CN121089552B - 容栅位移传感器 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种容栅位移传感器。第一栅板，包括发射电极组，发射电极组包括沿第一方向排布的多个发射电极阵列；每个发射电极阵列包括沿第一方向周期排布的多个发射电极；第二栅板，包括反射电极；反射电极包括多个反射电极条；其中，一个发射电极组与一个反射电极构成一测量组；测量组中，在第一方向上，以各发射电极阵列中相同位置的发射电极为第一基准，各反射电极条相对于对应第一基准的偏移量不相等。通过使测量组中各反射电极条相对于对应第一基准的偏移量不相等，将受制程极限的节距分散为测量组中的多个偏移量，从而突破传统节距的物理限制，使容栅位移传感器在相同制程条件下实现更高精度的位移测量。

Description

容栅位移传感器

技术领域

本申请涉及电容式位移测量技术领域，特别是涉及一种容栅位移传感器。

背景技术

容栅传感器广泛用于各种位移检测量具，然而，受制造、装配等技术的限制，容栅传感器栅距的减少空间是非常有限的，这使得鉴相型容栅传感器位移量测系统难以实现更高分辨率的位移量测。

发明内容

本申请主要解决的技术问题是提供一种容栅位移传感器，解决现有技术中鉴相型容栅传感器位移量测系统难以实现更高分辨率的位移量测的问题。

为了解决上述技术问题，本申请提供的第一个技术方案为：提供一种容栅位移传感器，其中，包括：

第一栅板，包括发射电极组，所述发射电极组包括沿第一方向排布的多个发射电极阵列；每个所述发射电极阵列包括沿所述第一方向周期排布的多个发射电极；

第二栅板，包括反射电极；所述反射电极包括多个反射电极条；

其中，一个所述发射电极组与一个所述反射电极构成一测量组；

所述测量组中，在所述第一方向上，以各所述发射电极阵列中相同位置的所述发射电极为第一基准，各所述反射电极条相对于对应所述第一基准的偏移量不相等。

在一些实施例中，所述发射电极组的数量为多个，和/或所述反射电极的数量为多个，从而使得所有的所述发射电极组与所有的所述反射电极构成不同测量精度的多个所述测量组；

所述第一栅板还包括沿所述第一方向延伸设置的至少一个接收电极；在垂直于所述第一栅板的板面方向上，所述反射电极与对应的所述接收电极部分重叠设置；

所述发射电极组位于所述接收电极沿第二方向的侧边，所述第一方向与所述第二方向垂直设置。

在一些实施例中，所述发射电极组为两个，且位于所述接收电极的同一侧；所述反射电极为一个。

在一些实施例中，所述发射电极组为两个，且分别位于所述接收电极的相对两侧；

其中，所述反射电极为两个，两个所述反射电极间隔设置，且对应相同的所述接收电极；或，

所述反射电极为一个，所述反射电极依次横跨一所述发射电极组、所述接收电极和另一所述发射电极组。

在一些实施例中，所述发射电极组为一个；所述接收电极为两个，且分别位于所述发射电极组的相对两侧；所述反射电极为两个，且沿所述第一方向相对设置，并与所述接收电极一一对应设置。

在一些实施例中，同一所述测量组中，在所述第一方向上，所述发射电极的宽度等于所述反射电极条的宽度，所述发射电极阵列中的所述多个发射电极以第一节距周期排布；

每个所述发射电极阵列对应至少一个所述反射电极条；每个所述发射电极阵列对应的所述反射电极条构成一个反射电极组；同一所述测量组的所述反射电极组包括多个所述反射电极条时，所述反射电极条以第二节距周期排布，且所述第二节距为对应所述第一节距的整数倍。

在一些实施例中，所述发射电极组为多个，所述容栅位移传感器还包括控制电路，所述控制电路被配置为控制各所述发射电极组独立工作；每个所述测量组中，定义各所述反射电极组中相同位置的所述反射电极条为第二基准，在所述第一方向上，各所述第二基准相对于对应所述第一基准的偏移量构成数列，定义各所述数列中绝对值最小的非零项为参考项；各所述测量组的所述参考项互不相同。

在一些实施例中，所述测量组中，所述发射电极阵列以第三节距周期排布，所述第三节距为对应所述第一节距的n倍，且n为整数，在所述第一方向上，任意相邻两个所述反射电极组之间的中心间距大于所述第一节距的n倍，且小于所述第一节距的n+1倍；或，

所述测量组中，所述反射电极组沿所述第一方向以第四节距周期排布，所述第四节距为对应所述第一节距的m倍，m为整数，在所述第一方向上，任意相邻所述发射电极阵列之间的中心间距大于所述第一节距的m-1倍，且小于所述第一节距的m倍。

在一些实施例中，至少一个所述测量组中，在所述第一方向上，各所述第二基准相对于对应所述第一基准的偏移量构成等差数列，且所述等差数列的公差由对应所述第一节距与对应所述发射电极组的所述发射电极阵列的总数的比值确定。

在一些实施例中，每个所述测量组中，各所述发射电极阵列的激励信号的相位被均匀分布在一个预设周期内。

本申请的有益效果：区别于现有技术，本申请提供了一种容栅位移传感器，容栅位移传感器包括第一栅板和第二栅板。第一栅板，包括发射电极组，发射电极组包括沿第一方向排布的多个发射电极阵列；每个发射电极阵列包括沿第一方向周期排布的多个发射电极；第二栅板，包括反射电极；反射电极包括多个反射电极条；其中，一个发射电极组与一个反射电极构成一测量组；测量组中，在第一方向上，以各发射电极阵列中相同位置的发射电极为第一基准，各反射电极条相对于对应第一基准的偏移量不相等。通过使测量组中各反射电极条相对于对应第一基准的偏移量不相等，将受制程极限的节距分散为测量组中的多个偏移量，从而突破传统节距的物理限制，使容栅位移传感器在相同制程条件下实现更高精度的位移测量。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术工作者来讲，在不付出任何创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本申请实施例提供的容栅位移传感器第一实施例的结构示意图；

