CN1123404A

CN1123404A - 确定物体的几何位置的方法和装置

Info

Publication number: CN1123404A
Application number: CN95106645.5A
Authority: CN
Inventors: F·格莱斯纳; D·巴哈勤
Original assignee: Horst Siedle KG
Current assignee: Horst Siedle KG
Priority date: 1994-11-10
Filing date: 1995-05-31
Publication date: 1996-05-29
Also published as: BR9502822A; EP0711977A3; DE9421122U1; EP0711977A2; JPH08136209A

Abstract

为了确定可移动体的几何位置、位移或角度，沿着至少一个方向具有较大的几何延伸部分的分压(分布)元件提供有交流电压，而一个电位测量探头根据所要检测的位移、角或位置而保持在不与分压(分布)元件相接触的一个距离上加以引导，从而使电位测量探头借助电容耦合并根据它所处的相对位置来检测交流电压幅度分布图的不同交流电压幅度，该电位测量探头与通过电容作用在耦合电极上的电势耦合探头相连接，电位测量探头检测的交流电压幅度值从该耦合电极传送以供测定。

Description

确定物体的几何位置的方法和装置

本发明一般地说涉及检测运动物体的位置、位移或角度的可能方式。

在大多数情况下，人们为此目的而采用了根据已知的电位计原理而进行工作的分压器电路，这些分压器电路配置成了位移检测器、可变电阻器或电位计，且这些电路包括分压器，而该分压器可以通过诸如喷涂或蒸发而淀积在基底上，且其上有一个滑臂以接触的方式进行滑动，从而放置在一个位置上来拾取电阻路径上的取决于其特定位置的不同直流电压，并经过与其相连的一个集电器滑臂将这些电压输送到一个集电器通路—在那里感测到的电位便可用于测定。这种电位计(其某些实施例可以被用作高精度的位移检测器或传感器)在某些情况下会由于恒定的接触关系而产生问题，而在快速滑臂运动的情况下这种接触最终也引起了磨损，因而需要一种能够对相应的测量值进行无接触检测的系统。

因此，有一种已知的方法，即将位移检测器制成例如差动线圈、差动变压器或电感器(它带有管形的短路绕组)，而这种方法在很多情况下却造成一定的测量不精确性或在另一些情况下还造成了非线性。

另一方面，如果利用诸如DE 28 26 398 C2中描述的电容位置检测器或位置传感器来进行电压的无接触检测，则寄生电容或漏电阻—它们可一起被称为干扰变量—造成了测量值的显著失真，而这种失真通常是不能允许的。DE 28 26 398 C2中描述的电容位移检测器包括一对倾斜分开的、彼此绝缘的电容板，它们与一个交流电流源相连且它们之间设置有一个中间板，它被用作能够由所要检测的路径的长度进行调节的传感器。该中间板经过一个连接电缆而与测定电路的输入端相连，且传感器的运动造成了持续变化的力作用在连接电缆及其连接点上，这不仅使位移检测器的老化加快，而且还由于位置的改变和电缆的位移而同时造成了电容的变化以及漏电阻的变化的附加影响，这些构成了无法被确定且无法得到补偿的干扰变量。

在另一种位移检测器(DE 34 41 217 A1)中，在一个基底表面上支撑有一个紧密组装的电阻路径，它呈现出弯曲的形状或之字形构造，并设置有一个可位移的传感器元件—它被设置在距电阻路径一定距离处并被设计成一个平面环，以使电容与有关的电位解耦并将该电位经过连接线路传送到由电压表组成的测量电路。然而，由于传导路径与直流电源电压相连，电容检测只在位移期间才能够进行，因而不能估算传感器的静止位置，因为这时测量值丢失了。另外，也同样遇到了干扰变量，因为寄生电容和漏电阻不能得到消除。

最后，从US 3 636 449，已知通过经过中间电容器将一端与地相连的交流电压加到一个可移动电流计指针上—该指针随后将其电位以电容的方式耦合到一条电阻路径上，来确定该指针的位置，从而能够在该电阻路径的一端抽取并整流受到相应衰减的交流信号，而该信号代表了传感器的相应位置。从如此整流过的信号，能够确定传感器的位置，且在此情况下该传感器由跨越电阻路径的预定距离上滑动的电流计的指针构成。

