CN207280646U - 一种适用于力矩检测的差动式电容传感器 - Google Patents
一种适用于力矩检测的差动式电容传感器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN207280646U CN207280646U CN201720643311.9U CN201720643311U CN207280646U CN 207280646 U CN207280646 U CN 207280646U CN 201720643311 U CN201720643311 U CN 201720643311U CN 207280646 U CN207280646 U CN 207280646U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- electrode
- capacitance
- inductance capacitance
- inductance
- differential
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
- G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
- G01L3/14—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element is other than a torsionally-flexible shaft
Abstract
本实用新型公开了一种适用于力矩检测的差动式电容传感器，至少包括力矩输入盘、力矩输出盘、若干梯形梁、一对感应电容的动电极、一对感应电容的静电极和基板。一对感应电容的动电极分别位于力矩输入盘的外环和力矩输出盘的内环之间且与力矩输入盘的外环固连为一体；一对感应电容的静电极分别位于对应感应电容的动电极同一侧，且与对应感应电容的动电极保留有一定间隙；感应电容的动电极与感应电容的静电极组成差动式结构垂直电极型电容器。本实用新型提出的差动式电容传感器具有较好的灵敏度、较小的线性误差以及较好的抗干扰能力，此外大大提高了传感器的线性度；本实用新型可采用常规机械加工来实现，制造简单，适用于检测串联型机器人关节传递的力矩。
Description
技术领域
本实用新型属于自动化仪表传感器技术与机器人控制领域，涉及一种电容传感器，特别涉及一种适用于力矩检测的差动式电容传感器。
背景技术
目前在力矩测量中，检测力矩的传感器应用十分广泛，按力矩信号产生的方式可分为光学式、光电式、磁电式与电阻应变式等等。例如，磁电式力矩传感器输出信号的本质是两路具有相位差的角位移信号，对信号进行组合处理后得到力矩信息，它是非接触式传感器，无磨损，然而体积较大，不适合在串联型机器人领域测量机器人关节传递的力矩，且不易安装；电阻应变式力矩传感器以电阻变化产生的电压信号作为检测信号，从而得到力矩信息，其结构复杂，需要额外信号放大电路、A/D转换器等，目前此类传感器价格较为昂贵。
目前电容式扭矩传感器，例如中国专利CN201344846Y提出的一种基于电容的动态扭矩传感器，其轴与外壳相对位置发生变化，则轴两端的电容信号会产生相位差，通过检测这个电容差值，从而建立起电容差与扭矩之间的关系，实现扭矩的测量，此电容式扭矩传感器结构尺寸较大，只能在特定场合使用，不易于在串联型机器人领域检测力矩。基于电容边缘效应的变极距垂直电极型电容传感器，其灵敏度相比于传统的平行电极式电容传感器受电极间距影响更小，然而变极距垂直电极型电容传感器存在着严重的非线性，且受噪声干扰较大。
发明内容
本实用新型的目的在于，针对上述传感器存在的不足，提供一种适用于力矩检测的差动式电容传感器，使其具有线性误差小、灵敏度高、抗干扰能力强和结构简单等优点。
为实现上述目标，本实用新型采用如下技术方案：
一种适用于力矩检测的差动式电容传感器，至少包括力矩输入盘1、力矩输出盘2、一对感应电容的动电极3、一对感应电容的静电极4、基板5和梯形梁8。
所述感应电容的动电极3位于力矩输入盘1的外环和力矩输出盘2的内环之间且与力矩输入盘1的外环固连为一体；所述感应电容的动电极3包括一对感应电容的动电极一3-1和感应电容的动电极二3-2且关于Y轴对称分布。
所述感应电容的静电极4紧临基板5的凹槽6处，基板5与力矩输出盘2的凸台7固连为一体；所述感应电容的静电极4包括一对感应电容的静电极一4-1和感应电容的静电极二4-2组成；感应电容的静电极一4-1与感应电容的静电极二4-2分别位于感应电容的动电极一 3-1与感应电容的动电极二3-2同一侧且分别与感应电容的动电极一3-1和感应电容的动电极二3-2保留有一定间隙。