图2为图1中发射电极阵列和反射电极条的相对位置示意图；

图3为本申请实施例提供的容栅位移传感器第二实施例的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的容栅位移传感器第三实施例的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的容栅位移传感器第四实施例的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的容栅位移传感器第五实施例的结构示意图；

图7为本申请实施例提供的一测量组第一实施例的结构示意图；

图8为本申请实施例提供的一测量组第二实施例的结构示意图；

图9为本申请实施例提供的一测量组第三实施例的结构示意图；

图10为本申请实施例提供的第一栅板与第二栅板之间的等效电路示意图；

图11为图10中各发射电极阵列与反射电极之间的耦合电容-位移对应关系示意图；

图12为本申请实施例提供的容栅位移传感器第六实施例的结构示意图；

图13为本申请实施例提供的第二栅板一实施例的结构示意图；

图14为本申请实施例提供的容栅位移传感器第七实施例的结构示意图；

图15为本申请实施例提供的发射电极阵列、反射电极条和第一装配刻度第一实施例的结构示意图；

图16为本申请实施例提供的发射电极阵列、反射电极条和第一装配刻度第二实施例的结构示意图；

图17为本申请实施例提供的发射电极阵列、反射电极条和第一装配刻度第三实施例的结构示意图；

图18为本申请实施例提供的发射电极阵列、反射电极条和第一装配刻度第四实施例的结构示意图；

图19为本申请实施例提供的容栅位移传感器一实施例的结构示意图。

附图标号说明：

1、容栅位移传感器；100、第一栅板；110、第一载台；10、发射电极阵列；101、发射电极组；11、发射电极；12、接收电极；13、连接桥；14、第一基底；15、第一装配刻度；200、第二栅板；210、第二载台；20、反射电极；201、第二基底；21、反射电极条；22、反射电极组；23、反射电极块；24、第二装配刻度；300、柔性电路板；400、印刷电路板；L1、第一节距；L2、第二节距；L3、第三节距；L4、第四节距；C1/C2/C3/C4/C0、耦合电容。

具体实施方式

下面结合说明书附图，对本申请实施例的方案进行详细说明。

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、接口、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请。

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术工作者在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请中的术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。本申请实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术工作者显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

现有技术中，容栅传感器包括互相平行但不接触的副栅和主栅，副栅上有发射极和接收极，主栅上有反射极和屏蔽极。副栅和主栅的相对位移会改变发射极、反射极之间的耦合电容而实现接收极与发射极的信号发生移相，该移相后的电信号通过数据处理电路送出可计算出相对位移量。

根据有源鉴相容栅技术的测量机理，经鉴相操作得到的相位差与容栅传感器栅极的位移变化量并非完全呈线性比例关系，而是有约0.1%的偏差。因此需要采用较低的分辨率来保证一定的输出精度。此外，驱动信号的频率与容栅传感器中栅极的面积有较强的电气相关性，为了适应容栅传感器与芯片的阻抗匹配要求，同时为了兼顾低功耗和具有一定的分辨率，通常将容栅传感器的驱动频率设置在200Hz～500Hz之间，而将芯片的工作频率设置在100kHz～300kHz之间，这也使得测量系统的分辨率较低，想要提高分辨率，就需要减少容栅传感器的栅距。

然而，受制造、装配等技术的限制，容栅传感器栅距的减少空间是非常有限的，这使得鉴相型容栅传感器位移量测系统难以实现更高分辨率的位移量测。

请参阅图1和图2，图1为本申请实施例提供的容栅位移传感器第一实施例的结构示意图，图2为图1中发射电极阵列和反射电极条的相对位置示意图。

为了解决上述技术问题，本申请提供一种容栅位移传感器1，其中，包括第一栅板100和第二栅板200。第一栅板100，包括发射电极组101，发射电极组101包括沿第一方向排布的多个发射电极阵列10；每个发射电极阵列10包括沿第一方向周期排布的多个发射电极11；第二栅板200，包括反射电极20；反射电极20包括多个反射电极条21；其中，一个发射电极组101与一个反射电极20构成一测量组；测量组中，在第一方向上，以各发射电极阵列10中相同位置的发射电极11为第一基准，各反射电极条21相对于对应第一基准的偏移量不相等。

通过使测量组中各反射电极条21相对于对应第一基准的偏移量不相等，将受制程极限的节距分散为测量组中的多个偏移量，从而突破传统节距的物理限制，使容栅位移传感器1在相同制程条件下实现更高精度的位移测量。

