專利名稱：電容式非接觸角位置傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于測(cè)量旋轉(zhuǎn)部件角位置的傳感器，尤其涉及改進(jìn)電容式角位置傳感器的變?nèi)莘绞?。本發(fā)明特別適用于需要頻繁轉(zhuǎn)動(dòng)、手感舒適的場(chǎng)合，如游戲機(jī)的外圍設(shè)備及調(diào)音設(shè)備。技術(shù)背景
目前的角位置傳感器有電阻式、旋轉(zhuǎn)差動(dòng)變壓器式、光柵編碼式和電容式。其中:
1、電阻式角位置傳感器結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低，適用的溫度范圍較寬，但是測(cè)量角度小于360°，不能用于連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的測(cè)量，輸出信號(hào)信噪比較低，由于導(dǎo)電體有機(jī)械接觸，手感差，使用壽命短。
2、旋轉(zhuǎn)差動(dòng)變壓器式角位置傳感器測(cè)量精度較高，對(duì)環(huán)境溫度適應(yīng)性強(qiáng)，溫度變化范圍廣，但是測(cè)量范圍窄，結(jié)構(gòu)和制造工藝復(fù)雜，因此制造成本較高。
3、光柵編碼器式角位置傳感器響應(yīng)快、精度高，但是受環(huán)境溫度、振動(dòng)和濕度條件的影響較大，且價(jià)格較貴。
4、目前的電容式角位置傳感器的極板間距和介質(zhì)固定，通過改變兩個(gè)極板相互遮蓋面積的大小來改變電容。它的優(yōu)點(diǎn)是有一定的適應(yīng)惡劣環(huán)境的能力，具有較高的精度和分辨率，但是由于其中的一個(gè)電容極板要與轉(zhuǎn)動(dòng)部件連接，因此傳感角度和耐久性都受到限制。發(fā)明內(nèi)容
為了彌補(bǔ)當(dāng)前電容式角位置傳感器產(chǎn)品的不足，使此類產(chǎn)品即能達(dá)到精度高、手感好、壽命長，而價(jià)格又相對(duì)低廉，本專利提供了一款使用介質(zhì)變?nèi)莘绞降碾娙菔椒墙佑|角位置傳感器。
本專利所采用的技術(shù)方案是:電容的極板平放在同一個(gè)平面上，極板的布局如圖4所示，其中一塊極板為主極板(M)，其四周環(huán)繞一個(gè)或多個(gè)分極板(圖4中的A、B、C所示)，這樣主極板(M)和每塊分極板(A、B、C)分別構(gòu)成了一個(gè)電容，這些電容構(gòu)成了一個(gè)電容組。在極板平面的上方放置一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)的金屬動(dòng)片(4)(見圖3)，在金屬動(dòng)片(4)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，金屬動(dòng)片(4)與位于其下方的主極板(M)的重合面積保持不變，而與位于其上方的分極板(圖4中的A，B，C所示)的重合面積則因金屬動(dòng)片(4)的轉(zhuǎn)動(dòng)位置不同而發(fā)生改變。當(dāng)分極板的上方?jīng)]有金屬動(dòng)片(4)時(shí)，若忽略極板厚度，根據(jù):
C = (C-電容值，ε-介電常數(shù)，S-重合面積，δ-極板間距)
可知，其電容值為零。當(dāng)金屬動(dòng)片處于分極板上的某區(qū)域時(shí)，金屬動(dòng)片就和其下方的分極板組成了如圖5所示的等效電路，設(shè)Ca為金屬動(dòng)片(4)與其下分極板A間的電容，Q為金屬動(dòng)片與主極板(M)間的電容，當(dāng)金屬動(dòng)片(4)轉(zhuǎn)動(dòng)α角度時(shí)，總電容的變化量AC=ACa+AQ，由于金屬動(dòng)片(4)在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中與主極板(M)重合面積不變，所以在金屬動(dòng)片⑷轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，Q為定值，gp AQ = O，因此:
權(quán)利要求
1.電容式非接觸角位置傳感器，由外殼(3)、轉(zhuǎn)軸(I)、金屬動(dòng)片(4)、印制有電容極板的基板(10)以及由單片機(jī)組成的信號(hào)處理電路(9)組成，其工作原理為通過金屬動(dòng)片(4)改變電容間的介質(zhì)，從而改變電容的大小，并由單片機(jī)控制對(duì)電容進(jìn)行測(cè)量、計(jì)算和輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容式非接觸角位置傳感器，其特征是在轉(zhuǎn)軸(I)上固定一個(gè)與電路完全分離的金屬動(dòng)片(4)，此金屬動(dòng)片(4)用于改變裝置內(nèi)的電容介質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容式非接觸角位置傳感器，其特征是有金屬極板由一塊或多塊組成，并排列在同一平面或曲面上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容式非接觸角位置傳感器，其特征是機(jī)構(gòu)內(nèi)部附帶有信號(hào)處理電路和元件，對(duì)外輸出數(shù)字或模擬信號(hào)。
全文摘要
一種電容式非接觸角位置傳感器，由外殼、轉(zhuǎn)軸、金屬動(dòng)片、印制有電容極板的基板以及由單片機(jī)組成的信號(hào)處理電路等組成，其工作原理為通過金屬動(dòng)片改變電容間的介質(zhì)，從而改變電容的大小，并由單片機(jī)控制對(duì)電容進(jìn)行測(cè)量、計(jì)算和輸出。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是電容極板由一塊或多塊組成，并排列在同一平面或曲面上。其特征是在轉(zhuǎn)軸上固定一個(gè)與電路完全分離的金屬動(dòng)片，此金屬動(dòng)片用于改變裝置內(nèi)的電容介質(zhì)。由于本傳感器可移動(dòng)部件沒有帶電體的存在，所以真正地做到了非接觸測(cè)量。本傳感器在滑動(dòng)手感，使用壽命以及分辨率等指標(biāo)與光柵編碼器式角位置傳感器相當(dāng)，但成本只有其二分之一，特別適用于需要手動(dòng)操作的調(diào)音設(shè)備及游戲機(jī)外圍設(shè)備。
文檔編號(hào)G01B7/30GK103162717SQ20131001288
公開日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2013年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月15日
發(fā)明者陳曉玉 申請(qǐng)人:陳曉玉