所述感应电容的动电极一3-1与感应电容的静电极一4-1组成第一个垂直电极型电容器；所述感应电容的动电极二3-2与感应电容的静电极二4-2组成第二个垂直电极型电容器，第一个垂直电极型电容器与第二个垂直电极型电容器构成差动式结构垂直电极型电容器。
本实用新型的有益效果在于：
本实用新型一种适用于力矩检测的差动式电容传感器，采用两个垂直电极电容器组成差动式结构，第一个垂直电极型电容器电容为C1，第二个垂直电极型电容器电容为C2，以C1-C2作为电容传感器的测量信号，增加了电容改变量的测量值，抵消了电容传感器零点电容以及减小了电容传感器噪声电容，从而使得适用于力矩检测的差动式电容传感器具有较好的灵敏度、较小的线性误差以及较好的抗干扰能力，此外大大提高了传感器的线性度。本实用新型可采用常规机械加工来实现，具有制造简单、组装工艺难度小等优点，适用于串联机器人多个领域。
附图说明
图1是差动式电容传感器分解示意图。
图2是差动式电容传感器装配示意图。
图3是差动式电容传感器机械本体示意图。
图4是差动式电容传感器基板示意图。
附图中：1-力矩输入盘；2-力矩输出盘；3-感应电容的动电极；4-感应电容的静电极；5- 基板6-凹槽；7-凸台；8-梯形梁。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本实用新型。
本实用新型一种适用于力矩检测的差动式电容传感器，如附图1和2所示，至少包括力矩输入盘1、力矩输出盘2、一对感应电容的动电极3、一对感应电容的静电极4、基板5和梯形梁8。
感应电容的动电极3位于力矩输入盘1的外环和力矩输出盘2的内环之间且与力矩输入盘1的外环固连为一体；感应电容的动电极3包括感应电容的动电极一3-1和感应电容的动电极二3-2且关于Y轴对称分布。
如附图3所示，感应电容的静电极4紧临基板5的凹槽6处；基板5固定在力矩输出盘2的凸台7上；感应电容的静电极4包括感应电容的静电极一4-1和感应电容的静电极二4-2；感应电容的静电极一4-1与感应电容的静电极二4-2分别位于感应电容的动电极一3-1和感应电容的动电极二3-2同一侧且分别与感应电容的动电极一3-1和感应电容的动电极二3-2保留有一定间隙。
如附图4所示，电容传感器机械本体至少包括力矩输入盘1、力矩输出盘2、感应电容的动电极3和若干梯形梁8；梯形梁的两端分别与力矩输入盘1的外环和力矩输出盘2的内环固连为一体。
感应电容的动电极一3-1与感应电容的静电极一4-1组成第一个垂直电极型电容器；感应电容的动电极二3-2与感应电容的静电极二4-2组成第二个垂直电极型电容器；第一个垂直电极型电容器与第二个垂直电极型电容器构成差动式垂直电极型电容器。
本实用新型的基本工作原理是：力矩输入盘1通过若干梯形梁8传递力矩至力矩输出盘 2，从而引起感应电容的动电极3沿力矩输入盘1的外环绕原心O转动微小角位移；由以上结构形成的差动式结构垂直电极型电容器，其中一个垂直电极电容器电容增加或减小到C1，则对应的另一个垂直电极电容器电容减小或增加到C2，以C1-C2作为电容传感器的测量信号，则电容的改变量为(△C1+C0+CC)-(-△C2+C0+CC)即△C1+△C2，其中C0与CC分别为垂直电极电容器的零点电容值与噪声电容值，△C1与-△C2分别为电容C1与C2的变化量。即差动式结构垂直电极型电容器增加了电容的变化量，抵消了电容传感器零点电容以及减小了电容传感器噪声电容，从而使得适用于力矩检测的差动式电容传感器具有较好的灵敏度、较小的线性误差以及较好的抗干扰能力，此外大大提高了传感器的线性度。
本实用新型差动式电容传感器，感应电容的动电极3为接地金属，感应电容的静电极4 为基板5上紧邻凹槽6处的一小块铜片；基板7为印制电路板(PCB)或者其他绝缘固体；印制电路板(PCB)上具有检测电容的检测电路与感应元件。
这里本实用新型的描述和应用是说明性的，并非想将本实用新型的范围限制在上述实施例中，这里所披露的实施例的变形和改变是可能的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本实用新型的精神或本质特征的情况下，本实用新型可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。凡是依据本实用新型的技术方案进行其它修改、润饰和等同变化，而不脱离本实用新型技术方案的思想和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种适用于力矩检测的差动式电容传感器，其特征在于：它至少包括力矩输入盘(1)、力矩输出盘(2)、一对感应电容的动电极(3)、一对感应电容的静电极(4)和基板(5)；
所述感应电容的动电极(3)包括感应电容的动电极一(3-1)和感应电容的动电极二(3-2)；
所述感应电容的静电极(4)包括感应电容的静电极一(4-1)和感应电容的静电极二(4-2)；