本发明的一个目的，是提供一种无接触位置检测器，它采用了不苛刻与低成本的元件，并且对干扰变量不敏感和/或设计成使诸如寄生电容和漏电阻的干扰变量的影响能够被相应的测定电路减小到几乎为霉。

本发明借助其特征而实现了这一目的，并提供了这样的优点，即即使长期时间的非常频繁的致动和其他的机械影响(诸如振动等等)，都不能影响其完美的精度，且另一方面由于本发明的位置检测器的基本原理，所有的干扰变量—它们可能出现在基于电容性扫描原理的系统中且它们是由于寄生电容或其他漏电阻而引起的—都能够毫无问题地消除和/或在它们一出现时就得到防止。

另外，特别有利的是，由于电位测量探头相对于电压分配元件的相应相对位置的平面检测(将在后面进行详细描述)，获得了在相应测量点处的电压幅度分布的平均值，该平均值由若干个单独的电位的和构成。这种由电位探头的相应位置确定的平均值，能够响应于非常小的位移且与电位探头的相对位置线性相关，因而一方面保持了电容检测方法的优点即特别是无接触关系和无机械磨损现象，且另一方面则安全地消除了电容检测方法中遇到的寄生变化(这种寄生变化会引起测量输出电压的显著失真)，这是由于基本的测量原理不取决于电容的变化；电位探头与电压分布元件(测量电压就是由电位探头从该元件抽取的)之间的电容，不论电位探头的位置如何，都保持基本不变。

在此方面，在这里以及在后面重复被称为电压分布元件的部件，应该被理解为沿着测量方向延伸的静止相对元件，并被以这样的方式设计，即它将向用于扫描的电位测量探头提供在沿着测量方向，即，沿着电位测量探头的位移方向的各个位置处的不同的幅度分布情况，虽然在这种电压分布元件的某些实施例中相应的测量电位有可能只从与电位测量探头本身的平面结构的功能性交互作用产生—当电压分布元件由两个相邻但彼此绝缘并沿着相对的方向接近或分开的电极板实际构成的情况下就是这种情况，其每一个都与交流电源电压的一个极相连。这种电压分布元件设计也属于本发明的应用范围，虽然本发明的电压分布元件的最佳具体设计是真正的分压器，例如在电位计中经常采用的电阻路径的形式。

根据本发明的基本原理，使测定电路能够在电子的基础上进行实施，这使得在实际上消除或减小了干扰变量；本发明的基本原理的一部分，是借助一个第一基于电容的电位测量探头来检测运动体的位置并将其从该探头传送到电位耦合探头，而该电位耦合探头与该电位测量探头至少是电连接，虽然根据本发明的最佳实施例这两个元件一起组成了一个整体的部件。电位耦合探头本身以电容的方式与静止耦合电极相作用，从而使测量检测器作为分接在分压(分布)元件的各交流电压幅度上的一个第一测量电容参加等效电路图，相应的交流电压的幅度根据相应的位置而变化—实际上电位测量探头与电压分布元件一起组成了一个电容器，而抽取的电位通过另一“耦合电容器”而被提供给一个放大器，而该耦合电容器是由与电位测量探头相连的电位耦合探头和与耦合探头相联系的耦合电极形成的，而该耦合探头在几何上具有较大的形状且其主要延伸部分沿着测量方向延伸并构成了随后将要从之抽取测量电位以进行测定的元件。因此，可以不采用连接电缆或其他可能要运动的机械或电导体部件，而只采用包括电位测量探头和电位耦合探头的部件，因而不会出现可变的寄生电容且不会有连接电缆由于其位置的改变而受到机械应力的作用，且不会有因此而产生的电容改变影响获得的测量值。

根据最佳结构，适当的基底，以彼此绝缘的方式，包含一个分压(分配)元件和在几何上与该元件平行但与该元件在空间上相隔开地设置的耦合电极，包括电位测量探头和电位耦合探头的公共元件以在机械上安全的适当方式跨越分压(分布)元件和耦合电极受到引导，从而不会产生任何电容变化。

