、根据权利要求5的装置，其特征在于发射电极10连到电子电路50的2N个输出以致每第2N个发射电极连到电路50的相同输出。
8、根据权利要求7的装置，其特征在于电子电路50的组成是，发射电极10有选择地连到固定电压（V1和V2）和可变电压（Vx和Vx1），产生的电压（Vx和Vx1）使利用耦合电极6，7通过电容耦合在接收电极19，20上所拾取的信号变成等于零，于是电压（Vx和Vx1）成为在第一和第二部件之间的相对位移的量度。
CN86107942.6A 1985-11-22 1986-11-21 测量长度和角度用的电容性装置 Expired CN1009028B (zh)

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Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6421322U (zh) * 1987-08-26 1989-02-02
JPS6421316U (zh) * 1987-08-26 1989-02-02
JPS6421315U (zh) * 1987-08-26 1989-02-02
JPS6421318U (zh) * 1987-08-26 1989-02-02
US4974332A (en) * 1988-08-19 1990-12-04 Delta International Machinery Corp. Measurement system reader element standoff
US4958115A (en) * 1988-11-28 1990-09-18 At&T Bell Laboratories Capacitively commutated brushless DC servomotors
US5174159A (en) * 1991-06-21 1992-12-29 University Of Utah Research Foundation Linear displacement and strain measuring apparatus
CH689190A5 (fr) * 1993-10-19 1998-11-30 Hans Ulrich Meyer Instrument de mesure de longueurs ou d'angles.
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
US5610528A (en) * 1995-06-28 1997-03-11 International Business Machines Corporation Capacitive bend sensor
US5557584A (en) * 1995-08-08 1996-09-17 Sonatech, Inc. Moderate depth underwater surveillance system
CN102359754A (zh) * 2011-08-09 2012-02-22 张华建 差分电容式长度传感器
CN106643455B (zh) * 2016-12-26 2018-11-30 清华大学 一种电容式旋变位移传感器

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2674729A (en) * 1950-04-13 1954-04-06 Edward G Martin Measuring apparatus
US3146394A (en) * 1959-04-29 1964-08-25 Continental Elektro Ind Ag Apparatus for proportionally converting a rotational angle into a phase angle of an alternating voltage
US3219920A (en) * 1961-04-05 1965-11-23 Whittaker Corp Transducer employing a guard ring between input and output means to reduce stray capacitances
FR2086854A5 (zh) * 1970-04-10 1971-12-31 Commissariat Energie Atomique
DD93037B1 (de) * 1971-06-23 1981-01-28 Peter Bauer Kapazitives weg- und winkelmesssystem
IT1111425B (it) * 1977-05-18 1986-01-13 Conte Alberto Trasduttore assoluto di precisione per misure di posizioni lineari od angolari
JPS568508A (en) * 1979-07-02 1981-01-28 Nippon Soken Inc Rotation detector
DE3020411C2 (de) * 1980-05-27 1983-09-22 Hans Ulrich St.Sulpice Waadt Meyer Vorrichtung zum Messen der Verschiebung zweier Körper
CH651136A5 (de) * 1980-11-21 1985-08-30 Hans Ulrich Meyer Kapazitives laengen- und winkelmessverfahren.
US4429307A (en) * 1982-01-29 1984-01-31 Dataproducts Corporation Capacitive transducer with continuous sinusoidal output
DE3418566C2 (de) * 1983-05-18 1986-12-11 Mitutoyo Mfg. Co., Ltd., Tokio/Tokyo Verschiebungsdetektor
US4522517A (en) * 1983-11-10 1985-06-11 Wade Kenneth B Encoder system for dot matrix line printer
DE3340782C2 (de) * 1983-11-11 1985-12-05 Mauser-Werke Oberndorf Gmbh, 7238 Oberndorf Kapazitive Längen- und Winkelmeßeinrichtung

Also Published As

Publication number Publication date
JPS62130301A (ja) 1987-06-12
EP0227591B1 (fr) 1990-01-31
CN86107942A (zh) 1987-07-15
US4810951A (en) 1989-03-07
DE3668694D1 (de) 1990-03-08
EP0227591A1 (fr) 1987-07-01
CH665714A5 (fr) 1988-05-31

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