第一方向为直线矢量方向。第一方向平行于测量方向。

在测量过程中，第一栅板100与第二栅板200沿测量方向具有相对位移。

第一栅板100与第二栅板200中的一个为定栅，另一个为动栅。

示例性地，第一栅板100为定栅，第二栅板200为动栅。

第一栅板100与第二栅板200在垂直于第一栅板100的板面方向上间隔设置。

每个反射电极组22中发射电极阵列10的数量可以相等，也可以不相等，根据实际需求进行选择。

示例性地，发射电极组101中的所有发射电极阵列10沿第一方向排布，且沿垂直于第一方向上的两端对齐。

在其他实施例中，发射电极组101中的发射电极阵列10沿第一方向依次间隔排布，且至少部分相邻两个发射电极阵列10在沿垂直于第一方向上错位设置。

测量组中，各反射电极条21横跨对应的发射电极阵列10。

发射电极阵列10还包括连接桥13。连接桥13用于连接相邻发射电极11，以使发射电极阵列10中的各发射电极11之间电连接，以便于接收激励信号。

连接桥13与发射电极11位于不同层，以避免连接桥13影响发射电极11与对应反射电极20之间的耦合效果。

发射电极组101为至少一个。

示例性地，如图1所示，发射电极组101为一个。

在一些实施例中，发射电极组101的数量为多个，和/或反射电极20的数量为多个，从而使得所有的发射电极组101与所有的反射电极20构成不同测量精度的多个测量组；第一栅板100还包括沿第一方向延伸设置的至少一个接收电极12；在垂直于第一栅板100的板面方向上，反射电极20与对应的接收电极12部分重叠设置；发射电极组101位于接收电极12沿第二方向的侧边，第一方向与第二方向垂直设置。

不同测量精度的多个测量组的设计，使得容栅位移传感器1的测量精度可选，从而可根据应用需求灵活选择测量精度，实现性能与效率的协同优化。

发射电极11被施加激励信号。发射电极11周围会产生一个电场，并投射到对应的反射电极20上。反射电极20浮空设置，即，反射电极20不通电。反射电极20虽然不通电，但它是导体。根据电磁学原理，电场会在这些浮空的反射电极20上感应出电荷，使其产生一个电势。带有感应电势的反射电极20自身也成为了一个场源，会发射电场。此时，接收电极12基于从反射电极20返回的电场，从而在其内部感应出电流/电压信号。接收电极12感应到的信号强度，取决于发射电极11-反射电极20-接收电极12三者之间的重叠面积。重叠面积大，电场耦合强，接收到的信号就强。

接收电极12与反射电极20的部分重叠设计以增强电容耦合效果。

示例性地，反射电极20与对应的接收电极12的重叠区域部分为块状结构，进一步增强接收电极12与反射电极20之间的电容耦合效果以及电容变化的灵敏度。

测量组中，反射电极条21沿第二方向延伸设置，且沿第一方向间隔排布。

一个测量组对应一个接收电极12。测量组之间可以共享同一接收电极12，也可以对应不同的接收电极12。

发射电极组101为多个时，多个发射电极组101之间分时工作，以减少信号干扰。

请参与图3至图6，图3为本申请实施例提供的容栅位移传感器第二实施例的结构示意图，图4为本申请实施例提供的容栅位移传感器第三实施例的结构示意图，图5为本申请实施例提供的容栅位移传感器第四实施例的结构示意图，图6为本申请实施例提供的容栅位移传感器第五实施例的结构示意图。

如图3所示，在第一具体实施例中，发射电极组101为两个，且位于接收电极12的同一侧；反射电极20为一个。

两个发射电极组101与一个反射电极20可分别构成两个测量组。

两个测量组共享同一接收电极12和同一反射电极20，以减少接收电极12和反射电极20的数量，从而节约成本。

示例性地，第一个测量组中，每个发射电极阵列10对应两个反射电极条21，且对应的两个反射电极条21与各自对应的发射电极11的重叠面积相同，以增加发射电极11与反射电极20之间的耦合效应。第二个测量组中，每个发射电极阵列10对应一个反射电极条21，且各反射电极条21相对于对应第一基准的偏移量不相等。

两个测量组对应的测量精度不同，以供使用者进行选择。

如图4和图5所示，在第二具体实施例中，发射电极组101为两个，且分别位于接收电极12的相对两侧；其中，反射电极20为两个，两个反射电极20间隔设置，且对应相同的接收电极12；或，反射电极20为一个，反射电极20依次横跨一发射电极组101、接收电极12和另一发射电极组101。

发射电极组101为两个，可构成两个测量组。

两个发射电极组101分别位于接收电极12沿第二方向的相对两侧，以减少各发射电极组101与接收电极12之间的间距，从而可减少反射电极条21上沿第二方向的延伸长度，从而减少阻抗进而增强耦合效应。

如图4所示，在一些实施例中，反射电极20为两个，两个反射电极20间隔设置，且对应相同的接收电极12，以减少接收电极12的数量，节约成本；以及，每个发射电极组101对应不同的反射电极20，以减少干扰。

如图5所示，在另一些实施例中，反射电极20为一个，反射电极20依次横跨一发射电极组101、接收电极12和另一发射电极组101，以使两个侧量组共享同一接收电极12，便于接收电极12的制备。

如图6所示，在第三具体实施例中，发射电极组101为一个；接收电极12为两个，且分别位于发射电极组101的相对两侧；反射电极20为两个，且沿第一方向相对设置，并与接收电极12一一对应设置。

一发射电极组101与两个接收电极12，可分别构成两个测量组。

在第一方向上，两个反射电极20之间存在重叠区域。

示例性地，每个测量组中，每个发射电极阵列10对应一个反射电极条21。每个发射电极阵列10对应位于不同测量组的两个反射电极条21，以使两个反射电极20中的反射电极条21在第一方向上交替设置。该设计不仅可以减少发射电极阵列10的数量，同时还可以减少反射电极条21沿第二方向的延伸长度从而增强耦合效应。

在其他实施例中，每个测量组中，一个反射电极条21可对应一个或多个反射电极条21。

在其他实施例中，容栅位移传感器1还可以包括两个以上的测量组，根据实际需求进行选择。例如，接收电极12为一个，发射电极组101为四个，两个发射电极组101位于接收电极12的一侧，且沿第一方向或第二方向并排设置，另外两个发射电极组101位于接收电极12的另一侧，且沿第一方向或第二方向并排设置。