可以使该结构具有转动对称的形式(与转动电位计类似)或直线位移传感器的形式(与直线纵向电位计类似)。

构成例如测量电容且最好具有恒定电容的第一测量电容装置，包括一个静止分压器元件和公共元件的一个可移动板(电位测量探头)，而该公共元件由电位测量探头和电位耦合探头组成；耦合电容装置类似地由静止部分即耦合电极和可移动体即形成电势耦合探头的部件的其他元件组成。术语“恒定电容”在此指的是电容值在由诸如测量和参照阶段组成的整个测量周期中在任何情况下都是恒定的。对其他，电容变化(当然与测量值的变化不那么有关)当然是可能的。等效电路图显示出测量电容装置和耦合电容装置在此情况下是串联的，可移动电位测量探头在静态耦合电极抽取交流电压幅度的测量值。

也可以选用这样一种设置，其中两个探头只在电气上借助公共元件而彼此相连，公共元件代表电位测量探头与电位耦合探头的公共结构；但在任何情况下这两个探头都必须以这样的方式相对于彼此设置，即保证它们相对于测量值的检测的同步位移，以排除已有电连接路径的任何变形或变化并在所有时间都保证线性关系。

可以这样设置，即使得代表电位测量探头与电位耦合探头的公共结构的公共元件只将这两个探头在电气上相连，同时两个探头总是以这样的方式相对于彼此设置，即它们与检测同步地进行位移，从而排除已有电连接路径的变形或变化并使给定的关系始终为线性。

可以将测量电容装置设置在一侧并将耦合电容装置设置在另一侧即基底或承载体的相对侧，且还可以将它们两者以这样的方式设置成公共圆形承载表面上的同心圆或圆的部分的形式，使由电位测量探头和电位耦合探头组成的公共部件此时受到共同的支撑，并对分压(分布)元件和耦合电极位移一个恒定的距离。

本发明的另一个优点，是分压(分布)器元件可以提供从电阻路径直到电极板的多种不同的实施例：电阻路径在例如电位计的情况下是由塑料电阻层(用喷涂、蒸发或某些其他方式覆涂的)形成的，作为板状平面元件的电位测量探头以恒定的间隔和非接触的方式跨越它引导；而电极板以倾斜和彼此偏移的方式延伸，它们具有不同的交流电位且其在测量方向上的配置与几何延伸是以这样的方式选定的，即根据位移的长度，电位测量探头的板始终覆盖以此方式配置的分压(分布)元件的不同表面区域，且这里根据位移长度以精细分辨率变化的总体电位是作为平均值检测的。

在这两种方法之间，从位移方向看，可以有由相邻的分离电极板组成的分压(分布)装置，这些板呈现出不同的电位并为此而与一个电阻梯形网络相连，而电位测量探头的表面根据其各自的位置覆盖这一分压(分布)器元件的反电极板的不同大区域，并以累计的方式以相应的精细分辨率检测交流电位的幅度信号，并将其传送到耦合电容装置，即，与其相连的电位测量探头，从那里将抽取的电位提供给耦合电极。

根据第一实施例，分压(分布)元件包括例如与交流电压相连的电阻路径或电位计路径，从而提供了用于扫描经常变化的电压幅度特性的电位测量探头。

具有阶梯状电压特性的“分压器”可以以这样的方式实施，即彼此绝缘的、基本上为矩形的电容板沿着测量方向被设置成一个设置在另一个后面的形式，且一起构成静止分压器元件的各个电容板与电阻梯形网络的连接端相连。尽管跨接各个电极形成的分压(分布)元件具有阶梯状电压特性，由电位测量探头形成的传感器的电压特性将是线性的，且应该理解的是电位测量探头的几何形状，即它的板状形状必须适合于相应的电容板的几何形状。由于分压器的电极或“电容器”板与电位测量探头的相应板形状之间的间隔在电位测量探头沿着测量方向移动期间最好保持为恒定，因而这里也不会遇到作为干扰变量的电容变化。

还可以将分压(分布)装置做成两个或最好三个彼此绝缘的电容板，或者更好地做成相对于测量方向横向延伸并沿着测量方向变窄或变宽的电极板，且相邻的电极板沿着相同的测量方向呈现出相反方向的渐细结构。由于各个电极板与不同的电压接头相连—例如一个中心电极板可以与交流电压相连且其他两个相邻电极板可以与地相连而且另一个交流电压的连接当然以类似方式与地相连—因而电位测量探头的电容板将按照其位置和位移方向而覆盖携带全部交流电压幅度的一个板的增大或减小部分和与地相连的其他或附加板的相应减小或增大部分，因而将在电位测量探头获得在位移的方向上改变的交流电压幅度图，该图将沿着分布方向呈现出相应的非常精细的分辨率，并且这交流电压幅度图将不失真地经过电位耦合电极而被传递到固定耦合电极。

