RU1778505C

RU1778505C - Capacitive displacement transducer

Info

Publication number: RU1778505C
Application number: SU904776865A
Authority: RU
Inventors: Геннадий Фомич Кузин
Original assignee: Производственное Объединение "Омский Электромеханический Завод"
Priority date: 1990-01-03
Filing date: 1990-01-03
Publication date: 1992-11-30

Abstract

Изобретение относитс к измерительной технике и имеет целью повышение точности емкостного датчика перемещений за счет уменьшени погрешности изготовлени периодических рисунков его возбуждающих и съемных электродов, которые выполнены в виде участков одинаковой длины , равной одному периоду синусоидального рисунка. Участки съемных и возбуждающих электродов взаимно чередуютс по длине диэлектрического основани . Передающий электрод, установленный в параллельной плоскости с возможностью перемещени относительно основани , выполнен в виде изолированных площадок, длина каждой из которых равна или кратна периоду возбуждающих и съемных электродов . При возбуждении датчика от генератора квадратурных напр жений происходит изменение фаз сигналов, наводимых на парах его съемных электродов и подаваемых через фазовращатели на входы сумматора. Выходной сигнал сумматора имеет фазу, измен ющуюс в зависимости от положени передающего электрода датчика. 5 ил.The invention relates to measuring technique and aims to increase the accuracy of a capacitive displacement sensor by reducing the manufacturing error of periodic patterns of its exciting and removable electrodes, which are made in the form of sections of the same length equal to one period of the sinusoidal pattern. The plots of removable and exciting electrodes are mutually alternating along the length of the dielectric base. The transmitting electrode, mounted in a parallel plane with the possibility of movement relative to the base, is made in the form of isolated platforms, the length of each of which is equal to or a multiple of the period of the exciting and removable electrodes. When the sensor is excited from the quadrature voltage generator, the phases of the signals change, induced on the pairs of its removable electrodes and supplied through the phase shifters to the inputs of the adder. The output of the adder has a phase that varies depending on the position of the transmitter electrode. 5 ill.

Description

Изобретение относитс к измерительной технике и может быть использовано дл измерени перемещений.The invention relates to measuring technique and can be used to measure displacements.

Известен емкостный датчик перемещений , содержащий изолированные друг от друга две пары возбуждающих электродов и съемные электроды, выполненные на неподвижном диэлектрическом основании, и подвижный передающий электрод, расположенный в плоскости параллельной неподвижному диэлектрическому основанию.Known capacitive displacement sensor containing two pairs of exciting electrodes isolated from each other and removable electrodes made on a fixed dielectric base, and a movable transmitting electrode located in a plane parallel to the fixed dielectric base.

Недостатком такого датчика вл етс недостаточна точность, обусловленна погрешностью изготовлени электродов.The disadvantage of such a sensor is the lack of accuracy due to the manufacturing error of the electrodes.

Наиболее близким по технической сущности вл етс емкостный датчик перемещений , содержащий установленный с возможностью перемещени электрод сThe closest in technical essence is a capacitive displacement transducer comprising a movably mounted electrode with

секторообрззными окнами, соосно установленное неподвижное диэлектрическое основание с размещенными на одной его поверхности двум парами возбуждающих электродов, кажда из которых выполнена в виде двух периодических рисунков синусоидальной формы, а на противоположной стороне основани выполнены изолированные одна от другой секторообразные пластины , распределенные по окружности основани и размещенные между съемными электропроводными кольцами.sectoral windows, coaxially mounted fixed dielectric base with two pairs of exciting electrodes placed on one of its surfaces, each of which is made in the form of two periodic sinusoidal patterns, and on the opposite side of the base there are made one-off sector-shaped plates distributed around the base of the base and placed between removable conductive rings.

Недостатком такого датчика вл етс наличие периодических погрешностей преобразовани из-за неточности изготовлени электродов.A disadvantage of such a sensor is the presence of periodic conversion errors due to inaccurate manufacture of the electrodes.

Целью изобретени вл етс повышение точности емкостного датчика перемеvj х| 00 СЛ О СЛThe aim of the invention is to improve the accuracy of a capacitive variable transducer 00 SL AB

щений за счетуменьшени погрешности изготовлени периодических рисунков электродов .due to the reduced error in the manufacture of periodic patterns of electrodes.