在一些实施例中，同一测量组中，在第一方向上，发射电极11的宽度等于反射电极条21的宽度，发射电极阵列10中的多个发射电极11以第一节距L1周期排布；每个发射电极阵列10对应至少一个反射电极条21；每个发射电极阵列10对应的反射电极条21构成一个反射电极组22；同一测量组的反射电极组22包括多个反射电极条21时，反射电极条21以第二节距L2周期排布，且第二节距L2为对应第一节距L1的整数倍。

第一节距L1为同一发射电极阵列10中相邻两个发射电极11在测量方向上的中心间距。第一节距L1也可叫作栅距。

示例性地，每个发射电极组101中，各发射电极11的尺寸和形状均相等，且同一发射电极阵列10中各发射电极11之间等间距设置。发射电极阵列10中，相邻发射电极11之间的间距等于发射电极11的宽度。即，第一节距L1为相邻发射电极11之间的间距的两倍。

在其他实施例中，发射电极阵列10中，相邻发射电极11之间的间距与发射电极11的宽度可以不相等。

通过反射电极条21的周期性排列和方向设置，能够有效提升电容耦合效率，使位移变化与电容变化之间建立更精确的对应关系。

反射电极条21与发射电极11的等宽设计，有助于保持电容耦合的稳定性。

反射电极组22包括多个反射电极条21时，第二节距L2相对于第一节距L1的倍数关系可实现信号周期性增强，为高精度位移检测提供了更可靠的电学基础。同时，可通过调整发射电极阵列10与反射电极条21的节距比例优化信号采集效果。

示例性地，第二节距L2大于第一节距L1，可减少反射电极条21的制备难度。

在一些实施例中，发射电极组101为多个，容栅位移传感器1还包括控制电路（图未示），控制电路被配置为控制各发射电极组101独立工作；每个测量组中，定义各反射电极组22中相同位置的反射电极条21为第二基准，在第一方向上，各第二基准相对于对应第一基准的偏移量构成数列，定义各数列中绝对值最小的非零项为参考项；各测量组的参考项互不相同。

选择哪个测量组进行测量时，控制电路控制对应的发射电极组101工作，以减少信号间的干扰。

参考项决定了测量组的测量精度。

示例性地，如图3所示，以一发射电极组101包括4个发射电极阵列10，另一发射电极组101包括2个发射电极组101为例进行说明。第一个测量组中，每个发射电极阵列10对应两个反射电极条21，且对应的两个反射电极条21与各自对应的发射电极11电极的重叠面积相同，即，第一个测量组的反射电极组22包括两个反射电极条21。第二个测量组中，每个发射电极阵列10对应一个反射电极条21，即，第二个测量组的反射电极组22包括1个反射电极条21。第一个测量组，一反射电极组22中的反射电极条21与对应的发射电极11完全重叠设置，另一反射电极组22中的反射电极条21分别位于发射电极11之间，以每个发射电极阵列10中的第一个发射电极11为第一基准，以反射电极组22中的第一个反射电极条21为第二基准，则，数列依次包括0、L1/2；以反射电极组22中的第二个反射电极条21为第二基准，则，数列依次包括L2、L2+L1/2。第一个测量组中的参考项为L1/2，即，第一个测量组的测量精度为L1/2。第二个测量组，各反射电极20与对应的发射电极阵列10中的第一个发射电极11的偏移量依次为0、L1/4、L1/2、3L1/4，参考项为L1/4，即，第二个测量组的测量精度为L1/4。

请参阅图7至图9，图7为本申请实施例提供的一测量组第一实施例的结构示意图，图8为本申请实施例提供的一测量组第二实施例的结构示意图，图9为本申请实施例提供的一测量组第三实施例的结构示意图。

如图7所示，在一些实施例中，测量组中，发射电极阵列10以第三节距L3周期排布，第三节距L3为对应第一节距L1的n倍，且n为整数，在第一方向上，任意相邻两个反射电极组22之间的中心间距大于第一节距L1的n倍，且小于第一节距L1的n+1倍。

单个测量组中的各发射电极阵列10的结构均相同。

示例性地，在第一方向上，任意相邻两个反射电极组22之间的中心间距均相等，且为nL+L1/4。

在其他实施例中，如图8所示，在第一方向上，任意相邻两个反射电极组22之间的中心间距可以不相等。

将任意相邻两个反射电极组22之间的中心间距限定为大于第一节距L1的n倍，且小于第一节距L1的n+1倍，可以将第二基准相对对应的第一基准的偏移量的绝对值均控制在一个第一节距L1长度内，尽可能地增大量程且减少发射电极阵列10中发射电极11的数量。

如图9所示，在另一些实施例中，测量组中，反射电极组22沿第一方向以第四节距L4周期排布，第四节距L4为对应第一节距L1的m倍，m为整数，在第一方向上，任意相邻发射电极阵列10之间的中心间距大于第一节距L1的m-1倍，且小于第一节距L1的m倍。

单个测量组中的各发射电极阵列10的结构均相同。

示例性地，在第一方向上，任意相邻发射电极阵列10之间的中心间距均相等，且为mL-L1/4。

将任意相邻发射电极阵列10之间的中心间距限定为大于第一节距L1的m-1倍，且小于第一节距L1的m倍，可以将第二基准相对对应的第一基准的偏移量的绝对值均控制在一个第一节距L1长度内，尽可能地增大量程且减少发射电极阵列10中发射电极11的数量。

