CN87207399U - 电容式角位移传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电容式角位移传感器，它由两个同心圆筒构成电容系统，适配现有的电容式电子数显卡尺的集成电路和显示器，能使两个圆筒的相对角位移转换成电脉冲并计数显示。由于该传感器能直接采用现有商品化的电子数显卡尺寸专用集成电路和显示器连接组成数显系统，所以既能以较低的成本保持高精度和高分辨率，又能装入螺旋测微量具实现电子数显化，具有结构简单，尺寸小，特别是径向尺寸小等特点。

Description

电容式角位移传感器

本实用新型涉及一种角位移传感器，是一种能在螺旋测微量具上应用实现电子数显的角位移传感器。

现有的螺旋测微量具需要附加一种小型角位移传感器把测微螺旋付的相对角位移数字化。在考虑适当增加量具尺寸而不影响便携性的条件下使螺旋测微量具实现数字显示。现有的角位移传感器有公知的圆光栅，圆感应同步器和编码盘等，都因其本身不易小型化，或因其适配的电路不易小型化，而很难在螺旋测微量具上应用。

有一种已知的方法，即把直线位移通过一个电容系统由电子电路转换成相应的电脉冲，经计数后予以数字显示。用这种方法已经生产出电子数显卡尺，其专用集成电路也已商品化。但因直线位移的电容系统不能直接附加到螺旋测微量具上。

本实用新型的目的是提供一种小型电容式角位移传感器，能方便地附加在螺旋测微量具上，而不影响量具的便携性，并直接利用电子数显卡尺的专用集成电路使螺旋测微量具以很低的成本实现数显化。

本实用新型是这样实现的，它由两个长度相等的能相对转动的同心圆筒（见图1）所组成。在两圆筒面对面的表面上布置电极，构成电容系统如图2所示。固定圆筒b（内圆筒）的外表面布置发射电极E和输出电极O，在发射电极和输出电极之间由接地极G隔开；旋转圆筒a（外圆筒）的内表面布置接收电极C和接地极G。发射电极E沿圆周表面均布，每组为8块，可以设置一组或几组（图中为1组）；接收电极C的块数和发射电极的组数相等（图中为1块），沿圆周表面均布，每块所占位置恰好复盖4块发射电极，其余为接地极。设置两组发射电极的布置形式示于图3。

几组发射电极相对应的极板并联起来，接至电子电路，由电子电路分别对其施加相邻相位差为π／4的等幅方波激励电压。通过发射电极和接收电极的电容组，使接收电极上产生一个交变的合成信号。该合成信号通过接收电极和输出电极构成的电容组耦合到电子电路去。传感器的电极接线图（见图4），传感器各电极上的波形图如图5所示。

当旋转圆筒有角位移时，被接收电极复盖的发射电极随之变化，合成信号就产生与角位移成比例的相移，每转过一组发射电极，合成信号的相移为2π，只有一组发射电极的传感器中的角位移θ和合成信号相移α的关系如图6所示，图中的矢量是合成信号基波的矢量。

合成信号由输出电极耦合到相位鉴别电路检出其相移，并由补插电路按每2π相移连续均匀补插n个电脉冲，补插脉冲同时送入计数电路计数，这样就使角位移数字化。对于只有一组发射电极的传感器，角位移和相移相等，旋转一周就有n个电脉冲，即数字显示为n。现有的电子数显卡尺专用的集成电路能产生两种补插脉冲，一种为n＝400，另一种为n＝508，分别用于英制测量和公制测量。如本实用新型提供的角位移传感器利用电子数显卡尺专用集成电路，采用一组发射电极，每转能得到400细分或508细分；采用二组发射电极，每转能得到800细分或1016细分，依此类推。

本实用新型的特点与效果，一般的传感器为保证其分辩率和精度，各电极都必需有相当大小的尺寸，但在圆筒表面上分布电极就可以做成较小的径向尺寸，这对便携式螺旋测微量具来说是十分重要的。

本实用新型的同心圆筒结构与测微螺旋付的结构形式一致，便于在螺旋测微量具上应用，不使整个螺旋测微系统结构复杂化。

本实用新型由于能直接采用现有商品化的电子数显卡尺专用集成电路连接组成电子数显系统，所以使螺旋测微量具不增加太大尺寸，可方便地实现数显化。

基于上述特征，本实用新型具有结构简单，体积小，特别是径向尺寸小，易于装入螺旋测微量具，利用现有小型电子电路，既能以较低的成本，保持高精度和高分辨率，又能使现有的螺旋测微量具实现电子数显化。

本实用新型的结构原理和典型的实施方案由下列附图给出：

图1为外圆筒（a）和内圆筒（b）的结构示意图。

图2为两圆筒的面对面表面上布置电极构成的电容系统图。

图3为设置2组发射电极的电极布置形式图。

图4为传感器的电极接线图。

图5为传感器各电极上的波形图。

图6为只有一组发射电极的传感器中角位移θ和合成信号相移角α的关系图。

图7为加长旋转圆筒的结构示意图。

图8为电子显示千分尺附加旋转圆筒的传感器结构图。

从图7可以看出，本实用新型的变型，可以把旋转圆筒做得比固定圆筒长，然后使旋转圆筒和测微螺旋付的螺杆同轴固定，旋转圆筒就可以随螺杆一面旋转一面沿轴向移动，上述功能不会有任何改变。这样可使整体结构更为简化。

从图8所示的电子数显千分尺看出，在千分尺尺架上加装了一组发射电极的电容式角位移传感器，它由两个长度相等能相对转动的同心圆筒组成。一是固定圆筒（内圆筒），二是旋转圆筒（外圆筒）。在固定圆筒的外表面上布置有沿圆周均布的每组8块的发射电极E和输出电极O，发射电极和输出电极之间由接地极G隔开。在旋转圆筒的内表面上布置有沿圆周均布的接收电极C，其块数与发射电极E组数相同，所占位置恰好复盖4块发射电极E。内圆筒固定在千分尺尺架内，外圆筒通过传动销与测微螺杆上的槽连接，测量时测微螺杆转动带动外圆筒相对于内圆筒作相对旋转。8块发射电极用导线接至集成电路的引脚上接受激励电压，而输出电极也同样用导线接至相应的引脚上把合成信号耦合到电路中去。测微螺杆转动一周，带动外圆筒也旋转一周，合成信号就出现2π相移。采用现有电子数显卡尺的集成电路和显示器，2π相移能补插508和400个电脉冲，因此，螺杆设计成螺距为0.508mm，使电子数显千分尺的显示最小单位为0.001mm或0.00005英寸。这种电子数显千分尺具有任意位置置零功能，公英制转换功能和读数保持功能。

若改进电子数显卡尺电路的细分数，使每2π相移补插500个电脉冲，则可保留原来的螺距为0.5mm的测微螺杆，使千分尺的显示最小单位仍为0.001mm。

综上所述，本实用新型除了在上述千分尺内实施外，还可以在螺旋测微器、内径千分尺、其它螺旋测微仪和分度装置上实施，使之电子数显化。

Claims (2)

1、一种电容式角位移传感器，它包括集成电路和显示器，其特征在于由两个长度相等能相对转动的同心圆筒组成，固定圆筒b内圆筒的外表面上布置有沿圆周均布的每组为8块的发射电极E一组或几组，并布置输出电极O，在发射电极和输出电极之间由接地极G隔开，旋转圆筒a外圆筒的内表面上布置有沿圆周均布的接收电极C，其块数与发射电极E组数相同，所占位置恰好复盖4块发射电极E，接收电极间以同样大小的接地极隔开。

2、根据权利要求1所述的电容式角位移传感器，其特征在于旋转圆筒的长度比固定圆筒的长度长，旋转圆筒与测微螺杆同轴固定。

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