專利名稱:柵形電容式位置瞄準(zhǔn)裝置的制作方法
本發(fā)明涉及電容傳感器電極是柵形，且為變面積型的電容傳感器，用這個(gè)電容的變量能夠瞄準(zhǔn)兩個(gè)部件特定的相對(duì)位置，特別是能夠多種形式的適應(yīng)各種特定位置的瞄準(zhǔn)。
現(xiàn)有用于位置測(cè)量變面積型的電容傳感器，在英國(guó)專利№2046920和美國(guó)專利№3845377中都是用兩個(gè)等同的固定電極(簡(jiǎn)稱定極)，平行對(duì)應(yīng)一個(gè)共用的可動(dòng)電極(簡(jiǎn)稱動(dòng)極)，各自構(gòu)成一個(gè)電容量(C1和C2)。動(dòng)極對(duì)應(yīng)于兩個(gè)定極平移后，若為等同覆蓋，這兩個(gè)電容量相等(C1＝C2);又若為不等同覆蓋，這兩個(gè)電容量不等(C1≠C2)，利用這兩個(gè)電容量的差值檢測(cè)兩個(gè)部件的相對(duì)位置。要使兩個(gè)部件相對(duì)位置絕對(duì)量的變化范圍增大，就必需加大兩個(gè)電容量，電容量的加大，勢(shì)必影響測(cè)量精度和靈敏度的提高;這兩者是相互制約的。又由于這種電極排列的形式，限制了它可能運(yùn)用的范圍，它的功能也難能充分發(fā)揮。
本發(fā)明的目的是針對(duì)上述缺點(diǎn)，提出一種改進(jìn)電極排列的極板，把測(cè)量?jī)蓚€(gè)部件相對(duì)位置絕對(duì)量的變化和瞄準(zhǔn)兩個(gè)部件特定的相對(duì)位置，分成“粗測(cè)”和“精瞄”兩套電極對(duì)應(yīng)同層或分兩層套版腐制在同一極板上，并能共用一個(gè)電路。由于改變了電極的排列，也很方便的導(dǎo)致出許多派生系列的極板，擴(kuò)大了運(yùn)用范圍，增加了功能，充分的滿足了瞄準(zhǔn)中的一些特定要求。對(duì)于大位移量的電極排列，本發(fā)明者在“柵形電容式位移傳感器”專利申請(qǐng)中另有專述。
按照本發(fā)明所提供的位置瞄準(zhǔn)裝置敘述如下，組成柵形電容式位置瞄準(zhǔn)裝置有面積相同的定極板和動(dòng)極板。動(dòng)極板可沿指定方向相對(duì)于定極板平行運(yùn)動(dòng)，在定極板和動(dòng)極板相對(duì)的兩個(gè)平面上與位移方向相垂直的中心線兩側(cè)，有兩個(gè)平行排列同長(zhǎng)度、同寬度大的電極和兩組平行排列同長(zhǎng)度、同寬度、同間隔的矩形條狀電極(又稱柵形電極或簡(jiǎn)稱電極)。上述前者用于測(cè)量?jī)蓚€(gè)部件相對(duì)位置絕對(duì)量的變化(簡(jiǎn)稱“粗測(cè)”)，它的電極寬度同為b1s，定極板上兩個(gè)電極之間的絕緣寬度為a1d，動(dòng)極板上兩個(gè)電極之間的絕緣寬度為a1s，動(dòng)極板上兩個(gè)電極由矩形條狀電極相連，定極板上電極和動(dòng)極上電極對(duì)應(yīng)的關(guān)系是a1d＝a1s±b1s(其中a1d＝a1s-b1s時(shí)a1s＞b1s);上述后者用于瞄準(zhǔn)兩個(gè)部件特定位置(簡(jiǎn)稱“精瞄”)，它的電極寬度同為b2s，兩組電極根數(shù)相等，在定極板上每組電極中相鄰電極之間的絕緣寬度為a2s，每組中的各個(gè)電極一端由矩形條狀電極共連在一起，定極板上兩組相鄰電極之間的絕緣寬度為a2d，動(dòng)極板上每組電極中相鄰電極之間的絕緣寬度為a2s，動(dòng)極板上兩組相鄰電極之間的絕緣寬度為a2h，兩組中各個(gè)電極的一端由矩形條狀電極共連在一起，定極板上電極和動(dòng)極板上電極對(duì)應(yīng)的關(guān)系是a2d＝a2h±bs，若取a2h＝a2s，則a2d＝a2s±bs。選算時(shí)，應(yīng)滿足a2d＞0?！按譁y(cè)”中兩個(gè)電極和“精瞄”中兩組電極都對(duì)稱于極板上與位移方向相垂直的中心線，它們可并列排在極板的同一平面上，也可分兩層重疊對(duì)應(yīng)排列(“粗測(cè)”電極是由絕緣層隔開在“精瞄”電極和極板之間)?！按譁y(cè)”兩個(gè)電極的特點(diǎn)是每個(gè)電極寬大，構(gòu)成C11和C12的兩個(gè)電容變化量大，適合于測(cè)量?jī)蓚€(gè)部件相對(duì)位置絕對(duì)量的變化?！