在其他实施例中，任意相邻发射电极阵列10之间的中心间距可以不相等。

在其他实施例中，任意相邻发射电极阵列10之间的中心间距可以不相等，以及任意相邻反射电极组22之间的中心间距可以不相等。

在一些实施例中，至少一个测量组中，在第一方向上，各第二基准相对于对应第一基准的偏移量构成等差数列，且等差数列的公差由对应第一节距L1与对应发射电极组101的发射电极阵列10的总数的比值确定。

偏移量具有正负性。

单个测量组中，等差数列的公差的绝对值为第一节距L1的数值与对应发射电极阵列10的总数的比值。

示例性地，如图3和图7所示，以第二个测量组为例，以每个发射电极阵列10中的第一个发射电极11为第一基准，各第二基准相对于对应第一基准的偏移量构成的等差数列依次包括0、L1/4、L1/2、3L1/4。

请参阅图1，图10和图11，图10为本申请实施例提供的第一栅板与第二栅板之间的等效电路示意图，图11为图10中各发射电极阵列与反射电极之间的耦合电容-位移对应关系示意图。

在一些实施例中，每个测量组中，各发射电极阵列10的激励信号的相位被均匀分布在一个预设周期内。

示例性地，一个预设周期即为π。

发射电极阵列10的激励信号的相位在预设周期内均匀分布，指多个激励信号的相位按相等间隔分布，例如图1中测量组中的四个发射电极阵列10的激励信号相位差为π/4。这种分布方式通过将相位差均匀分割预设周期，使各发射电极阵列10的激励信号在时间轴上形成等角度间隔。

在其他实施例中，一个预设周期可以是其他值。

示例性地，采用多个信号源分别生成相位差固定的正弦波或余弦波。例如，信号源为电压源。

示例性地，信号源的数量与发射电极阵列10的数量相同。

在其他实施例中，还可以通过数字信号处理生成具有特定相位关系的激励信号。

每个发射电极阵列10与对应的接收电极12之间形成一个耦合电容，依次表示为C1、C2、C3、C4。当第一栅板100与第二栅板200发生相对位移时，各电容值随之变化（例如从位移0时的C1=c、C2=c/2、C3=0、C4=c/2，到位移L1/4时的C1=c/2、C2=c、C3=c/2、C4=0）。同时，各发射电极阵列10的激励信号具有特定相位差，使得通过各耦合电容传输至接收电极12的信号不仅幅度受电容值调制，相位也各不相同。这四路信号通过接收耦合电容C0在接收电极12上矢量叠加，形成合成信号，其幅值和相位综合反映了相对位移信息，实现了对位移的精确检测。

位移为L1的非零整数倍数时，各耦合电容均与位移为0时的耦合电容相同，以此形成循环周期，可对周期进行计数以确定位移的整数周期部分，然后根据各发射电极阵列10对应的耦合电容并查询耦合电容-位移对关系表获得周期内的精细位移值。

通过将激励信号相位均匀分布在周期内，能够使容栅位移传感器1在位移变化时获得更均匀的电容耦合特性，减少因相位分布不均导致的误差。这种相位分布方式可提升信号采集的稳定性，使鉴相电路能更准确地捕捉相位差变化，从而提高位移测量的分辨率和精度。同时，均匀的相位分布有助于降低多路激励信号之间的相互干扰，增强抗噪声能力，进而实现更可靠的位移检测。

请参阅图12，图12为本申请实施例提供的容栅位移传感器第六实施例的结构示意图。

本申请还提供一种容栅位移传感器1。容栅位移传感器1包括第一栅板100和第二栅板200。第一栅板100，包括第一载台110和多个发射电极阵列10，每个发射电极阵列10包括沿预设方向以第一节距L1周期排布的多个发射电极11；第二栅板200，包括第二载台210和反射电极20；反射电极20包括反射电极条21；其中，发射电极阵列10可调节地设置于第一载台110，和/或，反射电极条21可调节地设置于第二载台210；在预设方向上，以各发射电极阵列10中相同位置的发射电极11为第一基准，各反射电极条21相对于对应第一基准的偏移量不相等，且偏移量可调。

通过使各反射电极条21相对于对应第一基准的偏移量不相等，将受制程极限的节距分散为多个偏移量，从而突破传统节距的物理限制，使容栅位移传感器1在相同制程条件下实现更高精度的位移测量。同时，发射电极阵列10和/或反射电极条21的可调节设计，可根据所需的测量精度调整发射电极阵列10与反射电极条21的偏移量，使得容栅位移传感器1的测量精度可调，实现性能与效率的协同优化。

每个发射电极阵列10中的发射电极11的数量可以相同，也可以不同，此处不作过多限制，根据实际需求进行选择。

预设方向为直线矢量方向。预设方向平行于测量方向。预设方向即为第一方向。

在测量过程中，第一栅板100与第二栅板200沿测量方向具有相对位移。

第一栅板100与第二栅板200中的一个为定栅，另一个为动栅。

在一些实施例中，第一栅板100还包括多个第一基底14，每个第一基底14上装配有一个发射电极阵列10，通过调整第一基底14与第一载台110沿预设方向的相对位移，调节偏移量；在预设方向上，发射电极11的宽度等于对应反射电极条21的宽度。

发射电极阵列10还包括连接桥13。连接桥13用于连接相邻发射电极11，以使发射电极阵列10中的各发射电极11之间电连接，以便于接收激励信号。

连接桥13与发射电极11位于不同层，以避免连接桥13影响发射电极11与对应反射电极20之间的耦合效果。

本申请实施例对连接桥13与发射电极11的材质不作限制，根据实际需求进行选择。例如，连接桥13与发射电极11的材质可以相同，也可以不同。

在一些实施例中，第一栅板100还包括沿预设方向延伸设置且设置于第一载台110的接收电极12。在垂直于第一栅板100的板面方向上，反射电极20与对应的接收电极12部分重叠设置。

发射电极阵列10位于接收电极12沿第二方向的侧边，预设方向与第二方向垂直设置。

发射电极阵列10设置于第一基底14上，便于调节发射电极阵列10在第一载台110上的相对位置；以及第一基底14承载发射电极阵列10，还可以在一定程度上防止发射电极阵列10形变导致测量不准确。另外，相比于在第一载台110上整片制备发射电极阵列10，本实施例通过调整第一基底14与第一载台110沿预设方向的相对位移来调节偏移量，使得各发射电极阵列10的定位更精确，测量更准确。

发射电极11与反射电极条21的等宽设计，便于测量精度的调节。

示例性地，第一基底14为矩形，便于定位。

示例性地，第一基底14上可以设置定位标记，便于第一基底14的定位。

在其他实施例中，第一基底14可以为其他形状，此处不作过多限制，根据实际需求进行选择。

在一些实施例中，第一基底14与第一载台110滑动连接；或，第一基底14可拆卸地设置于第一载台110，以实现第一基底14的更换。

在一具体实施例中，第一基底14与第一载台110滑动连接，第一基底14至少可相对于第一载台110沿预设方向滑动。例如，第一基底14可以沿预设方向滑动，还可以沿第二方向（图12未示出）滑动，使得第一载台110可以容纳更多的第一基底14，从而可调节更多的测量精度。第二方向垂直于第一方向。

示例性地，第一载台110上可以设置滑槽或滑道，第一基底14装配于滑槽或滑道内，可对第一基底14进行限位。

在另一具体实施例中，第一基底14可拆卸地设置于第一载台110，以实现第一基底14的更换。第一基底14可以采用卡扣、插接、磁吸或螺纹连接等方式与第一载台110连接。

示例性地，可以设计多个发射电极组（图未示），每个发射电极组包括多个发射电极阵列10。一个发射电极组对应一个测量精度，根据所需精度直接更换对应的发射电极组，即，各发射电极组在第一载台110上的装配位置为预设位置，从而可简化装配。

示例性地，可以设计多个发射电极阵列10，根据所需测量精度对各发射电极阵列10进行组合装配。即，装配在第一载台110上的发射电极阵列10的结构可以相同，也可以不同。

在一些实施例中，第一载台110具有沿预设方向延伸设置的第一装配刻度15，第一基底14的安装位置基于第一装配刻度15确定；第一装配刻度15的线宽与线距均等于发射电极11的宽度。

此处对第一装配刻度15的图案不作限制，根据实际需求进行选择。

可采用显微镜等精密仪器基于第一装配刻度15对第一基底14进行定位，可提升定位精度和测量准确性。

请参阅图12至图14，图13为本申请实施例提供的第二栅板一实施例的结构示意图，图14为本申请实施例提供的容栅位移传感器第七实施例的结构示意图。

在另一些实施例中，每个发射电极阵列10对应至少一个反射电极条21；每个发射电极阵列10对应的发射电极11条构成一个反射电极组22；第二栅板200还包括第二基底201，每个第二基底201上装配有一个反射电极组22，通过调整第二基底201与第二载台210沿预设方向的相对位移，调节偏移量；反射电极组22中反射电极条21为多个时，反射电极条21以第二节距L2周期排布，且第二节距L2为第一节距L1的整数倍。

每个反射电极组22均包括一个反射电极条21时，在预设方向上，以各发射电极阵列10中相同位置的发射电极11为第一基准，各反射电极条21相对于对应第一基准的偏移量不相等。

如图14所示，每个反射电极组22均包括多个反射电极条21时，反射电极条21以第二节距L2周期排布，且第二节距L2为第一节距L1的整数倍，以使反射电极组22中各反射电极条21与对应的发射电极11的重叠面积相同，增强耦合效应的同时减少反射电极条21之间的信号干扰。另外，相比于在第二载台210上整片制备反射电极20，本实施例通过调整第二基底201与第二载台210沿预设方向的相对位移来调节偏移量，使得各反射电极条21的定位更精确，测量更准确。

第二基底201的反射电极条21之间相互连接。

示例性地，如图13所示，反射电极20还包括设置于第二载台210的反射电极块23，装配于第二载台210上的第二基底201上的反射电极组22分别与反射电极块23电连接。

反射电极块23沿预设方向延伸设置，以便于各反射电极组22与反射电极块23电连接。

示例性地，反射电极20通过反射电极块23与接收电极12部分重叠设置。即，在垂直于第一栅板100的板面方向上，反射电极块23与接收电极12至少部分重叠设置。

第二基底201与第二载台210之间可以是滑动连接，也可以是可拆卸连接，此处不作过多赘述，参照第一基底14与第一载台110的连接。

各反射电极组22之间可以呈周期排布，也可以不呈周期排布，根据实际需求进行选择。

在其他实施例中，容栅位移传感器1包括上述的第一基底14和第二基底201，使得发射电极阵列10与反射电极条21均可调。

在一些实施例中，第二载台210具有沿预设方向延伸设置的第二装配刻度24，第二基底201的安装位置基于第二装配刻度24确定；第二装配刻度24的线宽与线距均等于反射电极条21的宽度。

可采用显微镜等精密仪器基于第二装配刻度24对第二基底201进行定位，可提升定位精度和测量准确性。

此处对第二装配刻度24的图案不作限制，根据实际需求进行选择。

请参阅图15至图18，图15为本申请实施例提供的发射电极阵列、反射电极条和第一装配刻度第一实施例的结构示意图，图16为本申请实施例提供的发射电极阵列、反射电极条和第一装配刻度第二实施例的结构示意图，图17为本申请实施例提供的发射电极阵列、反射电极条和第一装配刻度第三实施例的结构示意图，图18为本申请实施例提供的发射电极阵列、反射电极条和第一装配刻度第四实施例的结构示意图。

在一些实施例中，发射电极阵列10以第三节距L3周期排布；第三节距L3为第一节距L1的n倍，n为整数；在预设方向上，任意相邻反射电极组22之间的中心间距大于第一节距L1的n倍，且小于第一节距L1的n+1倍。

各发射电极阵列10的结构相同，且各发射电极组101的结构相同。

示例性地，如图15所示，每个发射电极组101包括一个发射电极11条，任意相邻两个反射电极条21之间的中心间距均相等，且为nL1+L1/4。具体地，以各发射电极阵列10中的第一个发射电极11为第一基准，在预设方向上，各反射电极条21相对第一基准的偏移量依次为0、L1/4、L1/2、3L1/4。

在其他实施例中，各反射电极组22之间的中心间距可以不等，此处不作过多限制。例如，如图16所示，以各发射电极阵列10中的第一个发射电极11为第一基准，在预设方向上，各反射电极条21相对第一基准的偏移量依次为0、L1/8、L1/2、3L1/4，依次相邻两个发射电极11条之间的中心间距依次为nL1+L1/8、nL1+3L1/8、nL1+L1/4。

将任意相邻反射电极组22之间的中心间距限定为大于第一节距L1的n倍，且小于第一节距L1的n+1倍，可以将第二基准相对对应的第一基准的偏移量的绝对值均控制在一个第一节距L1长度内，尽可能地增大量程且减少发射电极阵列10中发射电极11的数量。

在另一些实施例中，反射电极组22沿预设方向以第四节距L4周期排布；第四节距L4为第一节距L1的m倍，m为整数；在预设方向上，任意相邻发射电极阵列10之间的中心间距大于第一节距L1的m-1倍，且小于第一节距L1的m倍。

各发射电极阵列10的结构相同，且各发射电极组101的结构相同。

示例性地，如图17所示，每个发射电极组101包括一个发射电极11条，任意相邻两个发射电极阵列10之间的中心间距均相等，且为mL1-L1/4。具体地，以发射电极阵列10中的第一个发射电极11为第一基准，在预设方向上，各反射电极条21相对第一基准的偏移量依次为0、L1/4、L1/2、3L1/4。

在其他实施例中，各发射电极阵列10之间的中心间距可以不等，此处不作过多限制。

将任意相邻发射电极阵列10之间的中心间距限定为大于第一节距L1的m-1倍，且小于第一节距L1的m倍，可以将第二基准相对对应的第一基准的偏移量的绝对值控制在一个第一节距L1长度内，尽可能地增大量程且减少发射电极阵列10中发射电极11的数量。

在其他实施例中，各发射电极阵列10之间可以不等距间隔设置，以及各反射电极组22之间可以不等距间隔设置。

在一些实施例中，如图16所示，定义各反射电极组22中相同位置的反射电极条21为第二基准；在预设方向上，各第二基准相对于对应第一基准的偏移量构成等差数列，且等差数列的公差由第一节距L1与发射电极阵列10的总数的比值确定。

示例性地，以发射电极阵列10中的第一个发射电极11为第一基准，在预设方向上，各反射电极条21相对第一基准的偏移量依次为0、L1/4、L1/2、3L1/4。

在其他实施例中，如图18所示，在预设方向上，各第二基准相对于对应第一基准的偏移量构成的数列可为非等差数列。

在其他实施例中，依次排布的多个反射电极阵列中，依次排布的各第二基准相对第一基准的偏移量可以是单调数列，也可以是非单调数列。例如，如图18所示，以发射电极阵列10中的第一个发射电极11为第一基准，依次排布的各第二基准相对第一基准的偏移量依次为0、3L1/2、3L1/4、L1/4，该数列为非单调数列。

在一些实施例中，如图10至图12所示，各发射电极阵列10的激励信号的相位被均匀分布在一个预设周期内。

示例性地，一个预设周期即为π。

发射电极阵列10的激励信号的相位在预设周期内均匀分布，指多个激励信号的相位按相等间隔分布。这种分布方式通过将相位差均匀分割预设周期，使各发射电极阵列10的激励信号在时间轴上形成等角度间隔。

在其他实施例中，一个预设周期可以是其他值。

示例性地，采用多个信号源分别生成相位差固定的正弦波或余弦波。

示例性地，信号源的数量与发射电极阵列10的数量相同。

在其他实施例中，还可以通过数字信号处理生成具有特定相位关系的激励信号。

示例性地，每个发射电极阵列10与对应的接收电极12之间形成一个耦合电容，依次表示为C1、C2、C3、C4。当第一栅板100与第二栅板200发生相对位移时，各电容值随之变化（例如从位移0时的C1=c、C2=c/2、C3=0、C4=c/2，到位移L1/4时的C1=c/2、C2=c、C3=c/2、C4=0）。同时，各发射电极阵列10的激励信号具有特定相位差，使得通过各耦合电容传输至接收电极12的信号不仅幅度受电容值调制，相位也各不相同。这四路信号通过接收耦合电容C0在接收电极12上矢量叠加，形成合成信号，其幅值和相位综合反映了相对位移信息，实现了对位移的精确检测。

在一些实施例中，容栅位移传感器1还包括相位鉴定电路（图未示）和计数电路（图未示）。

相位鉴向电路配置为接收第一栅板100与第二栅板200相对位移时接收电极12输出的感应信号，并通过鉴别其相位超前或滞后关系，输出一表征位移方向逻辑电平的方向信号。

计数电路连接至相位鉴向电路的输出端，其被配置为一种可逆计数器，以方向信号为加减计数模式控制输入，对经细分的位移脉冲进行计数；藉此，相位鉴向电路与计数电路协同作用，将相对位移的矢量信息转换为精确的数字量输出，从而实现位移方向判别与位移量累计。

接收电极12输出的感应信号是周期性的，第一栅板100与第二栅板200相对位移一个第一节距L1，感应信号完成一个周期。对感应信号的周期（或脉冲）进行连续计数，以累计总的相对位移量。

计数电路对感应信号的周期进行计数以确定位移的整数周期部分，然后通过检测信号的相位差并查询预存的相位-位移对应表或根据，获得周期内的精细位移值，最终将二者融合输出精确的唯一位置值。即可通过周期循环的次数和相位差，获得第一栅板100与第二栅板200之间的相对位移量的精确值。

请参阅图19，图19为本申请实施例提供的容栅位移传感器一实施例的结构示意图。

在一些实施例中，容栅位移传感器1还包括柔性电路板300和印刷电路板400。印刷电路板400通过柔性电路板300与第一栅板100连接。

示例性地，相位鉴定电路和计数电路可集成于印刷电路板400中。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利保护范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种容栅位移传感器，其特征在于，包括：

第一栅板，包括发射电极组，所述发射电极组包括沿第一方向排布的多个发射电极阵列；每个所述发射电极阵列包括沿所述第一方向周期排布的多个发射电极；

第二栅板，包括反射电极；每个所述反射电极包括多个反射电极条；

其中，一个所述发射电极组与一个所述反射电极构成一测量组；

所述测量组中，在所述第一方向上，以各所述发射电极阵列中相同位置的所述发射电极为第一基准，各所述反射电极条相对于对应所述第一基准的偏移量不相等；

每个所述发射电极阵列对应至少一个所述反射电极条；每个所述发射电极阵列对应的所述反射电极条构成一个反射电极组；所述发射电极组为多个，所述容栅位移传感器还包括控制电路，所述控制电路被配置为控制各所述发射电极组独立工作；每个所述测量组中，定义各所述反射电极组中相同位置的所述反射电极条为第二基准，在所述第一方向上，各所述第二基准相对于对应所述第一基准的偏移量构成数列，定义各所述数列中绝对值最小的非零项为参考项；各所述测量组的所述参考项互不相同。

2.根据权利要求1所述的容栅位移传感器，其特征在于，所述反射电极的数量为多个，从而使得所有的所述发射电极组与所有的所述反射电极构成不同测量精度的多个所述测量组；

所述第一栅板还包括沿所述第一方向延伸设置的至少一个接收电极；在垂直于所述第一栅板的板面方向上，所述反射电极与对应的所述接收电极部分重叠设置；

所述发射电极组位于所述接收电极沿第二方向的侧边，所述第一方向与所述第二方向垂直设置。

3.根据权利要求1所述的容栅位移传感器，其特征在于，所述第一栅板还包括沿所述第一方向延伸设置的至少一个接收电极；在垂直于所述第一栅板的板面方向上，所述反射电极与对应的所述接收电极部分重叠设置；

所述发射电极组位于所述接收电极沿第二方向的侧边，所述第一方向与所述第二方向垂直设置；

所述发射电极组为两个，且位于所述接收电极的同一侧；所述反射电极为一个。

4.根据权利要求1所述的容栅位移传感器，其特征在于，所述第一栅板还包括沿所述第一方向延伸设置的至少一个接收电极；在垂直于所述第一栅板的板面方向上，所述反射电极与对应的所述接收电极部分重叠设置；

所述发射电极组位于所述接收电极沿第二方向的侧边，所述第一方向与所述第二方向垂直设置；

所述发射电极组为两个，且分别位于所述接收电极的相对两侧；

其中，所述反射电极为两个，两个所述反射电极间隔设置，且对应相同的所述接收电极；或，

所述反射电极为一个，所述反射电极依次横跨一所述发射电极组、所述接收电极和另一所述发射电极组。

5.根据权利要求1或2所述的容栅位移传感器，其特征在于，同一所述测量组中，在所述第一方向上，所述发射电极的宽度等于所述反射电极条的宽度，所述发射电极阵列中的所述多个发射电极以第一节距周期排布；

同一所述测量组的所述反射电极组包括多个所述反射电极条时，所述反射电极条以第二节距周期排布，且所述第二节距为对应所述第一节距的整数倍。

6.根据权利要求5所述的容栅位移传感器，其特征在于，所述测量组中，所述发射电极阵列以第三节距周期排布，所述第三节距为对应所述第一节距的n倍，且n为整数，在所述第一方向上，任意相邻两个所述反射电极组之间的中心间距大于所述第一节距的n倍，且小于所述第一节距的n+1倍；或，

所述测量组中，所述反射电极组沿所述第一方向以第四节距周期排布，所述第四节距为对应所述第一节距的m倍，m为整数，在所述第一方向上，任意相邻所述发射电极阵列之间的中心间距大于所述第一节距的m-1倍，且小于所述第一节距的m倍。

7.根据权利要求5所述的容栅位移传感器，其特征在于，至少一个所述测量组中，在所述第一方向上，各所述第二基准相对于对应所述第一基准的偏移量构成等差数列，且所述等差数列的公差由对应所述第一节距与对应所述发射电极组的所述发射电极阵列的总数的比值确定。

8.根据权利要求1所述的容栅位移传感器，其特征在于，每个所述测量组中，各所述发射电极阵列的激励信号的相位被均匀分布在一个预设周期内。