还可以使电位测量探头的板元件具有特殊的形状，该形状能够抵消干扰变量的影响；根据本发明的另一个实施例，例如，分压器仍然可以由一系列例如基本上为矩形的、沿着测量方向一个在一个后面地设置且每一个都带有不同的电位的电极板组成，或者由上述的变窄或变宽的电极板组成，而电位测量探头，在沿着测量方向看的相对侧上，可以带有在相反方向上、变窄或变宽的延伸部分，该延伸部分额外覆盖了与测量方向成锐角延伸的固定分压器装置的相邻电极板。这种电容检测器结构产生了高敏感度，并同时在矩形电极板的过渡处不会产生任何边缘效应的影响。

一般地，如果电位测量探头的形状是矩形和板形的，且沿着测量方向呈现出基本上与分压器装置的矩形电极板的延伸部分基本对应的延伸部分，则它所检测的电压特性基本上是线性的。借助提供在两侧上的三角形延伸部分，电压特性的线性可以得到进一步的改善；总是形成抽取电压的平均值的这种电位测量探头，不仅适用于沿着测量方向彼此邻接的电极板，而且还适用于由沿着测量方向变窄或变宽的电极板组成的分压器装置；另外，这种分压器装置的结构的结合也是可能的，例如设置在电介质的一侧上的邻接电极板和另一侧上的变窄或变宽的电极板。

下面结合附图来描述本发明的一些实施例。

图1显示了根据具有稳定电位特性分压器装置的基于线性电容的位移检测器的第一实施例；

图2显示了基于线性电容的位移检测器的另一实施例，它也是由测量检测器和耦合区域组成的，分压器由单独、相邻但彼此绝缘的电极板组成，且这些电极板每一个都与由电阻梯形网络形成的不同交流电压电位相连；

图3示意显示了基于线性电容的位移检测器的第三实施例，该检测器由分压(分布)电路构成，而该电路以这样的方式设计，即由于电容检测效应，与电位测量探头的相关对面板一起工作沿着测量方向的不同交流电压幅度；

图4显示了基于电容位置检测器的一个实施例，其分压(分布)装置是图2和3的结构的组合；

图5显示了基于电容位置检测器的最后一个实施例，其中两个转动测量系统被设置在一个公共基底上；

图6和7显示了分压(分布)元件，以改善对本发明的理解，其中图7显示了电位测量探头与分压(分布)元件之间的电容相互作用，该元件在此情况下取电阻路径的形式；

图8显示了一个较好的进一步发展，其中传感器被设置在两侧上。

本发明的基本思想，是在基于电容的位置检测器中提供一个电位测量部分，该电位测量部分通过对沿着测量方向变化的交流电压分布图进行电容检测，来检测作为电位探头位置的函数的电压幅度曲线，并至少在电气上且最好也在机械上将一个电位耦合部分与电位测量探头—借助该电位耦合部分将测量的电压幅度提交给测定处理，而且是在电容基础上并以完全无接触的方式，但对所介入的电容元件不作任何改变。这使得在直线运动情况下的位移路径和在转动运动情况下的角度和/或可移动体在任何时刻的位置都能够得到非常精确的确定。

如图1所示，位置检测器10的第一实施例包括一个电位测量区11和一个电位耦合区12，电位测量区在本实施例的情况下是具有平坦的电压特性的实际分压元件13，即例如在电位传感器(提供有直流电)或转动电位计中通常采用的电阻路径。

分压器的电阻路径的两个端部连接部分13a、13b，在此情况下经过一个供电电路(不用对其进行详细描述)且在需要时还经过测定电路14，而提供有幅度恒定或可控的交流电源电压；这些连接部分中的一个，例如连接部分13b，与地相连。

该电压元件的电阻路径是非接触式的，这意味着电位测量探头15与其相距预定的间隔，从而与电阻路径互相产生电容作用，这样也能够提取跨越电阻路径的交流电压电位，且该电位是跨越距离s(沿着测量方向)变化的，在此情况下被设计成矩形板的电位测量探头15具有积分或平均作用并随时从电位测量探头的位置抽取作为平均值得到的交流电压幅度。