所述感应电容的动电极一(3-1)与感应电容的静电极一(4-1)位置相互垂直，构成第一个垂直电极型电容器；所述感应电容的动电极二(3-2)与感应电容的静电极二(4-2)位置相互垂直，构成第二个垂直电极型电容器；
所述感应电容的动电极(3)与感应电容的静电极(4)构成差动式结构垂直电极型电容器。
2.根据权利要求1所述的一种适用于力矩检测的差动式电容传感器，其特征在于：所述感应电容的动电极(3)位于力矩输入盘(1)的外环和力矩输出盘(2)的内环之间且与力矩输入盘(1)的外环固连为一体。
3.根据权利要求1所述的一种适用于力矩检测的差动式电容传感器，其特征在于：所述感应电容的动电极一(3-1)和感应电容的动电极二(3-2)关于Y轴对称分布。
4.根据权利要求1所述的一种适用于力矩检测的差动式电容传感器，其特征在于：所述感应电容的静电极一(4-1)与感应电容的静电极二(4-2)分别位于感应电容的动电极一(3-1)与感应电容的动电极二(3-2)同一侧；且所述感应电容的静电极一(4-1)与感应电容的静电极二(4-2)分别与感应电容的动电极一(3-1)与感应电容的动电极二(3-2)保留有一定间隙。
5.根据权利要求1所述的一种适用于力矩检测的差动式电容传感器，其特征在于：所述差动式结构垂直电极型电容器是由感应电容的动电极(3)与感应电容的静电极(4)所形成的第一个垂直电极型电容器和第二个垂直电极型电容器构成。
6.根据权利要求1所述的一种适用于力矩检测的差动式电容传感器，其特征在于：所述感应电容的静电极(4)紧临基板(5)的凹槽(6)处；所述基板(5)固定在力矩输出盘(2)的凸台(7)上。
7.根据权利要求1或5所述的一种适用于力矩检测的差动式电容传感器，其特征在于：所述感应电容的动电极(3)沿所述力矩输入盘(1)的外环绕原心O转动微小角位移，一个所述垂直电极型电容器电容增加或减小到C1，则另一个所述垂直电极型电容器电容减小或增加到C2，以C1-C2作为垂直电极型电容传感器的测量信号，即实现垂直电极型电容器差动式测量电容变化量，提高了传感器的灵敏度与线性度。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710219063 | 2017-03-29 | ||
| CN201710219063X | 2017-03-29 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN207280646U true CN207280646U (zh) | 2018-04-27 |
Family
ID=60428623
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710415670.3A Withdrawn CN107421668A (zh) | 2017-03-29 | 2017-06-05 | 一种适用于力矩检测的差动式电容传感器 |
| CN201720643311.9U Expired - Fee Related CN207280646U (zh) | 2017-03-29 | 2017-06-05 | 一种适用于力矩检测的差动式电容传感器 |
Family Applications Before (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710415670.3A Withdrawn CN107421668A (zh) | 2017-03-29 | 2017-06-05 | 一种适用于力矩检测的差动式电容传感器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (2) | CN107421668A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107421668A (zh) * | 2017-03-29 | 2017-12-01 | 广西大学 | 一种适用于力矩检测的差动式电容传感器 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1044853A (zh) * | 1990-02-19 | 1990-08-22 | 许建平 | 电容式定向倾斜检测角位移传感器 |
| JP3581290B2 (ja) * | 2000-03-09 | 2004-10-27 | 光洋精工株式会社 | トルクセンサ |
| CN201344846Y (zh) * | 2009-01-19 | 2009-11-11 | 中国计量学院 | 一种基于电容的动态扭矩传感器 |
| JP2012145497A (ja) * | 2011-01-13 | 2012-08-02 | Fanuc Ltd | 静電容量式力センサ |