熬椤眱山M電極的特點(diǎn)是每個(gè)電極寬度小，對(duì)應(yīng)的位置變化范圍小，但由許多電極構(gòu)成C21和C22的兩個(gè)電容變化量大，適合于高精度高靈敏度的瞄準(zhǔn)兩個(gè)部件的特定位置。它是利用前述等同覆蓋下兩個(gè)電容量是“相等”(C21＝C22)的狀態(tài)和不等同覆蓋的兩個(gè)電容量“不等”(C21≠C22)的狀態(tài)，通過檢測(cè)電路轉(zhuǎn)換為電位“高”與“低”(或開關(guān)“通”與“斷”或指示燈“亮”與“滅”等)兩種狀態(tài)的電信號(hào)，用它顯示兩個(gè)物體特定位置“是”與“否”的瞄準(zhǔn)。選擇好“粗測(cè)”和“精瞄”電極的面積，使C11+C12和C21+C22相等或相近，“粗測(cè)”和“精瞄”是公用一個(gè)檢測(cè)電路。
這種檢測(cè)電路很多，也很簡(jiǎn)單。有變壓器電橋檢測(cè)電路，如單邊比率電橋及勃魯林(Blumleim)電橋電路等;也有脈沖寬度調(diào)制電路，其特點(diǎn)是簡(jiǎn)單，成本低，便于集成化;還有如美國(guó)專利№4481465等電路。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)第一，把測(cè)量?jī)蓚€(gè)部件相對(duì)位置絕對(duì)量的變化和兩個(gè)部件特定位置瞄準(zhǔn)，分成“粗測(cè)”和“精瞄”兩套電極對(duì)應(yīng)排列，各自充分滿足測(cè)量范圍和高精度及高靈敏度的要求。特別是把兩套電極分兩層對(duì)應(yīng)套版腐制，極板的面積并不大。
第二，改變了電極的排列，派生出一些同電路的多種形式極板擴(kuò)大了運(yùn)用范圍。所能瞄準(zhǔn)的特定位置點(diǎn)，可在直線上、弧線上、平面上、弧面上或在空間。這些特定位置點(diǎn)，可能是單點(diǎn)，也可能是多點(diǎn)。這在現(xiàn)有的電極排列方式中是不可能如此方便，甚至于無法實(shí)現(xiàn)。例如用正方柵形極板瞄準(zhǔn)兩個(gè)旋轉(zhuǎn)部件的特定角度，特別是用于大旋轉(zhuǎn)半徑有著制作簡(jiǎn)便、通用性好，以及高精度和高靈敏度等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。
第三，由于電極排列的變換能使一個(gè)電路適合多種功能，能測(cè)線性模擬量，又能測(cè)階躍性的開關(guān)量，能在瞄準(zhǔn)前添加減速信號(hào)，又能在瞄準(zhǔn)后添加增速信號(hào);能單點(diǎn)或多點(diǎn)瞄準(zhǔn)定位，還能預(yù)選定位。
第四，功能多、運(yùn)用廣、檢測(cè)電路簡(jiǎn)單適合制成專用集成電路，有利于克服各種寄生電容的影響，有利于通用、系列和經(jīng)濟(jì)。它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小。動(dòng)極板可制成無接觸的答應(yīng)片。
第五，這種專用的瞄準(zhǔn)定位，比現(xiàn)有光學(xué)瞄準(zhǔn)定位器簡(jiǎn)單可靠，顯示直觀和控制方便;比光電開關(guān)和接近開關(guān)瞄準(zhǔn)定位的精度和靈敏度高;還可與磁敏電阻元件比功能、比精度和靈敏度。
本發(fā)明借助有關(guān)必要的舉例結(jié)合附圖的詳細(xì)說明如下圖1是本發(fā)明的定極板和動(dòng)極板相對(duì)位置示意圖;
圖2是本發(fā)明的“粗測(cè)”電極和“精瞄”電極同層并列柵形定極板;
圖3是本發(fā)明的“粗測(cè)”電極和“精瞄”電極同層并列柵形動(dòng)極板;
圖4是本發(fā)明的“粗測(cè)”電極和“精瞄”電極雙層重疊柵形定極板;
圖5是本發(fā)明的“粗測(cè)”電極和“精瞄”電極雙層重疊柵形動(dòng)極板;
圖6是本發(fā)明的“粗測(cè)”電極和“精瞄”電極同層并列柵形動(dòng)極板和定極相對(duì)排列和連線示意圖;
圖7是本發(fā)明的“粗測(cè)”和“精瞄”電路符號(hào)圖;
圖8是本發(fā)明的“粗測(cè)”和“精瞄”公用檢測(cè)電路;
圖9是本發(fā)明的動(dòng)極板沿F箭頭方向平移時(shí)“粗測(cè)”處于工作狀態(tài)平意圖;
