Емкостный датчик перемещения

ZIP архив

Текст

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 50 А С 01 В 7/00 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОЧИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЦТИПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ( ) Институт проблем управления(54) ЕМКОСТНЬЙ ДАТЧИК ПЕРЕМЕЩЕНИЯ(57) И зобретение позволяет повыситьточность преобразования, Преобразователь состоитоит из двух изоляционныхподвижных пластин 2,4. На одной пластине размещены ряд передакагих электродов 1 и один приемный электрод 3.Ме кду приемным и передающим электродами оссуществляется емкостная связьчерез электроды связи, размещенныена другой пластине. К передающимэлектродам прикладываются одинаковые 2 по форме, но сдвинутыс по фазе напряжения Над передающими электродами об аззуется волна элктричкого поля, Электролы связи часть этой волны передают на приемный электрод Фаза напряжения приемного электрода является мерой взаимного перемещенияльстил, В различных вариантах устройства изменяется форма электродов для непрерывной аппроксимации поля, В первом варианте передающие электроды имеют форму трапеций, чередуюпихся больольшими.и малыми основаниями в направлении перемещения. Во втором варианте передающие электроды имеют форму треугольников, чередующихся основаниями и вершинами, В третьем варианте электроды связи имеют форму трапеций, В каждом варианте возможно удвоить число приемных электродов и электродов связи для получения противофазных сигналов. 3 з.п,ф - лы,9 ил,электродами связи и двумя приемными электродами; ца фиг.б - зависимость напряжения электрического поля в20 направлении перемещения при прямоугольных передаюпцх электродах; на Фиг,7 - зависимость средней напряженности электрического поля в направлении г(еремещенйя при треугольных передгнощих электродах; на фиг,8 (а,б) - подвижные одна относительно другой пластины с нанесенными на цих электродами, общий вид; а фиг.9 - пластины, поперечное сечеце,Емкостной преобразователь перемещений содержит ряд передающих электродов 1, размещенных на изоляционной пластине 2 (фиг,8) и расположенных 25 30 35 так, (то оси симметрии этих электродов имеют постоянный пространственный период 1, На этой пластине распопагается приемцыи электрод 3. На другой изоляционной пластине 4, перемещаемой относительно первой пластины (на фиг,1-5, 8,9 направленно. перемещения указано стрелками), располага(отся электроды 5 связи, которые обращець, к переда(ош( и приемцому электродам (фиг,9) и обеспечивают емкостную связь передающих и приемного электродов, Электроды связи размещены так, что оси симметрии этих электродон име(от постоянный пространственный период Ь, причем отношение Ь/1 есть целое число. На фиг, 1-5 пунктиром показана проекции электродов связи ца пластину с передаюпгими и приемными электродами,Все предлагаемые варианты преобразователя используют один и тот же приц.(ип, поэтому описание работы преобразователя приводится только 40 45 50 150 б 2((1 эо брстение относи; с к пэ ере(кито .(инейнь(х г 1 еремещений и может быть исп ользовано для построения измспительньх устройств с цифровым отсчетом5Пель изобретения - повышение точности за счет лицеаризации вьходной хара;терцстики.На фиг.1 цэображеч вариант преобразователя с трапецецдальными иере дао,(ми алек гродамп; на фиг,2 - то ;(е, с треугс.(ьць(и передаощими электр одлиа ФР Г3 " то же с двумя приемными и тре, ольными передню(ю(ми электродами; ца фиг.ч - то жс, 15 с трапецецдальными электродами связи; на фи г. 5 - то же, с трапецеидальцыми ц,я од ого варианта, представленногоца фи.,2На ряд передающих электродов 1пода(от напряжения, одинаковые по амплитуде, частоте и форме, цо различа(ощеся по фазе, Сдни по фазе напряжений, приложенных к соседнимэлектродам, всегда одинаков и равенл2 О/и, где и = Ь/1, Таким образом,над передающими электродами создается электрическое периодическое поле,Часть этого поля через электроды связи передается на электрод 3,1 ак известно, распространениеволны описывается волновым уравнением и может быть представлено в нидеГ. 