| JP4963138B1 (ja) * | 2011-07-27 | 2012-06-27 | 株式会社トライフォース・マネジメント | 力覚センサ |
| US8893563B1 (en) * | 2014-01-15 | 2014-11-25 | King Fahd University Of Petroleum And Minerals | Differential capacitance torque sensor |
| KR101477120B1 (ko) * | 2014-04-14 | 2014-12-30 | 성균관대학교산학협력단 | 정전용량형 6축 힘/토크 센서 |
| CN107421668A (zh) * | 2017-03-29 | 2017-12-01 | 广西大学 | 一种适用于力矩检测的差动式电容传感器 |
-
2017
- 2017-06-05 CN CN201710415670.3A patent/CN107421668A/zh not_active Withdrawn
- 2017-06-05 CN CN201720643311.9U patent/CN207280646U/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107421668A (zh) * | 2017-03-29 | 2017-12-01 | 广西大学 | 一种适用于力矩检测的差动式电容传感器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107421668A (zh) | 2017-12-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN207180911U (zh) | 一种基于电容边缘效应的力矩传感器 | |
| WO2018120335A1 (zh) | 一种绝对式电容角位移测量传感器 | |
| CN102047126B (zh) | 具有循环电极组和绝对电极组的电容传感器 | |
| JP7338099B2 (ja) | 誘導センサを用いるマルチレベル回転リゾルバー | |
| US7876105B2 (en) | Sensor device and display apparatus | |
| CN102072737A (zh) | 一种带温度补偿的高精度电容读出电路 | |
| US7302762B1 (en) | Plate type capacitive sensor for five-dimensional displacement measurement | |
| CN207180915U (zh) | 一种双差动电容式力矩传感器 | |
| CN105352466A (zh) | 一种轴向位移检测装置、方法和磁悬浮轴承 | |
| CN102506698B (zh) | 一种非接触式转角转矩传感器 | |
| CN103257010B (zh) | 基于电容耦合的旋转件扭矩测试方法 | |
| CN207280646U (zh) | 一种适用于力矩检测的差动式电容传感器 | |
| CN107356193A (zh) | 一种转动角度的检测装置 | |
| CN109855774A (zh) | 一种分层的电容式多维力传感器 | |
| CN106643455B (zh) | 一种电容式旋变位移传感器 | |
| CN106154053A (zh) | 一种基于载波调制和相敏解调实现的微弱电容的检测芯片 | |
| CN203550961U (zh) | 一种低成本挠性陀螺力平衡电路 | |
| CN103267486A (zh) | 非接触式的位移或角度传感器及其测量位移或角度的方法 | |
| CN109425366A (zh) | 一种用于主动光学微位移传感器的模拟信号处理电路 | |
| CN209416542U (zh) | 一种分层的电容式多维力传感器 | |
| CN103278274B (zh) | 基于电容耦合的旋转件扭矩测试装置 | |
| CN203259542U (zh) | 一种挠性摆式加速度计数字控制电路 | |
| CN106052546B (zh) | 一种分瓣电容式角位移传感器 | |
| CN115575661A (zh) | 二维电容差分式mems风速风向传感器 | |
| CN205156879U (zh) | 一种确定角度位置的感应装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20180427 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |