Емкостный датчик перемещений

( АВТОР.СКОМ Е ЕЦелью изобр ние точности и ст На Фиг.1 схе рукция датчика в вид сверху, на фиг емкостеи С 1, С 2 и и третьей гребенк рой пластины приизмери- спользоещений нии, при оров для и, элект- куляцией я повышеерений,ана констг,2 - то же,измененияой, второйенно, втоее относиетения являетс абильности изм матично показ сечении; на фи ,3-диаграмма Сз между перв ами соответств перемещениях тся быт остро х при астнос генцир ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(71) Научно-исследовательский институт многопроцессорных вычислительных систем при Таганрогском радиотехническом институте им. В.Д.Калмыкова (72) М.М.Дымшиц, В.Г,Клиндухов и В.В,Криничный(56) Датчики систем измерений контроля и управления, Межвузовский сборник трудов ППИ, вып. 7. - Пенза, 1987, с.71.Авторское свидетельство СССР М 345347, кл. 6 01 В 7/08, 1970.(54) ЕМКОСТНЫЙ ДАТЧИК ПЕРЕМ Щ НИЙ(57) Изобретение относится к измерительной технике и имеет целью повышение точности и стабильности измерений линейных перемещений с помощью емкостного датчика перемещений, который состоит из двух диэлектрических пластин, установленных одна над другой, На обращенных одна к другой поверхностях пластин нанесены металлические электроды, покрытие тонкой диэлектрической пленкой и образующие Изобретение относ тельной технике и може вано для измерения подвижных тел в маши создании измерительнь контроля размеров, в ч ронных цифровых штан и т.п,между собой конденсатор. Все электроды выполнены в виде гребенок, причем у электрода неподвижной пластины ширина штырей гребенки и расстояние между штырями равны, а электрод подвижной пластины состоит из трех гребенок, первая из которых имеет ширину штырей и расстояние между штырями такие же, как и у гребенки неподвижной пластины, Ширины штырей у второй и третьей гребенок подвижной пластины в два раза меньше, а расстояние между штырями - в три раза больше ширины одного штыря, В исходном положении подвижной пластины относительно непод вижной штыри гребенки неподвижной пластины совмещены со штырями первой гребенки подвижной пластины, границы З штырей второй гребенки совпадают с левой границей штырей неподвижного электрода, а границы штырей третьей гребенки - с правой границей штырей неподвижно- Ф го электрода. При перемещении пластин одна относительно другой первый электрод служит для измерения в цифровом ви- а де величины перемещения, а второй и ("р третий электроды служат для определения направления перемещения, 3 ил.6 дтельно первой пластины в двух взаимнопротивоположных напрявлениях,Емкостный датчик перемещения состоит из неподвижной диэлектрическойпластины 1, на поверхности отарой сформирован гребенчатый электрод 2, покрытыйтонкой диэлектрической пленкой 3, Над диэлектрической пластиной 1 расположенаподвижная диэлектрическая пластина 4, наповерхности которой сформированы три 10раздельных гребенчатых электрода - первый гребенчатый электрод 5, ширина штырей и расстояние между штырями котороготакие ке, как и у электрода неподвижнойпластины. У второго б и третьего 7 гребенчатых электродов ширина штьрей в два раза меньше, а расстояние между штырями втри раза больше ширины одного штыря,Сверху гребенчатые электроды подвижной пластины также покрыты тонкой диэлектрической пленкой 8,Емкостный датчик перемещений оаботает следующим образом, При перемещении подвижной пластины 4 относительнонеподвижной 1 емкости между гребенчатыми 25электродами 2-5,2-6, и 2-7 будут изменяться,как показано кривыми С 1, С 2 и Сз соответст. венно на фиг.З, При полном совмещении первого гребенчатого электрода 5 подвижнойпластины 4 с гребенчатым электродом 2 не- ЗОподвижной пластины 1 емкость С 1 между ними будет максимальной и такое положениеможно принять за точку отсчета.При этом емкости второго б и реьеО7 гребенчатых электродов. будут минималь- З 5ными, так как штыри этих электродов непересекаются со штырями электрода 2 неподвижной пластины 1, При движении вправо подвижной пластинь 4 через полшага1 П Ь равного ширине штыря второго б и 40третьего электродов 7, емкость С 2 будетОставаться минимальной, д емкость Сзтретьего электрода 7 возрастает до максимального значения. Если емкости С 1, С 2, Сзподключить к электронному блоку, в котором минимальные значения емкостей будутсоответствовать уровню логического О. амаксимальные значения - уровню логической 1, та как видно из диагоаммы (фиг,З)при смещении вправо на полшага (1/2 А) 50от величины емкостей С 1, С 2 и Сз установится код 101, а при смещении влево на полшага (1/2 Ь), установится код 110. Такимобразом, благодаря гребенчатым электродам б и 7 по характеру следования кодов(101) или (110) определяется направлениеперемещения пластины 4,Величина перемещения пластины 4 относительно пластины 1 легко вычисляется по числу импульсов, соответсвующих максимальному значению емкости Сь которые возникают при смещении плясгин 1 через два шага, равным 2 Л,В пределах одного шягя перемещения, равного Л как следует из диаграммы фиг.З, емкость С 1 изменяется от минимального до максимального значения, поэтому величина перемещений подвижной пластины может быть определена как в цифровом виде путем считывания числа шагов, так и измерением величины емкости С 1 для определения перемещения в пределах одного шага.Поскольку в данном датчике перемещений возможно измерение шагов перемещений, та упрощается выполнение цифровой обработки информации, Точность измерений определяется строго фиксированными размерами штырей гребенчатых электродов, при выполнении которых методами современной микроэлектронники можно достичь точности в нескольких единицах микрон.При выполнении дополнительно измерения емкости С 1 и аналоговой обработке информации точность измерений можно повысить еще в несколько раз,Важным преимуществам данного датчика является простое определение направления перемещений при цифровой обработке информации, поступающей от второго б и третьего 7 гребенчатых электродов,Формула изобретения, Емкостньй датчик перемещений, со- держащий две установленные с возможностью относительного перемещения диэлектрические пластины, размещенные на них гребенчатые металлические электроды и покрывающую их поверхности диэлектрическуо пленку, электрод на одной из пластин выполнен в виде непрерывной гребенки, а на второй - в виде трех гребенок, ширина штырей и расстояние между ними у одной из которых равнь 1 ширине штырей и расстоянию между ними у непрерывной гребенки, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности и стабильности измерений, ширина штырей второй и третьей гребенок нэ вгорой пластине вдвое меньше ширины штыоей первой гребенки, расстояние между штырями этих двух гребенок в три раза превышает ширину одного их штыря, а расстояние между тремя гребенками на второй пластине выбраны таким образом, что при совмещении в соответствующих плоскостях обеих граней штырей первой гребенки на второй пластине с обеилли гранями штырей непрерывной гребенки на первой пластине одноименные грани штырей непрерывной гребенки лежат в общих плоскостях с одними гранями штырейвторой гребенки и с противоположнымигранями штырей третьей гребенки,1803717 Составитель С, СкрыпникРедактор Е.Полионова Техред М, Моргентэл Коррек Филь Заказ 1047 Тираж ПодписВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и отк113035,Москва,Ж, Раушская наб 4/5 при ГКНТ ССС Ф изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101