圖10是在圖9所示狀態(tài)下動(dòng)極板繼續(xù)沿F箭頭方向平移時(shí)，“精瞄”處于工作狀態(tài)示意圖;
圖11是本發(fā)明的“粗測(cè)”電極和“精瞄”電極雙層重疊柵形動(dòng)極板和定極板相對(duì)排列示意圖;
圖12是兩個(gè)部件相對(duì)平面上特定點(diǎn)的瞄準(zhǔn)定位示意圖;
圖13是本發(fā)明的A型對(duì)稱正交柵形極板;
圖14是本發(fā)明的B型對(duì)稱正交柵形極板;
圖15是本發(fā)明的A型非對(duì)稱正交柵形極板;
圖16是本發(fā)明的B型非對(duì)稱正交柵形極板;
圖17是本發(fā)明的A型“粗測(cè)”和“精瞄”兩套非對(duì)稱正交柵形極板;
圖18是本發(fā)明的B型“粗測(cè)”和“精瞄”兩套非對(duì)稱正交柵形極板;
圖19是本發(fā)明的步進(jìn)順控柵形定極板;
圖20是本發(fā)明的步進(jìn)順控柵形動(dòng)極板;
圖21是用柵形極板順控過程示意圖;
圖22是本發(fā)明的空間特定點(diǎn)瞄準(zhǔn)定位示意圖;
圖23是本發(fā)明的圓環(huán)柵形定極板;
圖24是本發(fā)明的圓環(huán)柵形動(dòng)極板;
圖25是用于四點(diǎn)定位的圓環(huán)柵形動(dòng)極板;
圖26是本發(fā)明的圓柱型“粗測(cè)”和“精瞄”兩套非對(duì)稱正交柵形定極板;
圖27是本發(fā)明的圓柱型“粗測(cè)”和“精瞄”兩套非對(duì)稱正交柵形動(dòng)極板;
圖28是本發(fā)明的正方形極板柵形電極繪制圖;
圖29是本發(fā)明的正方柵形定極板;
圖30是本發(fā)明的正方柵形動(dòng)極板;
圖31是正方柵形動(dòng)極板和定極板瞄準(zhǔn)定位后，順時(shí)針偏轉(zhuǎn)△α角的狀態(tài)圖;
圖32是回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的固定構(gòu)件正面圖;
圖33是回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的旋轉(zhuǎn)構(gòu)件反面圖;
圖34是本發(fā)明的正方柵形定極板相對(duì)動(dòng)極板順轉(zhuǎn)時(shí)變速信號(hào)電極覆蓋圖;
圖35是本發(fā)明有變速信號(hào)電極的正方柵形定極板;
圖36是本發(fā)明有變速信號(hào)電極的正方柵形動(dòng)極板;
圖37是本發(fā)明的通用型正方柵形定極板;
圖38是本發(fā)明的通用型正方柵形動(dòng)極板。
圖1中定極板1是與電路元件盒體固定在被測(cè)的不動(dòng)部件上，動(dòng)極板2是利用滑塊連接在被測(cè)的可動(dòng)部件上。動(dòng)極板2和定極板1之間的平行距離為d，動(dòng)極板可沿F箭頭的指向平移。
圖2和圖3中“粗測(cè)”的兩個(gè)寬度大的電極和“精瞄”的兩組寬度小的電極是敷制在同對(duì)稱一個(gè)中心線的平面上。上部“粗測(cè)”的定極板上和動(dòng)極板上各電極寬度同為b1s。定極板上“粗測(cè)”的兩個(gè)電極之間的絕緣寬度a1d與動(dòng)極板上“粗測(cè)”的兩個(gè)電極之間的絕緣寬度a1s的對(duì)應(yīng)排列關(guān)系是a1d＝a1s+b1s(或a1d＝a1s-b1s，且a1s＞b1s)。下部“精瞄”的定極板上和動(dòng)極板上各組電極數(shù)是相同的，各電極寬度同為b2s，各組電極中鄰近電極之間的絕緣寬度同為a2s。定極板上“精瞄”的兩組鄰近電極之間的絕緣寬度a2d與動(dòng)極板上“精瞄”的兩組鄰近電極之間的絕緣寬度a2h(a2h≥0，用a2h＝a2s)的對(duì)應(yīng)排列關(guān)系是a2d＝a2s+b2s(或a2s-b2s，且a2s＞b2s)。這里不用a2s＜b2s，且為避免鄰近電極之間的相互影響，應(yīng)選用a2s＞b2s。
圖4和圖5中虛線畫的兩個(gè)電極是底層“粗測(cè)”電極;實(shí)線畫的兩組柵形電極是上層“精瞄”電極;層間由介質(zhì)絕緣隔開?！按譁y(cè)”兩個(gè)電極的中心線與“精瞄”兩組電極的中心線同在垂直于極板的平面上?！按譁y(cè)”和“精瞄”兩套電極是對(duì)應(yīng)套版腐制。