Поставленна цель достигаетс тем, что в известном емкостном датчике перемещений , содержащем неподвижное диэлектрическое основание, размещенные на его поверхности два съемных электрода и две пары возбуждающих электродов, кажда из которых выполнена в виде разделенных синусоидальным диэлектрическим зазором периодических рисунков и сдвинута в пространстве относительно другой пары на 90 электрических градусов, и установленный в параллельной плоскости с возможностью относительного перемещени передающий электрод, съемные электроды выполнены аналогично возбуждающим в виде разделенных синусоидальным диэлектрическим зазором периодических рисунков с тем же периодом, электроды разделены на электрически соединенные участки одинаковой длины, равной одному периоду рисунка, и взаимно чередуютс по длине диэлектрического основани , а передающий электрод выполнен в виде взаимно изолированных площадок, длина каждой из которых равна или кратна периоду рисунка возбуждающих и съемных электродов.This goal is achieved by the fact that in the known capacitive displacement sensor containing a fixed dielectric base, two removable electrodes and two pairs of exciting electrodes placed on its surface, each of which is made in the form of periodic patterns separated by a sinusoidal dielectric gap and shifted in space relative to the other pair by 90 electrical degrees, and mounted in a parallel plane with the possibility of relative movement of the transmitting electrode, removable electrodes made in the same way as periodic excitation in the form of separated by a sinusoidal dielectric gap periodic patterns with the same period, the electrodes are divided into electrically connected sections of the same length equal to one period of the pattern, and mutually alternate along the length of the dielectric base, and the transmitting electrode is made in the form of mutually isolated pads, the length of each of which is equal to or a multiple of the period of the pattern of exciting and removable electrodes.

Отличие датчика от известных заключаетс в том, что съемные электроды этого датчика выполнены аналогично возбуждающим в виде разделенных синусоидальным диэлектрическим зазором периодических рисунков, эти электроды раделены на электрически соединенные участки одинаковой длины, которые равны одному периоду рисунка и взаимно чередуютс по длине диэлектрического основани , а передающий электрод выполнен в виде взаимно изолированных площадок, длина каждой из которых равна или кратна периоду рисунка возбуждающих и съемных электродов.The difference between the sensor and the known ones is that the removable electrodes of this sensor are made similarly exciting in the form of periodic patterns separated by a sinusoidal dielectric gap, these electrodes are divided into electrically connected sections of the same length, which are equal to one period of the figure and alternately alternate along the length of the dielectric base, and the transmitting the electrode is made in the form of mutually isolated pads, the length of each of which is equal to or a multiple of the period of the pattern of exciting and removable electrodes .

Выполнение возбуждающих и съемных электродов на одном основании при помощи одного фотооригинала снижает погрешности при изготовлении электродов.The implementation of exciting and removable electrodes on the same base using a single photo original reduces errors in the manufacture of electrodes.

На фиг. 1 показана конструкци емкостного датчика перемещений и его подключение к измерительному блоку и источнику питани ; на фиг. 2 - возбуждающие электроды датчика; на фиг. 3 - съемные электроды датчика; на фиг. 4 - передающие эле ктроды датчика; на фиг. 5 - второй вариант исполнени датчика.In FIG. 1 shows the construction of a capacitive displacement sensor and its connection to a measuring unit and a power source; in FIG. 2 - exciting electrodes of the sensor; in FIG. 3 - removable sensor electrodes; in FIG. 4 - transmitting electrodes of the sensor; in FIG. 5 is a second embodiment of a sensor.

Емкостный датчик перемещений содержит неподвижное диэлектрическое основание 1, на одной поверхности которого размещены две пары возбуждающих электродов 2, 3 и 4, 5, а на другой - две парыThe capacitive displacement sensor contains a fixed dielectric base 1, on one surface of which two pairs of exciting electrodes 2, 3 and 4, 5 are placed, and on the other two pairs

съемных электродов 6, 7 и 8, 9. Кажда пара возбуждающих электродов 2, 3 и 4, 5 выполнена аналогично съемным в виде разделенных синусоидальным диэлектрическимremovable electrodes 6, 7 and 8, 9. Each pair of exciting electrodes 2, 3 and 4, 5 is made similarly removable in the form of a divided sinusoidal dielectric

зазором периодических рисунков и сдвинута в пространстве относительно другой пары на 90 электрических градусов. Эти электроды разделены на участки одинаковой длины, которые равны или кратны пери0 оду рисунка. Участки возбуждающих электродов 2,3 и 4, 5 электрически соединены между собой посредством соединительных проводников 10 (см. фиг. 2), а участки съемных 6, 7 и 8, 9 электродов электрическиthe gap of periodic patterns and shifted in space relative to another pair by 90 electrical degrees. These electrodes are divided into sections of the same length that are equal to or a multiple of the period of the pattern. The sections of the exciting electrodes 2,3 and 4, 5 are electrically connected to each other by connecting conductors 10 (see Fig. 2), and the sections of the removable electrodes 6, 7 and 8, 9 are electrically

5 соединены между собой посредством соединительных проводников 11 (см. фиг. 3).5 are interconnected by means of connecting conductors 11 (see Fig. 3).

