CN105157732A - 一种多联多扇差动电容传感器系统装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及测量由微小力引起的微小位移及微小角位移的传感器领域，具体涉及一种多联多扇差动电容传感器系统装置。一种多联多扇差动电容传感器系统装置，其特征是，各组的左、右定扇和中间动扇都是由导电扇形和绝缘扇形均匀扇形间隔的圆盘，其中导电扇形的相邻两侧是绝缘扇形，或绝缘扇形的相邻两侧是导电扇形，依次类推；圆盘的扇形个数是M个，M是大于或等于2，小于或等于360的自然偶数，扇形的角度是360/M度。本发明的有益效果是无机械触点，抗干扰强，工作可靠，使用寿命长，制作简单，成本低。本发明的灵敏度灵敏度达到10-11，可以测量微小力引起的微小位移及微小角位移，如微重力探矿，地球潮汐等，可广泛应用到航空航天领域。
Description
技术领域
本发明涉及测量由微小力引起的微小位移及微小角位移的传感器领域，具体涉及一种多联多扇差动电容传感器系统装置。
背景技术
在科学研究和地质勘查技术实践中，微小力引起的微小位移及微小角位移有巨大应用价值，如微重力探矿，地球潮汐等，数量级在10-7。以本发明人的发明专利，双联差动电容角度传感器，专利号；CN2012101035812，为例，测量范围0-90°，测量精度1′，换算10-5数量级，达不到测量微小角位移的要求，这是现有的差动电容角度传感器的技术缺陷。如何提高差动电容传感器的灵敏度是该技术的关键。只有在相同的角度变化提高差动电容的变化量ΔC，才能提高差动电容传感器的灵敏度。设想，如果把圆形分割成1度的导电与绝缘相间的多扇扇形体，变化角度虽然只有1/2度，差动电容的变化量可以从零到最大，变化量可提高180倍，灵敏度相应也提高180倍。同样，如果增加相同的差动电容的组数，联合的组数，取10，也可以提高灵敏度。这样，灵敏度相应也提高1800倍，达到10-11。
发明内容
本发明针对公知的差动电容传感器的技术缺陷，提供了一种改进的技术方案：总方案包括子方案1和子方案2；子方案1：减少扇形定片和动片的扇形角角度，增加扇形动片的个数(多)，提高差动电容容量变化量；其中一组差动电容是一个子差动电容传感器。子方案2：增加组合差动电容的组数，即增加子差动电容传感器的个数，提高差动电容的测量灵敏度。子方案1和子方案2构成总方案。所有子差动电容传感器的定片和动片的轴心都在同一个公共转轴上，定片固定，动片同步转动。这就是为了克服公知的差动电容传感器的技术问题，本发明人给出的一种多联多扇差动电容传感器系统装置的技术思路。
一种多联多扇差动电容传感器系统装置，由N组同轴电学并联的左、右定扇，中间动扇和公共转轴组成，其特征是，所有的左、右定扇固定在公共转轴上固定不动，所有的中间动扇随公共转轴同时转动，所有的左定扇电学并联左定扇，所有的右定扇电学并联右定扇，所有的中间动扇电学并联中间动扇，其中N是100以内的自然数。
一种多联多扇差动电容传感器系统装置，其特征是各组的左、右定扇和中间动扇都是由导电扇形和绝缘扇形均匀扇形间隔的圆盘组成，其中导电扇形的相邻两侧是绝缘扇形，或绝缘扇形的相邻两侧是导电扇形，依次类推；圆盘的扇形个数是M个，M是大于或等于2，小于或等于360的自然偶数，扇形的角度是360/M度。
如上所述的一种多联多扇差动电容传感器系统装置，其特征是，各组的左、右定扇的导电扇形之间沿公共转轴相差360/M度，各组的左、右定扇电学并联；各组中间动扇的导电扇形全部沿公共转轴纵向对齐固定，电学并联，并随空心公共转轴同时转动。
如上所述的一种多联多扇差动电容传感器系统装置，其特征是左、右定扇之间，以及左、右定扇和中间动扇之间电绝缘。
如上所述的一种多联多扇差动电容传感器系统装置，其特征是左、右定扇和中间动扇，也可以是左、右动扇和中间定扇。
构成解释，由此一种多联多扇差动电容传感器系统装置也可以想象地解释为N联M扇差动电容传感器系统装置。取N＝10，M＝180，差动电容的灵敏度提高10*360＝3600倍，测量精度1′/3600，换算10-9数量级，满足测量微小力引起的微小位移或角位移的要求。
附图说明
图1是本发明一种多联多扇差动电容传感器系统装置的结构示意图，具体以1联/3扇差动电容传感器系统装置的结构为图。
