專利名稱：電容式位移變送器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能夠用在慣性傳感器中的電容式位移變送器領(lǐng)域，更具體地說，涉及 能夠用在寬帶弱動慣性傳感器中的低阻尼空間有效電容式位移變送器。
背景技術(shù)：
在流體中自由擺動的機械系統(tǒng)被與質(zhì)量塊的速度成比例的粘性阻力阻尼至靜止。 在被阻尼時，機械系統(tǒng)將能量傳送給周圍的流體。若假設(shè)機械系統(tǒng)處于周圍有流體的熱平 衡條件下，則該能量必定會通過粒子碰撞傳回該系統(tǒng)。這些粒子碰撞傳遞壓力，引起加速 度，位移變送器將該加速度解釋為有效信號。這是漲落耗散定理的一個例子，并且結(jié)果被已 知為熱噪聲。熱噪聲為感應位移、速度或加速度的機械儀器的準確性設(shè)置基本限制。更具體地 說，由慣性質(zhì)量塊與周圍流體的交互產(chǎn)生的熱噪聲損害了慣性傳感器測量地動的能力。由 粘性阻尼產(chǎn)生的熱噪聲具有白頻譜，因此在全頻率下被觀測到。由于流體粒子的布朗運動 引起熱噪聲這一事實的存在，它對慣性傳感器的準確性的限制經(jīng)常稱為布朗噪聲基底。圖1示出慣性傳感器的靈敏度的限制地球本身的背景地動，通常稱為新低噪聲
模型(NLNM) 1。在設(shè)計良好的地震穹的典型噪聲頻譜的幅度可以比這高很多次冪，但是基本
不會比這低。傳感器的自噪聲經(jīng)常與NLNM 1對比，這是由于兩者都對地動的可觀測幅度設(shè)
置了下限。寬帶、弱動慣性傳感器針對它們的通帶中的1II^ (通常從0.1到100秒)，通 常需要低于-160dB2的自噪聲。慣性傳感器中的熱加速度噪聲ath的幅度通過以下公式給出<formula>formula see original document page 4</formula> (Eq.l)其中kb是玻耳茲曼常數(shù)；Ta是周圍溫度；B是粘性阻尼系數(shù)；以及M是地震質(zhì)量塊。從公式Eq. 1看來，有兩種方式來減小熱加速度噪聲的幅度(1)通過減小B，粘性 阻尼系數(shù)，或者(2)通過增加M，地震質(zhì)量塊。盡管已經(jīng)作出各種減小粘性阻尼系數(shù)的幅度 的嘗試，但是限制布朗噪聲基底對傳感器性能的影響的最通用的方法是通過使用大的地震 質(zhì)量塊(例如，超過100克)。使用大的地震質(zhì)量塊不可避免地使傳感器尺寸變大。減小布 朗噪聲基底的幅度的替代方法是減小粘性阻尼系數(shù)的幅度。對于同樣的布朗噪聲基底，較 低的粘性阻尼系數(shù)呈現(xiàn)出使用較小的地震質(zhì)量塊和制造出較小的傳感器的可能性。除了便 于攜帶的優(yōu)勢之外，降低地震質(zhì)量塊還具有兩個額外的好處由于將質(zhì)量塊固定在操作點 處所需的力較小，因此力反饋儀器中的功耗較低，并且對振動和沖擊的物理魯棒性增加。對于已利用大的地震質(zhì)量塊的傳感器來說，粘性阻尼系數(shù)的降低呈現(xiàn)出布朗噪聲基底進一步 減小的可能性。因此，降低粘性阻尼系數(shù)通常會增加傳感器的單位體積性能。
慣性傳感器為了測量地動經(jīng)常使用兩個或更多間隔近的導電板(稱為電容器板、 電容板或僅僅叫做板)。一個或更多固定的電容器板通常連附于一框架，而一個或更多移動 的電容器板通常連附于慣性質(zhì)量塊。對立板的板間隔變化Ah和隨之產(chǎn)生的板間電容變化 使得慣性質(zhì)量塊的位移能夠被檢測到。對于通用高阻力三板電容式位移變送器來說，中心 電容器板的電荷變化AQ與板間隔變化Ah之間遵循以下關(guān)系
^QocA ( Eq.2 ) _4] Ah h2 ^其中Ae是電容器板的電容有效面積；并且h是標稱電容器板間隙高度。由于電容式位移變送器被期望具有高的電荷輸出Δ Q，因此有利的是，同時具有大 的電容有效面積Ae和小的電容器板間隙h。因此，位移變送器中的電容器板被放置得非常 靠近(例如通常小于0. 5毫米)。
當電容器板沒有被打孔時，板間的在一起移動時被擠壓或者在分開移動時變稀薄 的空氣膜提供基本的粘性阻尼力。通常，這些板至少被最小限度地打上孔，以減小粘性阻尼 系數(shù)的幅度。電容式位移變送器的阻尼通常是機械系統(tǒng)中粘性阻尼的主要來源。然而，電容器板中的孔減損電容有效的面積，使得電容式位移變送器的空間有效 性降低。電容器板的尺寸可以是傳感器的總體尺寸中的驅(qū)動因素。因此，通過制造空間有 效的電容式位移變送器，可以改進傳感器的單位體積性能。對于最佳電容式位移變送器的設(shè)計，有兩個需要考慮的參數(shù)單位電容有效面積 的粘性阻尼；以及電容有效面積與電容器板的總體面積之比。期望的是，前者被最小化而后 者很大(對于空間有效的變送器來說，超過0. 5)。未能全面考慮電容器位移變送器中的板-流體交互導致當前的傳感器技術(shù)不能 達到有利地高的傳感器單位體積性能。需要對電容式位移變送器進行優(yōu)化以在維持高的空 間效率的同時獲取盡可能最小的粘性阻尼系數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
特定示例性實施例可提供一種用在寬帶弱動慣性傳感器中的電容式位移變送器， 該寬帶弱動慣性傳感器具有框架、可移動慣性質(zhì)量塊、用于在操作期間保持該慣性質(zhì)量塊 相對于該框架固定的力變送器以及用于將該可移動質(zhì)量塊懸掛在該框架中的彎曲部件。兩 個或更多間隔近的、基本平行的電容器板(至少一個電容器板連附于該框架，一個電容器 板連附于該可移動慣性質(zhì)量塊)形成電容式位移變送器。所述電容器板具有多個孔隙，所 述多個孔隙具有被選擇為同時最小化阻尼導致的熱噪聲并提供高空間效率的尺寸和布置。 一個實施例包括三個電容器板，每個電容器板具有相同的六角形圖案的圓孔；所述孔在所 有三個電容器板上被對齊?？椎陌霃胶烷g距由確定期望的空間效率、間隙高度和電容器板 厚度的單位電容有效面積的最小阻尼的關(guān)系指定。在一個實施例中，電容器板由印刷電路 板材料制成，該印刷電路板材料通過薄傳導層的蝕刻，無需使用非傳導墊片就可以直接安裝至傳導框架和傳導慣性質(zhì)量塊。


圖1例示示出地震儀靈敏度的實際極限的圖；圖2A、2B、2C和2D例示包括慣性質(zhì)量塊、彎曲元件、框架、力變送器以及在一個或 更多板中帶有孔的三板電容式位移變送器的慣性傳感器軸的一般實施例；圖3A、3B、3C、3D、3E和3F例示孔的圖案和孔的形狀的若干個可用的實施例；
圖4A和4B例示三電容器板的實施例的截面圖和該實施例的三個單位格子各自的 視圖；圖5示出流體阻尼電路模型的示意圖；圖6例示作為孔_格子比的函數(shù)的各種不同類型的阻尼和電容有效面積的圖；圖7例示示出雷諾條件、壓力上升、剪切和作為孔半徑的函數(shù)的總阻尼密度，以及 都在0. 8的電容有效面積分數(shù)的最佳孔半徑的圖；以及圖8例示示出對于作為孔半徑的函數(shù)的各種電容有效面積分數(shù)的總阻尼密度的 圖。
具體實施例方式圖2A、2B、2C和2D示出慣性傳感器的各種示意圖，該慣性傳感器具有通過一個或 更多彎曲元件5(圖2A-2D示出四個這樣的元件，但是在操作中一個就足夠)樞軸地安裝在 框架4上的慣性質(zhì)量塊3。在一個實施例中，位移變送器10由三個電容器板形成底板6、 框架板7和頂板8 (盡管論述了三個電容器板，一個固定且一個可移動的兩個電容器板對于 傳感器的操作就已足夠；此外，替代實施例可具有裝在框架上的外板和裝在慣性質(zhì)量塊上 的內(nèi)板)?？蚣馨?機械連接(但不電連接)到框架4，框架4又機械連接到地。通過這種 連接，地的位移對應于框架4的位移。底板6和頂板8機械連附(但不電連附)于慣性質(zhì) 量塊3，并且由諸如金屬之類的傳導性材料或至少一個外表面上具有傳導性材料的印刷電 路板制成。在一個實施例中，慣性質(zhì)量塊3和框架4由金屬制成，電容器板6、7、8由印刷電 路板材料制成。在一個實施例中，電容器板6、7、8的框架支座11和吊桿支座12分別與框 架4和慣性質(zhì)量塊3是一體的。為了防止電容器板6、7、8與慣性質(zhì)量塊3或框架4短路， 可將電容器板6、7、8上的頂部金屬層沿支座11、12的周圍蝕刻掉，只剩下非傳導性印刷電 路板材料16。在一個替代實施例中，非傳導性涂層可沉積在電容器板6、7、8的傳導性材料 的頂部，這樣可便于使用一體的支座11、12。在另一實施例中，電容器板6、7、8通過光化學 加工工藝由合適的傳導性材料制造而成；在該實施例中，框架支座11和吊桿支座12是非傳 導性的，并且與框架4或慣性質(zhì)量塊3不是一體的。底板6和頂板8被供應以差分振蕩電 信號。底板6與框架板7之間的底部間隙13最初等于框架板7與頂板8之間的頂部間隙 14。當?shù)装?和頂板8被置于中心時，框架板7上的輸出為零。地發(fā)生位移時，框架4以相 同的方向和幅度發(fā)生位移，而慣性質(zhì)量塊3暫時保持固定。頂部間隙13與底部間隙14變得 不相等；該間隙變化導致底部間隙13與頂部間隙14的電容不相等。當?shù)装?和頂板8關(guān) 于框架板7不處于中心時，框架板7上的輸出為非零。使用該信號的幅度和相位，可以推導 出地的位移的幅度和方向。因此，三個電容器板6、7、8和相關(guān)聯(lián)的電子器件(未示出)形成電容式位移變送器。反饋電子器件處理由位移變送器10輸出的信號，并使用該信號來驅(qū) 動力變送器15 (例如磁性線圈-磁體發(fā)動機，或靜電力變送器)。當被合適的信號驅(qū)動時， 力變送器15在正常的操作條件下保持底部間隙13與頂部間隙14基本相等。當頂板8向框架板7移動時，頂部間隙高度14變小，而底部間隙高度13變大。假設(shè)流體不可壓縮，這意味著頂部間隙14內(nèi)所包含的某些流體必須流出，而某些另外的流體 必須進入底部間隙13以填充新產(chǎn)生的空隙。為了發(fā)生這個流動，底板6和頂板8的每個 點上都必須存在壓力梯度(局部壓力最大值和最小值除外)。孔/孔隙/空隙9被形成為 通過電容器板6、7、8中的至少一個。底板6和頂板8上的孔9的面向外的側(cè)以及板6、7、8 的邊緣暴露于周圍流體，因此暴露于周圍壓力。因此，向框架板7移動的頂板8的面向內(nèi)的 側(cè)上的任何點處于高于周圍壓力的壓力下，從而促進流體向外流動；相反，遠離框架板7移 動的底板6上的面向內(nèi)的側(cè)上的任何點處于低于周圍壓力的壓力下，從而促進流體向內(nèi)流 動。電容器板6、7或8上的點與周圍壓力下的點之間的最小路徑越大，在該點處與周圍的 壓力差就越大。移動電容器板6或8的兩側(cè)之間的壓力差產(chǎn)生阻礙慣性質(zhì)量塊3移動的阻 力。因此，通過減小電容器板6、7、8上的點與周圍壓力的點之間的平均最小路徑，可減小粘 性阻尼的這種形成，這通常稱為雷諾條件阻尼。在實踐中，孔9間的距離測量值17 ；同一孔 9的兩個分離部分之間的第二距離測量值18 ；以及孔與電容器板的邊緣之間的第三距離測 量值19在可行的情況下都被制得盡可能小。圖3A、3B、3C、3D、3E和3F例示離散孔的圖案和形狀的若干個實施例。單位格子 (unit cell)例示最小的重復圖案。在圖3A中方形圖案定型的圓孔45形成單位格子46 ； 在圖3B中以六角形定型的圓孔45形成單位格子26 ；圖3C中以方形圖案定型的方孔47形 成單位格子48 ；圖3D中以六角形定型的方孔47形成單位格子49 ；圖3E中以線條定型的狹 槽50形成單位格子51 ；圖3F中以六角形定型的六角孔52形成單位格子53。圖3B、3D和 3F中示出的六角形定型孔排布具有所有的孔與所包圍的孔等距離的特性，而圖3A和3C中 示出的方形定型孔排布不具有這種特性。由孔的六角形排布提供的對稱性減小了雷諾條件 阻尼系數(shù)的幅度。圖3E中示出的狹槽結(jié)構(gòu)提供低阻尼系數(shù)，并且可用在電容器板6、7、8由 金屬制成且相對較厚的應用中。圖4A示出根據(jù)例示的實施例的多個電容器板6、7、8的結(jié)構(gòu)的截面。三個電容器板 包括通過底板6的多個孔20、通過框架板7的多個孔21以及通過頂板8的多個孔22。替 代實施例可消除在底板中的孔20和頂板中的孔22，或者消除在框架板中的孔21。再次參見圖4A，所有三個電容器板6、7、8中的孔20、21、22被對齊成使得垂直于電 容器板且穿過孔的中心的中心線23還穿過另外兩個板上的孔的中心。對齊孔20、21和22 建立起通過與對立板上的電容有效面積重疊來利用所有潛在的電容有效面積的結(jié)構(gòu)。當?shù)装?和頂板8關(guān)于框架板7被置于中心時，間隙高度13、14極小。由于在實踐 中，力變送器15保持外板6、8在中心，間隙高度13、14總是接近極小。三個電容器板的厚 度24和孔半徑25都是一致的。參見圖4B，孔被置于六角形圖案的單位格子26中(三個單 位格子被六角形30圈住)，具有χ節(jié)距27和對應的y節(jié)距28。由于所有的孔是等間距的， 因此χ節(jié)距27也是孔中心之間的對角距離。以下用于阻尼分析的格子半徑29通過將圓的 面積等同于單位格子26的面積來找到；得到的圓半徑是由以下公式給出的格子半徑29r。[οο38] <formula>formula see original document page 8</formula>
其中ξ h是χ孔節(jié)距27 ；rh是孔半徑25 ；以及c是孔半徑25與格子半徑29之比。圖5示出根據(jù)圖4A中所示的板結(jié)構(gòu)的例示實施例的流體阻尼電路模型的示意圖。頂?shù)?5和底地56指示周圍壓力?？卓谧杩?1表示當流體離開孔口進入大蓄水池時發(fā)生 的壓力損耗。通道阻抗32表示通過圖4A所示的通道54來自剪切阻力的類似管道的損耗。 過渡阻抗33表示與從擠壓膜流動過渡為通道流動的過渡相關(guān)聯(lián)的孔口型損耗。格子環(huán)流 量源34表示在孔半徑25與格子半徑29 (見圖4B)之間的環(huán)中擠壓的流體的體積流量。移 動板流量源35表示外板6、8在移動，因此比框架板7具有更多的流體穿過它們的通道的事 實。周圍壓力與格子環(huán)之間的阻抗意味著除了由雷諾條件流動導致的壓力梯度之外，再次 作用以阻礙外板6、8移動的壓力還會額外地上升或下降。由這種效應產(chǎn)生的阻尼稱為壓力 上升阻尼。作為背景技術(shù)，將論述影響阻尼系數(shù)B的幅度的因素。三打孔板布置中的阻尼的 來源可以劃分成以下三個不同的源雷諾條件阻尼(阻尼系數(shù)為Bk)；壓力上升阻尼(阻尼 系數(shù)為Bp)；以及由對移動板6、8的通道54壁施加的剪切力導致的剪切阻尼(阻尼系數(shù)為 Bs)。這三種作用加起來以獲得總阻尼系數(shù)。為了分析，電容器板被劃分成半徑r。的圓格子 29，使得半徑對稱的一維關(guān)系能夠用于雷諾條件阻尼系數(shù)。假設(shè)沒有流量穿過格子便捷。劃 分成離散、圓形、一維格子適合于六角形圖案的圓孔，但是可用作其它規(guī)則圖案的離散穿孔 的近似。就單個圓格子來說，支配流體阻抗Zx、雷諾條件阻尼Bk、壓力上升阻尼Bp以及剪切 阻尼Bs的公式被給定如下
<formula>formula see original document page 8</formula>其中μ是流體的粘度；h是電容器板間隙的高度(13或14)；rc是格子半徑29 ；rh是孔半徑25 ；Ztj是進入或離開孔的孔口的流體的流體阻抗31 ；Zc是穿過由孔形成的類似管道的通道的流體的流體阻抗32 ；Tcp是電容器板的厚度24 ；以及
Zt是擠壓膜流動與通道流動之間的過渡區(qū)域中的流體的流體阻抗33。為了簡化起見，電容器板的邊緣處的流體阻力被忽略。間隙高度13、14和電容器板厚度24的選擇分別根據(jù)靈敏度和尺寸穩(wěn)定性的要求被設(shè)置，并不考慮優(yōu)化。圖6是例示雷諾條件阻尼36的圖、壓力上升阻尼37的圖和剪切阻尼38的圖的圖， 它們都是孔半徑25與格子半徑29之比c的函數(shù)。這些值關(guān)于它們在c = 0. 5時的值被歸 一化，并且格子半徑29、電容器板厚度24、電容器板間隙13或14、以及流體的粘度μ都被 任意設(shè)置為1。還示出了電容有效的格子面積的分數(shù)39 ；它完全是孔_格子比c的函數(shù)，等 于1-c2。有效面積的分數(shù)39是電容式位移變送器的空間效率的測量值；最大化沒有被打孔 并且因此對電容有用的面積分數(shù)39將最小化特定的電容器板區(qū)域所需的總空間。電容有
效面積的可接受分數(shù)39的合理范圍在0. 5到0. 9之間(針對此，c的值分別為+和;^
)。對于低于0. 5的值和給定的所需有效面積，電容式位移變送器的尺寸快速增加；對于高 于0. 9的值，阻尼的幅度快速增加。如圖6中的圖36、37、38、39所示，最大化有效電容面積 和最小化總阻尼的要求是相互矛盾的。圖7是例示當電容有效面積的分數(shù)39為0. 8時阻尼密度與孔半徑之間的關(guān)系的
圖；對于該分數(shù)，孔-格子比c為;J『。阻尼密度被定義為被電容有效面積除的阻尼系數(shù)，并
為單位靈敏度阻尼提供指標圖。圖 的圖基于0. 242mm的電容器板間隙高度13、14以及 0. 544mm的電容器板厚度24。阻尼密度分解為雷諾條件41、壓力42和剪切43阻尼。還示 出總阻尼40。由于在該圖中孔-格子比c是常數(shù)，因此減小孔半徑25伴隨著減小孔間的距 離17。雷諾條件阻尼受益于一直減小孔間的距離17，直到孔半徑25為零為止。流體阻力 Zx與孔半徑25的冪都成反比，這使得當孔半徑25逼近零時壓力上升阻尼42和剪切阻尼43 急劇上升到無窮大。當所有三個阻尼源的和最小時，出現(xiàn)最佳的孔半徑44。在孔半徑25小 時，包括最佳孔半徑44，壓力上升阻尼是阻尼的主要來源。圖8是例示對于電容有效面積的若干個分數(shù)39，總阻尼密度和孔半徑25之間的關(guān) 系的圖。圖8的圖基于0. 242mm的電容器板間隙高度13、14以及0. 544mm的電容器板厚度 24。出現(xiàn)最小阻尼密度時的孔半徑指示針對有效面積的期望分數(shù)39的最低可用阻尼。對于 尺寸不相關(guān)的應用來說，減小電容有效面積的分數(shù)39能夠在任何時候減小阻尼密度的值， 并且因此在任何時候減小熱噪聲。在每種情況下最小化總阻尼密度的孔半徑25的值比現(xiàn) 有技術(shù)能看到的要低得多。對于電容器板間隙高度13、14、電容器板厚度24以及電容有效 面積的百分數(shù)39的所有值，都存在最小化總阻尼密度的孔半徑25。對于圖4A中例示的實施例，其中阻尼流體在20°C下的空氣中，假設(shè)不可壓縮，并 且電容有效面積的分數(shù)39在0. 5到0. 9之間，針對最佳孔半徑25已經(jīng)獲得了作為電容器 板間隙高度13、14、電容器板厚度24以及電容有效面積分數(shù)39的函數(shù)的關(guān)系。該關(guān)系式通 過識別出最佳孔半徑25、電容器板間隙高度13、14以及電容器板厚度24的三維對數(shù)-對 數(shù)_對數(shù)圖形成有效面積的恒定分數(shù)39的近似平面而獲得。該關(guān)系如下<formula>formula see original document page 9</formula>其中rhopt是提供單位有效面積的最低阻尼的孔半徑25的值；
h是電容器板間隙高度13、14 ；Tcp是電容器板厚度24 ；以及Fe是電容有效面積分數(shù)39。從該公式中顯而易見，最佳孔半徑對電容有效面積的期望分數(shù)39和電容器板間 隙高度13、14最靈敏。在現(xiàn)有技術(shù)中，孔半徑25與電容器板間隙高度13、14之比通常超過 5。然而，該式披露出對于0. 5到0. 9之間的有效面積分數(shù)39以及在間隙高度13、14的1 到4倍之間的電容器板厚度24，孔半徑25與間隙高度13、14的最佳比在1到2之間。盡管已經(jīng)針對特定實施例和應用描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員按照該教導可得出額外的實施例和修改，而不脫離請求保護的發(fā)明的精神或超過其范圍。因此應 當理解，這里的附圖和描述作為示例適于方便理解本發(fā)明，而不應當被解釋為限制本發(fā)明 的范圍。
權(quán)利要求
一種用在寬帶弱動慣性傳感器中的電容式位移變送器，該寬帶弱動慣性傳感器具有框架、可移動慣性質(zhì)量塊、用于在操作期間保持該慣性質(zhì)量塊相對于該框架固定的力變送器以及用于將該可移動質(zhì)量塊懸掛在該框架中的彎曲部件，該電容式位移變送器包括以可操作的方式可連接至該框架的固定傳導板；以可操作的方式可連接至該慣性質(zhì)量塊的可移動傳導板，該可移動傳導板被設(shè)置為隔開一間隙地、大致平行于該固定傳導板，并且在相對于該固定傳導板運動時受到粘性阻尼；所述傳導板中的至少一個傳導板具有多個孔隙，帶有孔隙的傳導板具有電容有效面積和總面積；其中所述多個孔隙的尺寸和布置被選擇為最小化每單位電容有效面積的粘性阻尼，并提供被定義為所述帶有孔隙的傳導板的電容有效面積與總面積之比的高空間效率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容式位移變送器，其中所述多個孔隙中的大多數(shù)孔隙被設(shè) 置為具有以下特性所述大多數(shù)孔隙中的每個孔隙的輪廓在所述帶有孔隙的傳導板的平面 中向外偏移1.65mm、包圍所選的另一孔隙的至少局部部分，或包圍所述傳導板的邊緣的部 分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容式位移變送器，其中帶有孔隙的傳導板的大部分面積被 所述多個孔隙占據(jù)，使得直徑為1. 65mm的圓能夠被放置成包圍所述多個孔隙中的給定孔 隙的多個分離部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容式位移變送器，其中所述傳導板中的至少一個傳導板由 諸如塑料或陶瓷的印刷電路板材料構(gòu)成，并且在該傳導板的至少一側(cè)上具有由導電材料組成的薄層。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的電容式位移變送器，其中所述傳導板中的至少一個傳導 板的電容有效面積占所述傳導板的總面積的超過50%。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電容式位移變送器，其中所述傳導板中的至少一個傳導板直 接可安裝至所述框架或所述慣性質(zhì)量塊。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電容式位移變送器，其中所述傳導板中的至少一個傳導板由 諸如塑料或陶瓷的印刷電路板材料構(gòu)成，并且在該傳導板的至少一側(cè)上具有由導電材料組 成的薄層。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電容式位移變送器，其中所述多個孔隙中的大多數(shù)孔隙具有 以下特性每個孔隙能夠在所述帶有孔隙的至少一個傳導板的平面中被半徑為0. 85mm的 圓包含。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電容式位移變送器，其中對于所述多個孔隙中的大多數(shù)孔 隙，完全包含所述多個孔隙中的所選孔隙的圓的半徑與間隙高度之比在1到2之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電容式位移變送器，其中所述傳導板中的至少一個傳導板 直接可安裝至所述框架或所述慣性質(zhì)量塊。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電容式位移變送器，其中所述多個孔隙被設(shè)置成重復圖案 以形成孔隙陣列，并且所述多個孔隙中的所選孔隙與所述多個孔隙中直接圍繞所述所選孔 隙的所選組孔隙之間的中心到中心距離在所述孔隙陣列的大多數(shù)孔隙中大致相等。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電容式位移變送器，其中兩個傳導板都包括孔隙。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電容式位移變送器，其中兩個電容板上的孔隙中的大多數(shù) 孔隙在操作期間大致對齊。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電容式位移變送器，其中所述多個孔隙中的大多數(shù)孔隙具 有如下特性能夠完全包含每個孔隙的圓的最小半徑小于由以下公式來描述的孔半徑rh。pt 的最佳值的百分之三百<formula>formula see original document page 3</formula>其中電容有效面積的分數(shù)Fe等于；<formula>formula see original document page 3</formula>兩個對立板之間的電容器板間隙高度為h ； 電容器板厚度為T。p ；并且 兩個相鄰孔之間的中心到中心距離為€h。
15.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的電容式位移變送器，其中所述傳導板中的至少一個傳導 板由合適傳導材料的實體片材通過光化學加工制造而成。
全文摘要
一種電容式位移變送器，用在具有框架、可移動慣性質(zhì)量塊、在操作期間保持慣性質(zhì)量塊相對于框架固定的力變送器和將可移動質(zhì)量塊懸掛在框架中的彎曲部件的寬帶弱動慣性傳感器中。兩個或更多間隔近的基本平行的電容器板形成電容式位移變送器。電容器板包括具有被選擇為同時最小化阻尼導致熱噪聲并提供高空間效率的尺寸和布置的多個孔隙。實施例包括三個電容器板，每個具有相同六角形圖案的圓孔；孔在所有電容器板上被對齊?？椎陌霃胶烷g距由確定期望空間效率、間隙高度和電容器板厚度的每單位電容有效面積的最小阻尼的關(guān)系指定。在實施例中，電容器板由無需用非傳導墊片就通過薄傳導層的蝕刻直接安裝至傳導框架和傳導慣性質(zhì)量塊的印刷電路板材料制成。
文檔編號G01B7/02GK101825426SQ20101012808
公開日2010年9月8日 申請日期2010年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月6日
發(fā)明者尼克·阿克利, 蒂莫西·菲利普·塞特菲爾德, 馬克·喬納森·布里切·海曼 申請人:耐諾度量有限公司