這雙層電極的極板相對(duì)時(shí)，“粗測(cè)”電極和“精瞄”電極同對(duì)一中心面的內(nèi)外兩層?！熬椤彪姌O是處于內(nèi)層，不受“粗測(cè)”電極的影響?！按譁y(cè)”電極是在“精瞄”電極的外層，極間距離大，要使“粗測(cè)”和“精瞄”能公用一個(gè)檢測(cè)電路，“粗測(cè)”電極面積應(yīng)大于“精瞄”電極面積。
在圖6中為突出對(duì)應(yīng)排列關(guān)系，“粗測(cè)”電極和“精瞄”電極是分別按上下兩層關(guān)系繪制的。a1、b1和m1是“粗測(cè)”電極接線端子，a2、b2和m2是“精瞄”電極接線端子。
圖7中C11和C12是“粗測(cè)”電極的兩個(gè)電容量，C21和C22是“精瞄”電極的兩個(gè)電容量。選擇好“粗測(cè)”和“精瞄”兩套電極的面積，使C11+C12和C21+C22相等和相近，“粗測(cè)”和“精瞄”是公用一個(gè)檢測(cè)電路。
圖8中U12是“粗測(cè)”的輸出電壓，U22是“精瞄”的輸出電壓?！按譁y(cè)”和“精瞄”的轉(zhuǎn)換由轉(zhuǎn)換開關(guān)P來控制，這個(gè)控制可手動(dòng)，也可用“粗測(cè)”特定的兩個(gè)電容差量進(jìn)行自動(dòng)控制。
圖9中“粗測(cè)”兩個(gè)電容量(C11和C12)的差值是最大?！熬椤眱蓚€(gè)電容量(C21和C22)的差值也是最大，但無用，應(yīng)使它斷電不工作。
圖10狀態(tài)下，它是用“粗測(cè)”兩個(gè)電容量(C11和C12)的差量信號(hào)控制檢測(cè)電路轉(zhuǎn)換開關(guān)P，使“精瞄”通電處于工作狀態(tài)，“粗測(cè)”斷電不工作。在控制檢測(cè)電路的同時(shí)，也可用這“粗測(cè)”兩個(gè)電容量(C11和C12)的差量信號(hào)控制運(yùn)動(dòng)部件變速。
“粗測(cè)”的差分量可用數(shù)字或儀表顯示，也可由預(yù)定的兩個(gè)電容差量用作分級(jí)變速(接近瞄準(zhǔn)定位點(diǎn)是減速，離開瞄準(zhǔn)定位點(diǎn)是增速)，保證定位時(shí)低速穩(wěn)定瞄準(zhǔn)。這是現(xiàn)有的瞄準(zhǔn)定位開關(guān)無法實(shí)現(xiàn)預(yù)定變速的控制信號(hào)。
圖12中O1點(diǎn)和O2點(diǎn)分別是A件和B件相對(duì)平面上特定點(diǎn)。A件可相對(duì)B件沿Fx箭頭指向平移，B件可相對(duì)A件沿Fy箭頭指向平移。用兩種互相垂直的柵形電極組成正交柵形極板，可使上述兩個(gè)平面上特定點(diǎn)相對(duì)瞄準(zhǔn)。根據(jù)圖l2中A件和B件運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，相應(yīng)制成A型和B型正交柵形極板。
圖13中X2a和X2b組是X方向動(dòng)電極，y1a和y2b組是y方向定電極，X方向和y方向的柵形電極相互垂直為對(duì)稱正交柵形。
圖14中X1a和X1b組是X方向定電極，y2a和y2b組是y方向動(dòng)電極，X方向和y方向的柵形電極相互垂直為對(duì)稱正交柵形。
A型極板和B型極板按照瞄準(zhǔn)定位的基準(zhǔn)線，分別對(duì)應(yīng)固定在A件和B件上。在相互瞄準(zhǔn)圖12的O1點(diǎn)和O2中，移動(dòng)A件時(shí)，A型極板上X2a和X2b與B型極板X1a和X1b構(gòu)成兩個(gè)電容量相等時(shí)為X方向已瞄準(zhǔn)好;移動(dòng)B件時(shí)，B型極板y2a和y2b與A型極板y1a和y1b構(gòu)成兩個(gè)電容量相等時(shí)為Y方向已瞄準(zhǔn)好。初始瞄準(zhǔn)時(shí)，A型極板和B型極板X(或Y)組電極在y(或X)方向相對(duì)覆蓋的差異，通常不影響兩個(gè)電容量“相等”和“不等”的判別。如果這種差異顯著，在瞄準(zhǔn)中是容易發(fā)現(xiàn)和校正。
對(duì)稱正交柵形X方向和y方向電極面積相等，測(cè)量時(shí)是一個(gè)方向先瞄準(zhǔn)好，再瞄準(zhǔn)另一個(gè)方向，可公用一個(gè)檢測(cè)電路。