其中：1、左固定螺丝，2、左定扇表面绝缘的3*60度扇形电极，2.4、轴承，3、中间动扇表面绝缘的3*60度扇形电极，4、右定扇表面绝缘的3*60度扇形电极，4.4、轴承，5、空心公共轴，6、中间动扇金属外引线，7、右固定螺丝，8、右定扇金属外引线，9、左定扇金属外引线，10、圆柱形塑料套管。
具体实施方式
实施例，以多联多扇差动电容传感器系统装置的单组差动电容为例，取M＝1，N＝3，是一个独立的3扇差动电容传感器。如图1所示：圆盘状左定扇是左3*60度扇形固定电极，圆盘状右定扇是右3*60度扇形固定电极，圆盘状中间动扇是3*60度扇形动电极，左、右定扇固定在外部的圆柱形塑料套管上相差，中间动扇随空心公共轴转动。空心公共轴绕左、右定扇轴承的连轴转动。左、右两片圆盘状定扇的半径大于中间圆盘状动扇的半径。左、右圆盘状定扇的扇形电极按相差60度，固定在外部的圆柱形盒上，中间动扇即动电极是随空心公共轴转动。
生产工艺：左、右两片圆盘状电极采用双面覆铜板制作。左、右两片电极外侧的圆覆铜片接地，形成静电屏蔽。左、右两片电极内侧的铜箔加工成60度间隔的扇形覆铜片电极，即3*60度扇形。左边60度扇形覆铜片和右边对应的60度扇形覆铜片覆铜片轴向相差60度，形成双联电容的两个电极。在左、右两片圆盘状电极的圆心嵌入轴承，在轴承中插入空心公共轴。中片动电极由一片双面覆铜板的圆盘制作成双面的3*60度扇形，与中片动电极与空心轴固定。其双面覆铜板的铜皮加工成60度间隔的3*60度扇形电极，双面，即正面和背面电极电连接成中片动电极。中片动电极构成双联电容的共用电极，与左、右两个电极形成双联电容C1和C2。中片动电极能够相对左右两片电极转动。初始位置θ＝0，由于左右两片的两个电极方向相差60度，双联电容C1和C2一个最小，一个最大。转动空心轴，中片相对左右两片电极转动，角度变化，两个双联电容C1和C2，其中一个电容量增加，一个电容量减少。由于多扇差动运算作用，电容量变化与转动角度成2*N倍正比关系，变化范围正反向0度到30度。
工作原理：角度物理量θ变化，即一种多联多扇差动电容传感器系统装置沿自身轴向转动，中片相对左右两片电极转动，两个双联电容C1和C2，一个容量增加，另一个容量减少，成正、反比关系。由于差动运算作用，电容容量变化与转动角度成2*N倍正比关系，可显著提高测量灵敏度和准确度。电容容量变化量经过运算放大器处理后，输出代表角度变化的电压模拟量。实现了，由非电量物理量角度，变换电量物理量角度的转换。由于采用差动运算，还有效减少了环境温度变化和电磁干扰引起的测量误差。
同样的技术方案，也可以采用中片固定，左右两片随空心轴(5)转动，原理相同，实验结论也是相同的，也是本发明的权利要求。
本发明一种多联多扇差动电容传感器系统装置的有益效果是无机械触点，抗干扰强，工作可靠，使用寿命长，制作简单，成本低。本发明一种多联多扇差动电容传感器系统装置的灵敏度灵敏度达到10-11，可以测量微小力引起的微小位移及微小角位移，如微重力探矿，地球潮汐等，广泛应用到航空航天领域。
Claims (5)
1.一种多联多扇差动电容传感器系统装置，由N组同轴电学并联的左、右定扇，中间动扇和公共转轴组成，其特征是，所有的左、右定扇固定在公共转轴上固定不动，所有的中间动扇随公共转轴同时转动，所有的左定扇电学并联左定扇，所有的右定扇电学并联右定扇，所有的中间动扇电学并联中间动扇，其中N是100以内的自然数。
2.如权利要求1所述的一种多联多扇差动电容传感器系统装置，其特征是各组的左、右定扇和中间动扇都是由导电扇形和绝缘扇形均匀扇形间隔的圆盘组成，其中导电扇形的相邻两侧是绝缘扇形，或绝缘扇形的相邻两侧是导电扇形，依次类推；圆盘的扇形个数是M个，M是大于或等于2，小于或等于360的自然偶数，扇形的角度是360/M度。
3.如权利要求1所述的一种多联多扇差动电容传感器系统装置，其特征是，各组的左、右定扇的导电扇形之间沿公共转轴相差360/M度，各组的左、右定扇电学并联；各组中间动扇的导电扇形全部沿公共转轴纵向对齐固定，电学并联，并随空心公共转轴同时转动。
4.如权利要求1所述的一种多联多扇差动电容传感器系统装置，其特征是左、右定扇之间，以及左、右定扇和中间动扇之间电绝缘。
5.一种多联多扇差动电容传感器系统装置，其特征是左、右定扇和中间动扇，也可以是左、右动扇和中间定扇。
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