一種基于駐極體的靜電式轉(zhuǎn)速傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了屬于轉(zhuǎn)速傳感器【技術(shù)領(lǐng)域】的一種基于駐極體的靜電式轉(zhuǎn)速傳感器。所述的靜電式轉(zhuǎn)速傳感器，由襯底、電極和駐極體層依次層疊組成，襯底上制作電極，電極被駐極體材料所覆蓋；電極之間絕緣。本發(fā)明的基于駐極體的靜電式轉(zhuǎn)速傳感器不要求被測物體為鐵磁器件，具有測試材料廣泛，不要求鐵磁性材料，任何導(dǎo)電材料皆可，微加工工藝兼容性好、結(jié)構(gòu)簡單、成本低等諸多優(yōu)點。
【專利說明】一種基于駐極體的靜電式轉(zhuǎn)速傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于轉(zhuǎn)速傳感器【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于駐極體的靜電式轉(zhuǎn)速傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]轉(zhuǎn)速傳感器廣泛用于汽車工業(yè)和其他工業(yè)領(lǐng)域(Fredrik Gustafsson, “RotationalSpeed Sensors: Limitations, Pre-processing and Automotive Applications，，，IEEEInstrumentation&Measurement Magazine, April, 2010)。傳統(tǒng)上，典型的轉(zhuǎn)速傳感器主要有霍爾傳感器和激光編碼式傳感器。其中，霍爾式傳感器要求被測對象由鐵磁性材料構(gòu)成，而激光傳感器結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種基于駐極體的靜電式轉(zhuǎn)速傳感器。所述傳感器基于靜電場的變化來探測物體的旋轉(zhuǎn)速度。
[0004]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0005]一種基于駐極體的靜電式轉(zhuǎn)速傳感器，主要由襯底、電極和駐極體層依次層疊組成，襯底上制作電極，電極被駐極體材料所覆蓋；電極之間絕緣。
[0006]所述襯底為絕緣材料或在金屬襯底上噴涂絕緣材料制作絕緣層。
[0007]所述電極通過濺射-光刻-刻蝕的方法制造成型。
[0008]所述駐極體的材料為聚四氟乙烯、聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚偏氟乙烯或Si02/Si3N4。
[0009]所述駐極體提供靜電場。
[0010]所述電極的作用是敏感駐極體附近的電場變化，并將這種變化轉(zhuǎn)換成信號輸出。
[0011]所述襯底作為額外的機(jī)械結(jié)構(gòu)支撐。襯底的采用不影響本發(fā)明所述靜電式轉(zhuǎn)速傳感器的電特性，而電極和襯底的相對位置并無約束，只要電極處于駐極體所產(chǎn)生的電場之中并可以敏感由被測物體造成的電場強(qiáng)度的變化即可。
[0012]本發(fā)明的基于駐極體的靜電式轉(zhuǎn)速傳感器不要求被測物體為鐵磁器件，具有測試材料廣泛(不要求鐵磁性材料，任何導(dǎo)電材料皆可)、微加工工藝兼容性好、結(jié)構(gòu)簡單、成本低等諸多優(yōu)點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為基于駐極體的靜電式轉(zhuǎn)速傳感器的原理示意圖。
[0014]圖2為基于駐極體的靜電式轉(zhuǎn)速傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0015]下面將結(jié)合附圖和具體實例對本發(fā)明的基于駐極體的靜電式轉(zhuǎn)速傳感器作進(jìn)一步說明。
[0016]一種基于駐極體的靜電式轉(zhuǎn)速傳感器，由襯底、電極和駐極體層依次層疊組成，襯底上制作電極，電極被駐極體材料所覆蓋；電極之間絕緣。
[0017]本發(fā)明的原理:
[0018]利用本發(fā)明的基于駐極體的靜電式轉(zhuǎn)速傳感器進(jìn)行測量的被測物體需要具有一個“識別結(jié)構(gòu)”，如圖1所示?！白R別結(jié)構(gòu)”是指被測物體上形狀、介電系數(shù)或電導(dǎo)率明顯區(qū)別于其他區(qū)域的結(jié)構(gòu):這一結(jié)構(gòu)可以是齒輪輪齒、旋轉(zhuǎn)體上的鍵槽、螺釘?shù)?形狀區(qū)別于其他結(jié)構(gòu))，也可以絕緣、低介電系數(shù)旋轉(zhuǎn)體上的一塊高介電系數(shù)材料等(介電系數(shù)不同于其他結(jié)構(gòu))，也可以是絕緣旋轉(zhuǎn)體上的一塊導(dǎo)電涂料或?qū)щ娦D(zhuǎn)體上的一塊絕緣體材料(電導(dǎo)率區(qū)別于其他結(jié)構(gòu))。
[0019]駐極體被駐極之后，駐極體在襯底電極上會產(chǎn)生感應(yīng)電荷。而當(dāng)旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)的時候，識別結(jié)構(gòu)會周期性的靠近遠(yuǎn)離駐極體表面。進(jìn)而使得電極上的感應(yīng)電荷數(shù)量產(chǎn)生變化。這種由被測物體旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的電荷漲落會產(chǎn)生相應(yīng)的電壓信號，通過這一信號可以測量出被測物體的轉(zhuǎn)動。
[0020]實施例1
[0021]如圖2所示，本發(fā)明的一種基于駐極體的靜電式轉(zhuǎn)速傳感器，由具有絕緣層的襯底、電極和駐極體依次層疊組成。
[0022]襯底為鋁板，作用是為整個器件提供機(jī)械支撐。絕緣層為聚四氟乙烯涂層。用濺射和刻蝕的方法將電極制作在絕緣層上。電極上面貼附聚四氟乙烯膠帶作為駐極體。
[0023]被測物體-齒輪由鋁構(gòu)成，也可以由其他導(dǎo)電材料(如、鑄鐵、鋼材、其他有色金屬、石墨、導(dǎo)電橡膠或任何具有導(dǎo)電特性的材料)或介電常數(shù)遠(yuǎn)大于I的材料。需要在齒輪的輪齒掠過電極附近時可以改變電極附近的電場分布，使得電極上的電荷變化足以被儀器測得。這種儀器可以是示波器模數(shù)轉(zhuǎn)換器或其他信號處理電路制成，是被測物體。齒輪上的輪齒即圖1中的“識別結(jié)構(gòu)”。當(dāng)齒輪旋轉(zhuǎn)的時候器件輸出相應(yīng)信號。
[0024]用電暈駐極的方法極化駐極體，此時駐極體表面保持有負(fù)電荷。駐極體本身的特性使得這些電荷可以長時間不消失。這些電荷在電極表面產(chǎn)生感應(yīng)電荷。當(dāng)齒輪輪齒靠近電極上方時，輪齒表面會產(chǎn)生正極性感應(yīng)電荷。這些感應(yīng)電荷會影響電極附近的電場分布，使電極上感應(yīng)電荷減少。電極上感應(yīng)電荷數(shù)量的增減表現(xiàn)為對外輸出電流，即輸出信號。
[0025]齒輪在傳感器器件附近旋轉(zhuǎn)時，會產(chǎn)生兩種感應(yīng)電荷:在靠近器件一側(cè)產(chǎn)生正電荷(與駐極電荷極性相反)，在遠(yuǎn)離器件一側(cè)產(chǎn)生負(fù)電荷(保證齒輪總體呈電中性)。若齒輪接地，可以將遠(yuǎn)離器件一側(cè)的負(fù)電荷消除，使之不會抵消靠近器件一側(cè)正電荷在器件附近電場所產(chǎn)生的影響。然而，由于駐極體表面電荷有限，而齒輪體積相比器件很大，因此齒輪另一側(cè)感應(yīng)出的正電荷對器件附近電場影響可忽略不計。
[0026]器件是通過在被測物體上產(chǎn)生感應(yīng)電荷的方式，而不是敏感被測物體電位的方式來感應(yīng)被測物體旋轉(zhuǎn)的。因此被測物體本身不需要接地。
【權(quán)利要求】
1.一種基于駐極體的靜電式轉(zhuǎn)速傳感器，其特征在于，主要由襯底、電極和駐極體層依次層疊組成，襯底上制作電極，電極被駐極體材料所覆蓋；電極之間絕緣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于駐極體的靜電式轉(zhuǎn)速傳感器，其特征在于，所述襯底為絕緣材料或在金屬襯底上噴涂絕緣材料制作絕緣層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于駐極體的靜電式轉(zhuǎn)速傳感器，其特征在于，所述電極通過濺射-光刻-刻蝕的方法制造成型。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于駐極體的靜電式轉(zhuǎn)速傳感器，其特征在于，所述駐極體的材料為聚四氟乙烯、聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚偏氟乙烯或SiO2/Si3N4。
【文檔編號】G01P3/44GK103760378SQ201410007209
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月7日
【發(fā)明者】邊濰, 伍曉明, 王曉紅 申請人:清華大學(xué)