В плоскости параллельной плоскости неподвижного диэлектрического основани 1 с возможностью относительного переме0 щени расположенен передающий электрод 12, выполненный в виде изолированных площадок, длина каждой из которых равна или кратна периоду рисунка возбуждающих и съемных электродов (см. фиг. 4).In a plane parallel to the plane of the stationary dielectric base 1, a transmitting electrode 12 is arranged with relative displacement, made in the form of isolated pads, each of which is equal to or a multiple of the pattern period of the exciting and removable electrodes (see Fig. 4).

5На фиг. 5 показан второй вариант исполнени емкостного датчика перемещений , при котором участки возбуждающих 2, 3 и 4, 5 и съемных 6, 7 и 8. 9 электродов выполнены на одной стороне неподвижного5 In FIG. 5 shows a second embodiment of a capacitive displacement sensor, in which sections of the exciting 2, 3 and 4, 5 and removable 6, 7 and 8. 9 electrodes are made on one side of the fixed

0 диэлектрического основани 1 и чередуютс между собой. Электрическое соединение участков съемных электродов 6, 7 и 8, 9 осуществл ют через металлизированные отверсти посредством соединительных0 of the dielectric base 1 and alternate with each other. The electrical connection of the plots of removable electrodes 6, 7 and 8, 9 is carried out through metallized holes by means of connecting

5 проводников 11, расположенных на другой стороне основани 1,5 conductors 11 located on the other side of the base 1,

В процессе измерений к возбуждающим электродам 2,3 и 4,5 подключают квад- ратурный генератор 13, а съемныеDuring the measurements, a quadrature generator 13 is connected to the exciting electrodes 2,3 and 4,5, and detachable

0 электроды 6, 7 и 8, 9 через фазовращатели 14-17, сдвигающие фазу сигналов соответственно на 0°, 180°, 90°, 270° и сумматор 18. соедин ют с фазовым детектором 19.0 electrodes 6, 7 and 8, 9 through phase shifters 14-17, which shift the phase of the signals by 0 °, 180 °, 90 °, 270 °, and adder 18. are connected to the phase detector 19.

Емкостный датчик перемещений рабо5 тает следующим образом.A capacitive displacement transducer operates as follows.

Генератор 13 возбуждает квадратурными сигналами 0°, 180°, 90° 270° соответственно возбуждающие электроды 2-5. На изолированных площадках передающегоThe generator 13 excites quadrature signals 0 °, 180 °, 90 ° 270 ° respectively, the exciting electrodes 2-5. On isolated transmission sites

0 электрода 12. перекрывающих возбуждающие электроды 2-5 изведутс суммарные сигналы, амплитуда и фаза которых на всех площадках передающего электрода 12 одинакова .0 of the electrode 12. overlapping exciting electrodes 2-5, total signals are emitted whose amplitude and phase are the same at all sites of the transmitting electrode 12.

5 Сигналы с передающего электрода 12 навод т на съемные электроды 6-9 сигналы, фазы которых одинаковы, а амплитуды завис т от площади, перекрываемой передающим электродом 12 и каждым из электродов 6-9.5 The signals from the transmitting electrode 12 direct signals to the removable electrodes 6-9, whose phases are the same, and the amplitudes depend on the area covered by the transmitting electrode 12 and each of the electrodes 6-9.

Сигналы со сьемных электродов 6-9, проход соответственно через фазовращатели 14 (фаза 0°) 15 (фаза 180°) 16 (фаза 90°) и 17 (фаза 270°) и сумматор 18, дают суммарный сигнал.The signals from the removable electrodes 6-9, the passage through the phase shifters 14 (phase 0 °) 15 (phase 180 °) 16 (phase 90 °) and 17 (phase 270 °) and the adder 18, respectively, give the total signal.

Таким образом, с выхода сумматора 18 будем иметь сигнал, фаза которого измен етс линейно от 0 до 360° дважды-при перемещении площадок передающего электрода 12 на один период относительно возбуждающих электродов 2-5.Thus, from the output of the adder 18, we will have a signal whose phase varies linearly from 0 to 360 ° twice when moving the sites of the transmitting electrode 12 for one period relative to the exciting electrodes 2-5.

Claims

The claims

A capacitive displacement sensor containing a fixed dielectric base, two removable electrodes and two pairs of exciting electrodes placed on its surface, each of which is made in the form of periodic patterns separated by a sinusoidal dielectric gap, and one of them is shifted

in space relative to another 90 napi el. hail, and a transmitting electrode installed in a parallel plane with the possibility of relative movement, characterized in that, in order to increase accuracy by reducing the error in the manufacture of periodically patterns of electrodes, removable electrodes are made in the same way as excitation in the form of periodic patterns separated by a sinusoidal dielectric gap with the same period, the electrodes are divided into electrically connected sections of the same length equal to one period of the figure, and mutually alternate along the length of the dielectric Skog base, and the transmitting electrode is in the form of isolated areas, each of length equal to or a multiple of the period of the exciting pattern and semnoy electrodes.

FIG. g

FIG. 2

FIG. J

Transmitting electrode 12

/

FIG. 5