电位测量探头的板的高度应该大体上等于静止电阻路径的宽度，可以将电阻路径设置在一个与电位耦合区12的(也是矩形的)电极表面16的延伸部分相平行(或者在其另一侧上)的适当的承载基底上。应该理解的是，电位测量区11和电位耦合区12是彼此电绝缘的，这可以以任何适当的方式实现，因而不用在此作详细的描述。当两个区11和12被设置在绝缘承载基底的相对侧上，或者在它们被平行设置在同一侧上的情况下而当承载基底的覆层(如果以例如导电银层的形式提供)在这两个区之间持续隔断时，这种电绝缘实际上已经得到了保证。

象电位测量区11一样，电位耦合区12也包括一个可移动探头元件，即电位耦合探头17，它以类似的方式—即以非接触方式，与电位测量探头同步地跨越电位耦合区12的连续导电电极表面16在预定距离上运动。

电位测量探头和电位耦合探头的表面(它们在所示的实施例中具有矩形形状)，至少在电气上是彼此相连的，且它们最好形成公共的导电部件，例如双铜板结构，以借助适当的支撑(在本实施例中未显示)，跨越电阻路径的相应表面或耦合电极表面一起沿着测量方向进行位移。

可以看出，电位测量探头15和电位耦合探头17的对应表面，分别与电阻路径和电极16的对应相对表面，一起形成了电容器(测量电容器或耦合电容器)，它们的电容在跨越位移路径s上是几乎不变的，因而测量值不受电容变化的影响。

电位耦合区12的电极表面16因而与分压器装置平行地在位移路径s的整个长度上延伸，以使与测量路径一起移动的两个电容部分—即电位测量探头15和电位耦合探头17—能够一起并彼此同步地移动并最好形成一个公共的整体部件，从而在机械上以适当的方式得到一起支撑。

因此，电位耦合探头17将在电位测量探头15上提取的且到目前由其承载的交流电压幅度测量信号，通过电容正确地送到电位耦合区12的电极表面16，这只需要一个连接部16a就能够使如此提取的电压幅度信号到达供电/测定电路14。在此应该理解的是，分压器13与电位耦合区12的电极表面16之间的电耦合被相应的间隔或屏敞所排除。

承载器和绝缘基底可以是由环氧树脂或陶瓷材料构成的电路板，它具有小的膨胀系数，并与地相连。最后，还可以通过提供给该承载基底温度检测器—其信号被以类似方式传送到测定电路14，来考虑这种位置检测器对环境温度的响应。

可以看到，这种电位计的功能，是使作用在电阻路径13上的交流电压(或相应的交流电压/频率混合信号)是在电位测量探头15处以线性上升或下降的信号的形式(如图2所示)提取的，并被传递到电位耦合探头并通过电容从该电位耦合探头耦合到电极表面16，从而使通过电容提取的信号在没有失真或其他干扰影响的情况下到达测定电路14。在此应该理解的是电极16在没有电阻的情况下传递信号，意味着它能够由例如贴在承载基底上的适当的铜箔或具有适当尺寸和形状的银覆层组成。

由电位测量探头15提取的电位，是出现在由电位测量探头任何时间上(测量路径s)所占据的位置处的单元电压之和。一个单元电压是由位于固定电阻路径的开始处的输入电压产生的，并与测量位置s与电阻路径的长度之差成正比。另一个单元电压是由位于电阻路径的端部的(相反相位的)输入电压产生的并与位置s成正比。

即使电位测量探头的板的最小的位移，也作为当发生了位移δs时自然改变的部分电压的比值，而被积分到提取的交流电压幅度中。以非接触方式进行测量信号的拣拾，至静止电极表面16的传送也是一样，因而这种位置检测器不会受到任何机械磨损，且诸如可变寄生电容等干扰交量—它们可以由小到连接线的弯曲或滑动触头的接触阻力引起的—在此都得到了消除。

借助根据图6和7的以下考虑，上述解释可以得到更精确的说明。

根据图6，当加上交流电流时，在“电位计”的电阻路径上获得的电位分布，可以由以下公式定义：

或者用电场分布的形式表示

其中1>

2>

3>

4>....

如图6所示。

该电压是交流电压，电位可以表示如下：

=

o·sign[sin(ω·t)]

其中ρo＝电位幅度

ω＝角频率2πν

ν＝频率

t＝时间

整个系统可以被看作是由若干个小电容器组成的电容，如图7所更详细地显示的。

电容的公式如下：

C＝εr·εo·A/α，

其中

C：电容

εr：相对介电常数

A：电容器的表面积

d：(板的)距离

电容的定义如下：

C = Σ_{i = 1}^{n} Ci = ϵo \cdot ϵr \cdot Σ_{i = 1}^{n} \cdot \frac{Ai}{di}

至于电容，适用以下关系：

！ΔC1＝ΔCn

！ΔC2＝ΔCn-1

！ΔC3＝ΔCn-2. .. .. .. .

所提取的电位与位置x线性相关。即ρ＝ρ(x)。通过单元电容≡Ci，位移电流I₁按照以下公式流入探头：

此时总位移电流I等于：

这意味着单个电压幅度被加起来而成为总位移电流I。

图2所示的实施例与图1所示的类似，只是在此情况下分压元件13’不是配置成电阻路径形式的，而是以一序列单独而且彼此绝缘的电极板19的形式的，每一个电极板19都具有沿着测量方向的预定延伸部分B并通过“电阻”分压器20而被提供有电源电压的单元电压。分压可以借助任何阻抗z来实现，诸如串联且其连接点与各个电极板19相连的电阻、电感或电容。然而，在此情况下，方便的作法，是使电位测量探头15’的表面的延伸部分在任何情况下都至少与沿着各个电极板的宽度B的延伸部分相等，因为在电位测量探头的宽度小于任何电极板的宽度的情况下电位测量探头的板沿着给定电极板19的移动将不是容易检测到的。

单个电极板19的这种电路设置，当然在电极板19处和在整个电极板系列上引起阶梯形电压曲线；虽然所加的交流电压的这种阶梯形电压曲线如果忽略一定的边缘效应，由于耦合电容设置的积分作用，由电位测量探头15’在板处提取的电压仍然是线性的，并它再次对应于跨越测量路径s的电压特性，如图2所示。

本发明的另一个实施例具有大体上相同的结构，并涉及根据图3的分压器装置的电路设置，它在此情况下由例如两个—但在所示例子中最好为三个—测量电极表面21构成，这些表面相对于测量方向横向地延伸并沿着测量方向变窄或变宽。

在此情况下，两个外侧测量电极表面—它们在图3所示的情况下成锐角地向右延伸，可与供电测定电路14的一个连接部13a相连，而中心的测量电极表面可与另一个连接部13b相连，且连接部13b还与地相连。由该电压的总体效果得到的分压器的特性，或者更好地说分压(分布)元件13’的电压分布特性，虽然是加在测量电极表面的各个条的整个长度上，却只与在任何时刻被覆盖的其相关表面部分成比例地起作用，这是由于任何时间沿着横向方向同时覆盖所有表面的电位测量探头15’的板的积分效应引起的。这里，也获得了完全相同线性的提取电压曲线，其分辨率与图2的下部所示的一样高，且一个额外的优点是减小了边缘效应的影响，且在此情况下很容易选择电位测量探头15’的板的横向尺寸以使它伸出到测量电极表面以外。

图4显示了图2和3所示的分压元件的变形的结合，其中承载板可以由覆在其两侧的电介质构成，并在其对着电位测量探头15”的一侧上承载有宽度为B的如图2所示的电极板19’，这些电极板沿着测量方向一个在一个之后地设置，且在目前的情况下在电介质的对侧上只设置有两个测量电极表面25、25’—它们沿着测量方向以相反的方向变窄或变宽并分别与供电/测定电路14的相对连接部相连。在图4中也采用了电极板19’的相应连接部，象在图2中那样，但为清楚起见在图4中没有显示。

除了上述的以外，借助如图4所示的结构，可以进一步改进线性条件和不受干扰的情况，在图4中电位测量探头15”的板包括沿着测量方向的、对应于矩形电极板19’的延伸部分B的一个内矩形延伸部分B和两个附加的最好是三角形的部分，且这些三角形部分从两侧延伸并在逐渐变窄的同时同样具有宽度B。这使得能够减小在边缘处的不连续性，从而与板的几何形状相协调。

图5显示了一种位置检测器，它的操作基本上与图1至4所示的实施例相同，并被设计成转动电位计的形式，该转动电位计包括一对孪生系统，从而只详细描述这些结构中的一个。可以看到一个外电阻滑道或电阻路径13，它具有环形的形状并具有在各个端部的交流连接部13a’、13b’，并且设置只有一个外连接部16a的耦合电极表面16’是沿着一个同心圆段的。

电位测量区和电位耦合区11、12的两个静止表面，被由电位测量探头和电位耦合探头构成的公共元件20所扫过，该部件支撑成进行转动的并可以例如由具有如图5所示的形状的冲压铜板整体地形成，其电位耦合探头部分17’将提取的电位传送到耦合电极表面16’

如果对线性的要求变高，则所有的实施例都需要进行线性度校准。在电阻元件的情况下，这种校准可以通过变化电阻路径宽度而方便地实现，而对于图2、3和4所示的实施例，线性度校准可以通过对分压器电阻进行校准与/或通过校正变窄或变宽的导体路径的宽度，而得以实现。

对于图4所示的实施例，还应该注意的是，在相反侧上的导体路径的形状，即测量电极表面25、25’的形状，可以根据需要选取，只要能够保证前表面与后元件表面的电容表面之间的电容具有预定的分割比。这可以通过对前表面上在不同电极板19之后的元件表面进行校准而实现。

最后，应该注意的是，在图8中以非常概略的方式显示的实施例中，传感器被设置在两侧上，即在电阻路径的两侧上设置了两个电位测量探头，即第一探头I和第二探头II，这样做非常适合于减小距离变化的影响并同时减小相对介电常数的局部或总体改变的影响。应能理解，当一个探头相对于它所扫描的电阻路径的距离改变时(例如向着距离增大的方向)，这势必同时引起了另一探头距电阻路径的距离的减小，因而这两种影响将基本上相互抵消。

至于测定电路，可以采用任何已知的与位移传感器相关联的测定电路，其中由位移检测器提取的信号得到处理和放大并以适当的方式得到显示。但特别适合的测定电路，是其中为了避免干扰影响(这种干扰影响可以是由于漏电阻和在位移检测器的输出端和/或测定电路的输入端的寄生电容引起的)，而借助适当装置(即借助对电位测量区的电源电压的相应调节)，将位移检测器提取的信号调节到零值的电位电平的测定电路。

最后，如果所有基本的部件特别是诸如电阻和集电器路径、电压分布元件、提取表面、测量探头等等上覆盖了保护层，则能够获得一种特别有利的实施例。该保护层由例如漆等等构成，并具有防湿和防磨损的特性，因而这种位置检测器可以被用在非常不利的条件下，即被用在流体中(例如在水或其他液体中)。

最后，应该注意的是，权利要求书特别是主权利要求旨在阐述本发明而不是本技术当前状态的深入知识，因此不能将它们解释为具有偏见性效果的。因而，应该理解的是本说明书、权利要书和附图中所描述的所有特征，对于本发明都是实质性的，且可以被单独或以任何组合包含在权利要求书中。

Claims

1.用于确定可移动体的相应几何位置、位移或角度的方法，包括沿着预定电位分布移动一个探头和测定该探头检测的测量值的步骤，其中

a)具有在至少一个方向上的几何形状上较大延伸部分的分压(分布)元件，以这样的方式被提供有交流电压，即沿着该分压(分布)元件至少一个方向获得了在至少一个方向上有不同的交流电压幅度的一个交流电压幅度分布图，

b)根据所要检测的位移、角度或位置，将电位测量探头沿着该至少一个方向引导，并将其保持在与该分压(分布)元件不相接触的间隔上，从而使电位测量探头根据它在任何时刻所处的位置通过电容耦合来检测交流电压幅度分布图的不同交流幅度，在电势探头的位移期间中电容关系基本上保持不变，

c)电位测量探头与一个电位耦合探头相连，以电容的方式对耦合电极起作用，从那里

d)传送由电位测量探头测量的交流电压幅度值以进行测定，该值根据耦合探头与耦合电极之间的对应位置而沿着测量方向变化。

2.非接触式基于电容的位置检测器，用于确定可移动体的各几何位置、位移或角度，其中设置了一个平面分压(分布)元件(13，13’，13”，13)—它具有至少一个沿着主方向并被提供有交流电源电压的的主延伸部分，

将一个电势测量探头(15，15’，15”)沿着该分压(分布)元件引导，且不与该分压(分布)元件相接触并处于一个在测量运动中不改变的距离上，

该电位测量探头至少在电气上与一个电位耦合探头相连接，并与该耦合探头相同步地一起进行测量运动，

该电位耦合探头以电容的方式与一个静止耦合电极表面(16)相互作用，并在其上提供由电位测量探头(15，15’，15”)检测的、相对于测量值线性变化的交流电压幅度供进行测定。

3.根据权利要求2的位置检测器，其中电位测量探头(15，15’，15”)和电位耦合探头(17)至少在相对表面(耦合电极表面16、电压分配元件13，13’，13”，13)的区域中构成并整体形成了具有平面延伸部分的导电部件，并为了进行测量移动而包括一个共同支撑件，该共同支撑件以这样的方式设计，使电位测量探头与电位耦合探头的区域中的电容关系相对于相应的相对表面(耦合电极表面；分压元件)基本上不变。

4.根据权利要求3的位置检测器，其中带有其相应分压元件的电位测量探头和带有其相应耦合电极表面的电位耦合探头分别组成了串联的测量和耦合电容器，这些电容不被测量移动所改变。

5.根据权利要求4的位置检测器，其中测量和耦合电容器的可移动部分(电位测量探头15，15’，15”；电位耦合探头17)分别能够沿着测量方向平行地一起受到驱动，而它们各自的电容器相对表面(分压(分布)元件13，13’，13”，13；耦合电极表面16)在承载基底上得到固定支撑。

6.根据权利要求2的位置检测器，其中电位测量探头(13，13’，13”，13)和电位耦合探头(17)是机械和电耦合的。

7.根据权利要求2的位置检测器，其中包括电位测量探头和相关的分压(分布)元件的电位测量区(11)和包括电位耦合探头(17)及其相关耦合电极表面(16)的电位耦合区(12)被设置在绝缘承载基底的相同的或相反的表面上。

8.根据权利要求2的位置检测器，其中分压(分布)元件(13)是电位计电阻路径(13)形式的分压器。

9.根据权利要求2的位置检测器，其中分压(分布)元件由彼此绝缘的电极板(19，19’)组成，且这些电极板沿着测量方向一个在一个之后地设置且其每一个都以适当的方式与电阻梯形分压电路(20)相连以一起获得具有阶梯电压曲线的分压器。

10.根据权利要求2的位置检测器，其中分压(分布)元件(13”)包括至少两个且最好是三个与测量方向成横向设置并沿着测量方向变窄或变宽的测量电极表面(21)，且相邻的测量电极表面沿着同一测量方向呈现方向相反的变窄或变宽特性。

11.根据权利要求2的位置检测器，其中分压(分布)元件(13””)包括覆在两侧上的电介质并在其一侧即对着电位测量探头(15”)的一侧上带有沿着测量方向而一个设置在一个之后的电极板(19’)，并在另一侧上带有沿着测量方向变窄或变宽的两个测量电极表面(25，25’)。

12.根据权利要求9的位置检测器，其中电位测量探头(15’)沿着测量方向的板的延伸部分等于各个电极板(19)沿着测量方向的宽度(B)。

13.根据权利要求12的位置检测器，其中电位测量探头的板由一个矩形部分和在两侧沿着测量方向延伸的两个三角部分组成，该矩形部分在测量方向上具有等于电极板(19)的宽度的延伸部分(B)。

14.根据权利要求2的位置检测器，其中至少一个由电位测量区(11)和电位耦合区(12)组成的测量系统被设置在一个公共圆形承载基底上，且分压元件(13)包括一条具有圆周的一部分的形式的电阻路径和与其同心地设置并且也沿着一个部分圆周段的内耦合电极表面(16’)，且一个公共导电部件(冲压部件)由电位耦合探头(17’)和电位测量探头(15””)的两个板状相对电容表面构成，它在机械和电气上经过一个整体形成的中间桥相连并受到共同支撑件的引导而沿着测量路径的预定部分圆周运动。

15.根据权利要求2的位置检测器，其中为了减小距离变化的影响，在双侧抽取配置中一个公共分压(分布)元件(电阻路径)在两侧上同时得到扫描。

16.根据权利要求2至15中任何一项的位置检测器，其中基本部件(电阻和集电器通路、电压分布元件、抽取表面、测量探头等等)都被覆有防湿和防腐保护层。