1+1 х), где (А. - временная частота; 1; - пространственная частота1периодическая функция, Если имеется устройство, позволяющее измери ь фазу сигнала, полученного наприемном электроде, то при смещениипластины с передающими и приемнымэлектродами относительно пластины сэлектродами связи на координату хфаза е будет достигнута в моментопределяемый иэ уравнения"+ 1 х,= Ч (1)При смещении на координату х, та же фазабудет достигнута в момент 1(+ 1 х= ц (2) Вычитая иэ уравнения (2) уравнение (1), полуим го(Т ) = + 1(х х ), где знак определяет направление перемещения. Таким образом, принцип работы предлагаемого емкостного преобразователя перемещений основан на преобразовании перемещений х - х1во временной интервал , -Измеренная длительность временного интер- нала 1 - 1, с коэффициентом одЬ соответствует перемещено(ю х - х , При1 этом линейность преобразования будет обеспечена только при условии, что зависимость формы волны от временной фазы г(го г) н точности совпадает с зависимостью формы фолны от пространственной фазы 1(1 сх). На фиг,б представлена зависимость напряженности электрического поля, создаваемого передающими электродами прямоугольной формы в фиксированный момент времени при условии, что и = 8, а зависимость от временной фазы имеет вид равнобедренных треугольников, В этом случае при использовании электродов связи прямоугольной формь будет наблюдать062666ных электродах образуюся противофазные напряжения одинаковой амплитуды, что позволяет вдвое повысить коэффициент передачи преобразователя по напряжению. 5 15 ся несовпадение зависимостей временной и пространственной Фаз, что ограничит точность преобразования,Дпя повышения точности преобразования необходимо аппроксимировать ступенчатую зависимость фиг,6 непрерывной линейной функцией, что можно до,стигнуть с помощью усреднения полей,создаваемых двумя соседними передаюпими электродами, На фиг,1 представлена зависимость средней напряженности электрического поля, создаваемогопередающими электродами треугольнойФормы, показанными на Фиг,2, в фиксированный момент времени при треугОльной форме напряжения отдельнойфазы. Усреднение напряженности поляпроводится в направлении, ортогональном перемещению, В этом случае зависимости от пространственной и временной фазы совпадают и теоретически погрешность преобразования равнанулю.Анализ предлагаемых емкостныхпреобразователей перемещения показывает, что для обеспечения линейности преобразования необходимо, чтобыэлектрод связи ни в какой момент времени не перекрывал одновременно электроды,к которым подведены противофазные напряжения, Отсюда возникает ограничение на ширину электрода связи,Если электрод связи выполнен в видепрямоугольника, то его ширина неможет превышать 1,/2-1, а если электрод связи выполнен в виде трапеции,то большее основание трапеции над рядом передающих электродов не можетпревышать Я 2-1, т,е, трапецеидальный электрод связи не может перекрывать одновременно при любом взаимном положении пластин больше чем1./(21) передающих электродов,При использовании двух приемныхэлектродов, как показано на фиг,Эи 5, оси симметрии электродов связирасполагаются с вдвое меныпим периодом 1,/2. В этом случае на прием 1 О 15 20 25 30 35 40 45 Формула изобретения 1Емкостный датчик перемещения,содержащий две подвижные одна относительно другой пластины, на одной изкоторых размещены ряд передающих электродов и по меньшей мере один приемный электрод, а на другой - электродсвязй и средства питания передающихэлектродов, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения точности за счет линеаризации выходной характеристйки, передающие электродыили электроды связи имеют форму равнобочных трапеций, при этом передающие электроды чередуются большимии малыми основаниями в направленииперемещения,2, Датчик по п.1, о т и и ч а ю -щ и й с я тем, что электроды связиперекрывают не более чем 1./21 передающих электродов, где 1, - пространственный период электродов связи;1 - пространственный период передающих электродов.3, Датчик по пп,1 и 2, о т л ич а ю щ и й с я тем, что приемныеэлектроды выполнены в виде двух полосок, расположенных вдоль направления перемещения по обе стороны приемных электродов, а электроды связирасположены так, что поочередно перекрывают передающие электроды и одну из полосок приемного электрода иформируют на приемных электродахпротивофазные напряжения, при этомрасстояние между соседними электродами связи равно 1./2.4. Датчик по пп.1-3, о т л и ч аю щ и й с я тем, что средства литания передающих электродов представля 1ют собой генераторы пилообразногонапряженияСоставитель М, Пантелеев Техреду.Иоргецтал КоРРектоР Э 1 окчакова Редактор В.Бу рецковд Заказ 5617/41 Тираж 683 Подлиское НИРЛ 1 Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГЕН; СССР 113035, Москва, Ж, Гаушская наб., д. 4/5

Смотреть

Заявка

3929608, 16.07.1985

ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ УПРАВЛЕНИЯ

ВОРОНИЧЕВ ПЕТР ПЕТРОВИЧ, КЕРБНИКОВ ФЕДОР ИВАНОВИЧ, КРЕШТАЛ АЛЕКСАНДР НАФТУЛОВИЧ, МЕНГАЗЕТДИНОВ НАДЫР ЭНВЕРОВИЧ, РОЗЕНБЛАТ МОРИС АРОНОВИЧ

МПК / Метки

МПК: G01B 7/00

Метки: датчик, емкостный, перемещения

Опубликовано: 07.09.1989

Код ссылки

<a href="https://patents.su/6-1506266-emkostnyjj-datchik-peremeshheniya.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Емкостный датчик перемещения</a>

Похожие патенты