非對(duì)稱正交柵形極板的有效面得到充分利用。
圖15和圖16中兩個(gè)方向各個(gè)電極的寬度相同，兩個(gè)方向相鄰電極之間絕緣寬度也相同，X方向電極的長(zhǎng)度比Y方向電極的長(zhǎng)度小，X方向電極的根數(shù)比Y方向電極的根數(shù)多;或反之。這樣使兩個(gè)方向的電極面積相等或相近，公用一個(gè)檢測(cè)電路。
為便于瞄準(zhǔn)，正交柵形極板可制成“粗測(cè)”和“精瞄”兩套電極。
當(dāng)用圖17和圖18的極板相對(duì)瞄準(zhǔn)時(shí)，先分別用兩個(gè)方向的“粗測(cè)”進(jìn)行初步瞄準(zhǔn);然后再分別用兩個(gè)方向的“精瞄”進(jìn)行瞄準(zhǔn)定位。選擇好參數(shù)，使這四套電極面種相等或相近，公用一個(gè)檢測(cè)電路。
瞄準(zhǔn)定位時(shí)兩個(gè)電容量“相等”狀態(tài)的電信號(hào)，可用于順序控制(或預(yù)選控制)。極板的柵形電極組按特定距離順序排列，可實(shí)現(xiàn)特定的步進(jìn)順序控制。
圖19中有P0、P1、P2及P3四套同參數(shù)柵形電極，步間距離相等(S1＝S2＝S3)，第一套P0用于起始原步，P1、P2及P3三套可作三步控制。
用圖20所示的動(dòng)極板與圖19所示的定極板上第一套P0組電極瞄準(zhǔn)定位覆蓋時(shí)(圖21)，對(duì)應(yīng)有兩個(gè)電容量“相等”的狀態(tài)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)作起步控制信號(hào)(圖21中O點(diǎn));動(dòng)極板右移一步距離(S1)后，對(duì)應(yīng)覆蓋的是第二套P1組電極的瞄準(zhǔn)定位，又用這兩個(gè)電容量“相等”的狀態(tài)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)作第一步控制信號(hào)(圖21中I點(diǎn));以下類推。
這種控制方式靈活，n步控制是用n+1套柵形電極，每步間距可相等或不等。如果只給定極板上某幾組柵形電極通電，這就是某幾步的預(yù)選控制。
上述瞄準(zhǔn)裝置配上自整角機(jī)和精密傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，可瞄準(zhǔn)空間特定點(diǎn)。
圖22中5和6是空間任意位置的兩個(gè)動(dòng)件。動(dòng)件5沿F2箭頭指向移動(dòng)后，用瞄準(zhǔn)裝置7與它瞄準(zhǔn)定位。在瞄準(zhǔn)定位過程中，瞄準(zhǔn)裝置7通過精密傳動(dòng)機(jī)構(gòu)9使一對(duì)自整角機(jī)的發(fā)送機(jī)11同步運(yùn)動(dòng)，自整角機(jī)11通過電氣耦合使接收機(jī)12作同步跟蹤運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，它又由精密傳動(dòng)機(jī)構(gòu)10使瞄準(zhǔn)裝置8保持與動(dòng)件5同位移量的運(yùn)動(dòng)。此后，調(diào)整動(dòng)件6與瞄準(zhǔn)裝置8瞄準(zhǔn)定位，這就使動(dòng)件6和動(dòng)件5有特定的瞄準(zhǔn)定位點(diǎn)。動(dòng)件5和動(dòng)件6若系兩維方向運(yùn)動(dòng)，相應(yīng)的用正交柵形瞄準(zhǔn)裝置。
這種瞄準(zhǔn)定位精度雖受到傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的精度所限，但它瞄準(zhǔn)定位方法是簡(jiǎn)便靈活。還可用一個(gè)發(fā)送機(jī)使幾個(gè)接收機(jī)進(jìn)行多點(diǎn)瞄準(zhǔn)定位。
用兩套正交柵形瞄準(zhǔn)裝置，也可瞄準(zhǔn)空間特定點(diǎn)。
動(dòng)件作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，極板是圓環(huán)形。
在圖23和圖24中，中心角αa、αb、αd及αh之間的關(guān)系是αd＝αh±αb＝αa±αb。用圖24的動(dòng)極板相對(duì)圖23的定極板旋轉(zhuǎn)一圈，瞄準(zhǔn)定位一次，用此信號(hào)作轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)數(shù)的數(shù)目，應(yīng)用于電度表和轉(zhuǎn)速表中等。
圓環(huán)柵形極板可制成“粗測(cè)”和“精瞄”兩套電極。
用圖25的動(dòng)極板相對(duì)圖23的定極板旋轉(zhuǎn)一圈，有四個(gè)同角度(90)瞄準(zhǔn)定位點(diǎn)。簡(jiǎn)稱四點(diǎn)定位。
要瞄準(zhǔn)n個(gè)任意角度的定位點(diǎn)，相應(yīng)有n套圓環(huán)柵形動(dòng)極板。n大，圓環(huán)半徑也大。各點(diǎn)的角度可相等，也可不等。但所有角度之和應(yīng)為360度。
圖26和圖27是用于瞄準(zhǔn)徑向和軸向二維的特定點(diǎn)按本發(fā)明的電極排列方式，上述圓環(huán)形極板可用正方形極板代替，正方形極板柵形電極的繪制方法如圖28所示。正方形A1A2A3A4的邊長(zhǎng)為a，對(duì)角線A1A3與旋轉(zhuǎn)半徑R重合于OA1，旋轉(zhuǎn)半徑R相對(duì)OA1作順時(shí)針(或逆時(shí)針)旋轉(zhuǎn)一個(gè)α角度后，它分別與A1A4邊和A3A4邊(或A1A2邊和A3A2邊)相截點(diǎn)C1和F1(或B1和E1)。類推，可得C2、C3、C4和F2、F3、F4(或B2、B3、B4和E2、E3、E4)各點(diǎn)。四邊形C1F1F2C2是這種極板的一個(gè)電極，其余各電極類推。這樣，極板雖不是圓環(huán)形;但是只要保證所有電極與動(dòng)件的旋轉(zhuǎn)半徑都能重合，旋轉(zhuǎn)時(shí)就能使電極的覆蓋面與旋轉(zhuǎn)角度保持一致性的變化。不論旋轉(zhuǎn)半徑如何改變，正方形極板面積可保持不變。只是在同一個(gè)中心角α的條件下，使電極Ci、Ei、Bi及Fi(i＝1.2…n)點(diǎn)的軌跟隨R的改變向改變，同樣能使動(dòng)件旋轉(zhuǎn)時(shí)，電極覆蓋面的變化與α角的變化保持一致性。
這種同一個(gè)正方形面積的極板，能適用于不同旋轉(zhuǎn)半徑的轉(zhuǎn)動(dòng)。特別是用于大旋轉(zhuǎn)半徑(如旋轉(zhuǎn)半徑大于1000毫米的回轉(zhuǎn)工作臺(tái))有著制作簡(jiǎn)便，通用性好以及精度和靈敏度高等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。
圖29和圖30中的中心角αa、αb、αd及αh同前述圓環(huán)柵形極板各參數(shù)。
在圖31中每組只畫了一個(gè)電極。定極板在下層用虛線畫出，其中各點(diǎn)字母下加注了一個(gè)“1”字，如A11、A12、A13、A14…等;動(dòng)極板在上層用實(shí)線畫出，其中各點(diǎn)字母下加注了一個(gè)“2”字，如A21、A22、A23、A24…等。當(dāng)動(dòng)極板和定極板瞄準(zhǔn)定位時(shí)，兩邊覆蓋面積相等;順時(shí)針偏轉(zhuǎn)△α角后，左邊覆蓋的四邊形B′E′E22B22變小，右邊覆蓋的四邊形C11F11F′C′變大，對(duì)應(yīng)的是兩個(gè)電容量“不等”。同理，逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)也有兩個(gè)電容量“不等”。
圖32中左上角安裝了一個(gè)正方柵形定極板。圖33中四個(gè)角分別安裝四個(gè)正方柵形動(dòng)極板。動(dòng)件旋轉(zhuǎn)一圈，四個(gè)正方柵形動(dòng)極板依次與正方柵形定極板瞄準(zhǔn)定位各一次，即四點(diǎn)瞄準(zhǔn)定位。
定位系統(tǒng)接近定位區(qū)時(shí)，利用動(dòng)極板和定極板初始覆蓋面的對(duì)應(yīng)電容量，給一個(gè)減速信號(hào)。同樣在離開定位區(qū)時(shí)，給一個(gè)增速信號(hào)。這是有利于控制和瞄準(zhǔn)定位。
圖34中動(dòng)極板A21A22A23A24順時(shí)針旋轉(zhuǎn)到初始覆蓋角αc時(shí)，它與定極板A11A12A13A14對(duì)應(yīng)覆蓋的面是四邊形A12FA24C。用這個(gè)四邊形A12FA24C電極分別敷制在定極板和動(dòng)極板上，對(duì)應(yīng)有一個(gè)電容量作為減速信號(hào)。若逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，這就是增速信號(hào)。圖35和圖36是有增速和減速信號(hào)電極的極板。
由計(jì)算說明，當(dāng)正方形極板的邊長(zhǎng)小于30毫米，動(dòng)件旋轉(zhuǎn)半徑等于和大于1000毫米時(shí)，可將定極板和動(dòng)極板上的各電極，制成都平行于對(duì)角線A1A3的電極。這種形狀的極板(圖37和圖38)能適用于旋轉(zhuǎn)半徑等于或大于1000毫米的各種轉(zhuǎn)動(dòng)件的角度瞄準(zhǔn)定位。圖37和圖38的參數(shù)關(guān)系是ad＝ah+bs＝as+bs(或ad＝ah-bs＝as-bs，as＞bs)。
本發(fā)明的一種應(yīng)用舉例。
粗測(cè)電極的參數(shù)
a1s＝6mm，b1s＝8mm，a1d＝a1s+b1s＝14mm;
精瞄電極的參數(shù)a2s＝3mm，b2s＝1mm，a2h＝a2s＝3mm，a2d＝a2h+b2s＝4mm，每組電極根數(shù)為4。
“粗測(cè)”電極和“精瞄”電極是同層并列在極板上。
上述電極的長(zhǎng)度及定極板與動(dòng)極板之間的距離，可根據(jù)量測(cè)的細(xì)分精度，可測(cè)的微小電容變化量及變化量與基量的比值等要求綜合選定。
權(quán)利要求
1.柵形電容式位置瞄準(zhǔn)裝置，有一個(gè)定極板和一個(gè)可相對(duì)定極在給定方向作間距不變的平行運(yùn)動(dòng)的動(dòng)極板，在相互對(duì)應(yīng)的定極板和動(dòng)極板的平面上有“粗測(cè)”和“精瞄”電極，其特征“粗測(cè)”電極是在極板上方，對(duì)稱于與位移方向垂直的中心線兩側(cè)，有兩個(gè)平行排列同長(zhǎng)度、同寬度大的電極用作測(cè)量?jī)蓚€(gè)部件相對(duì)位置絕對(duì)量的變化，其電極寬度同為b1s，定極板上兩個(gè)電極之間的絕緣寬度為a1d，動(dòng)極板上兩個(gè)電極之間的絕緣寬度為a1s，動(dòng)極板上兩個(gè)電極由矩形條狀電極相連，定極板上電極和動(dòng)極板上電極對(duì)應(yīng)的關(guān)系是a1d=a1s±b1s(其中a1d=a1s-b1s時(shí)a1s＞b1s)，“精瞄”電極是在極板下方，對(duì)稱于與位移方向垂直的中心線兩側(cè)，有兩組平行排列同長(zhǎng)度、同寬度、同間隔的矩形條狀電極(又稱柵形電極或簡(jiǎn)稱電極)，利用這兩組電容量的“相等”和“不等”的狀態(tài)，顯示兩個(gè)物體特定位置“是”與“否”的瞄準(zhǔn)，其電極寬度同為b2s，兩組電極根數(shù)相等，在定極板上每組電極中相鄰電極之間的絕緣寬度為a2s，每組中的各個(gè)電極一端由矩形條狀電極共連在一起，定極板上兩組相鄰電極之間的絕緣寬度為a2d，動(dòng)極板上每組電極中相鄰電極之間的絕緣寬度為a2s，動(dòng)極板上兩組相鄰電極之間的絕緣寬度為a2h，兩組中各個(gè)電極的一端由矩形條狀電極共連在一起，定極板上電極和動(dòng)極板上電極對(duì)應(yīng)的關(guān)系是a2d=a2h±bs，若取a2h=a2s，則a2d=a2s±b2s，選算時(shí)，應(yīng)滿足a2d＞0，選擇好“粗測(cè)”電極的兩個(gè)電容量(C11+C12)和“精瞄”電極的兩個(gè)電容量(C21+C22)相等或相近，使“粗測(cè)”和“精瞄”公用一個(gè)檢測(cè)電路，兩者的轉(zhuǎn)換用“粗測(cè)”的特定偏差量進(jìn)行手控或白控。
2.按權(quán)利要求
1規(guī)定的“粗測(cè)”和“精瞄”電極的另一種形式，其特征是粗精兩套電極分兩層對(duì)應(yīng)套版腐制，兩層之間用介質(zhì)絕緣隔開，在定極板上和動(dòng)極板上“粗測(cè)”兩個(gè)電極的中心線與“精瞄”兩組電極中心線同在垂直于極板的平面上，“精瞄”電極是在“粗測(cè)”電極的內(nèi)層，“粗測(cè)”電極面積大于“精瞄”電極面積，使粗精各自構(gòu)成的兩個(gè)電容量之和相等(或相近)，公用一個(gè)檢測(cè)電路。
3.按權(quán)利要求
1規(guī)定的電極用于平面上二維點(diǎn)的瞄準(zhǔn)，其特征是兩套互相垂直的柵形電極組成對(duì)稱正交柵形極板，A型極板上有X方向動(dòng)電極和y方向定電極，B型極板上有X方向定電極和y方向動(dòng)電極，A型極板上和B型極板上的電極是等同對(duì)稱排列，各自構(gòu)成的兩個(gè)電容量之和相等，公用一個(gè)檢測(cè)電路。
4.按權(quán)利要求
3規(guī)定電極的另一種型式，其特征是非對(duì)稱正交柵形，A型極板上B型極板上兩個(gè)方向各個(gè)電極的寬度相同，兩個(gè)方向相鄰電極之間絕緣寬度也相同，X方向電極的長(zhǎng)度比Y方向電極的長(zhǎng)度小，X方向電極的根數(shù)比Y方向電極的根數(shù)多，或反之，使兩個(gè)方向的電極面積相等或相近，公用一個(gè)檢測(cè)電路。
5.按權(quán)利要求
1規(guī)定的電極，其特征用瞄準(zhǔn)定位時(shí)兩個(gè)電容量“相等”狀態(tài)的電信號(hào)，作順序控制(或預(yù)選控制)，極板的柵形電極按特定順序排列，可實(shí)現(xiàn)特定的步進(jìn)順序控制。
6.按權(quán)利要求
1規(guī)定的電極，其特征是動(dòng)件作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，極板是圓環(huán)柵形，中心角αa、αb、αd及αh之間的關(guān)系是αd＝αh±αb＝αa±αb，可對(duì)任意分度的各個(gè)和多個(gè)特定點(diǎn)的瞄準(zhǔn)。
7.按權(quán)利要求
1規(guī)定的電極，其特征是圓柱型“粗測(cè)”和“精瞄”兩套非對(duì)稱正交柵形，用于瞄準(zhǔn)徑向和軸向二維的特定點(diǎn)。
8.按權(quán)利要求
1規(guī)定的電極，其特征是正方形極板，正方柵形定極板上和動(dòng)極板上的各電極皆與動(dòng)件旋轉(zhuǎn)半徑相重合，中心角αa、αb、αd及αh對(duì)應(yīng)等同于圓環(huán)柵形各參數(shù)，對(duì)任意分度的單個(gè)和多個(gè)特定點(diǎn)的瞄準(zhǔn)定位。
9.按權(quán)利要求
8規(guī)定的極板，其特征是極板上有變速信號(hào)電極，它是動(dòng)極板和定極板初始覆蓋角αc范圍內(nèi)的四邊形。
10.按權(quán)利要求
8規(guī)定的極板，其特征是在正方形極板邊長(zhǎng)等于和小于30毫米，動(dòng)件旋轉(zhuǎn)半徑等于和大于1000毫米，極板上柵形電極皆平行于正方形極板的對(duì)角線，這ad＝ah±bs＝as±bs關(guān)系仍然適用。
專利摘要
本發(fā)明提供一種柵形電容式位置瞄準(zhǔn)裝置，為適應(yīng)瞄準(zhǔn)特點(diǎn)，極板由許多矩形條狀電極組成柵形。電極的細(xì)分提高了精度和靈敏度。為使兩個(gè)部件相對(duì)位置絕對(duì)量測(cè)量范圍、精度和靈敏度都能滿足，用粗精兩套電極同層或兩層對(duì)應(yīng)套制在極板上。電極的排列有多種形式，不僅能瞄準(zhǔn)按直線運(yùn)動(dòng)的直線上、平面上和空間中的單個(gè)定位點(diǎn)，也能順序瞄準(zhǔn)多個(gè)定位點(diǎn)(或預(yù)選多個(gè)中的某幾個(gè)定位點(diǎn))，還能瞄準(zhǔn)按旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的多個(gè)任意分度定位點(diǎn)(如回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的四點(diǎn)定位)等。
文檔編號(hào)G05B1/00GK86106551SQ86106551
公開日1988年3月23日 申請(qǐng)日期1986年9月9日
發(fā)明者王祖斌 申請(qǐng)人:王祖斌導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan