專利名稱:能提供特殊函數(shù)信號的面積傳感器的制作方法
本發(fā)明屬于一種傳感器，特別是屬于一種用于測量物體的角位移或者線位移的，同時又能提供以它們?yōu)樽兞康奶厥夂瘮?shù)信號的檢測裝置。
傳感器是自動檢測、自動控制系統(tǒng)中不可缺少的器件，其種類繁多，最常用的要算是光電傳感器了，但現(xiàn)有的光電傳感器不具備輸出以位置為變量的特殊函數(shù)的功能，因而限制了它本身的應用，顯然是一大缺陷。特殊函數(shù)旋轉(zhuǎn)變壓器能提供以位置為變量的特殊函數(shù)信號，克服了一般傳感器的缺陷，但它輸出的函數(shù)單一，結(jié)構復雜、精度低、制造難、成本高，嚴重影響了它的應用。
本發(fā)明的目的在于，提供一種結(jié)構簡單、易于實施、成本低廉的，能輸出以物體的位置為變量的特殊函數(shù)信號的檢測裝置-面積傳感器。
本發(fā)明的原理是根據(jù)兩個面積有限的平面體作相對運動時，其重疊面積的大小隨著相對位置的變化而改變。若令其中一個平面體(A)不動，另一個平面體(B)繞著垂直于平面體的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時，重疊面積則是轉(zhuǎn)角的周期函數(shù)，也就是說，重疊面積是與位置有關，是位置的單值函數(shù)。如果能將重疊面積及變化轉(zhuǎn)換成電信號輸出，就能獲得物體的位置函數(shù)信號。完成這種轉(zhuǎn)換的本發(fā)明是由發(fā)送裝置、兩個面積有限的平行平面體、接收裝置、電子線路四部分所構成，發(fā)送裝置將兩個平面體的重疊面積及其變化的信號傳送給接收裝置，并以電信號的形式輸出。
顯然，重疊面積的變化規(guī)律，即位置函數(shù)信號僅取決于兩個平面體的形狀，能夠根據(jù)設計者對輸出函數(shù)信號的要求，提供平面體相應的形狀是本發(fā)明的另一個重要特征。
圖1是本發(fā)明的原理方框圖。
圖2是兩個平面體的形狀及相對位置的示意圖。
下面將結(jié)合附圖2對兩個平面體的形狀作詳細說明。
如圖2所示，A、B為兩個面積有限的平行平面體，假定A不動，B繞著軸O作逆時針轉(zhuǎn)動，A、B兩平面體都局限在半徑分別為R1和R2的園環(huán)內(nèi);它們的內(nèi)邊e′f′、ef皆為半徑為R1的園周上的一段園弧，所張的園心角皆為T;兩平面體相向的側(cè)邊g′f′和he皆為延長線通過園心O的直線;A的外邊g′h′是以半徑為R2的一段園弧，A的另一個側(cè)邊h′e′為曲線R(θ);B的外邊hg為曲線r(θ)，其中轉(zhuǎn)角θ是以側(cè)邊he和g′f′重合位置為起始點。設兩平面體的重疊面積函數(shù)S(θ)是分段可微的，并與輸出函數(shù)信號F(θ)有相同的變化規(guī)律，曲線R(θ)、r(θ)的函數(shù)關系分別由下面兩式給出r ( θ ) =2 F ′(θ ) + R21]]>0≤θ≤T -(1)R (θ - T ) =R21- 2F ′(θ)]]>T≤θ≤2T -(2)
本發(fā)明的優(yōu)點1、結(jié)構簡單、制造容易、對下述三個實施例的實驗表明，其精度易滿足工程要求;無刷，便于維修;2、傳感器的位置函數(shù)信號經(jīng)過適當?shù)碾娮泳€路(如繳分電路)可同時檢測速度(或轉(zhuǎn)速)和加速度(或角加速度);3、與電子技術結(jié)合，可對信號進行反相、截取、相加組合成所需要的特殊函數(shù)，所以，本發(fā)明具有較多的功能和較大的靈活性。
下面分別介紹本發(fā)明的三個實施例。
1、高頻電磁耦合式面積傳感器。
其原理是讓具有一定磁路截面形狀的頻率穩(wěn)定的高頻等幅交變磁場與具有某一形狀的線圈平面交鏈。據(jù)電磁感應定律，在繞組中產(chǎn)生的感應電勢應與交鏈面積(兩平面的重疊面積)成正比。
按前述的方法，適當?shù)剡x擇交變磁路的截面形狀和線圈的形狀，就可以在線圈獲得所需的特殊函數(shù)的感應電勢信號。這里需要指出的是，從線圈中獲得的感應電勢信號是以一等幅高頻磁場為載波的調(diào)幅波。為了獲得測量或模擬計算所需要的信號，應將線圈所輸出的調(diào)幅波解調(diào)取出位置信號。
2、可變電容式面積傳感器。
采用平板可變電容器的兩個極板作為平面體，因為，平板電容器的電容值與兩極板的重疊面積成正比，所以它們之間存在著一一對應的關系，如果外施一恒頻恒壓正弦交流電源于平板電容器的兩端，則通過電容器的電流幅值Im與重疊面積也存在著一一對應的關系。這里，電容器的電流也可以認為是調(diào)幅電流波，將Ie檢波后可得到與位置對應的信號電流。顯然，利用公式(1)、(2)，根據(jù)已知函數(shù)F(θ)來設計電容器平板的形狀，就可得到與F(θ)變化規(guī)律相對應的信號電流。
3、光電式面積傳感器光電平板器在一定光強的光線照射下產(chǎn)生的光電流大小與感光面積成正比，所以，光電平板器件亦可用來做面積傳感器。此時，可將光電平板器件，當作不動板，在一塊與之平行的遮光板上開一個光孔，這個光孔相當于可動平面體，當光孔與光電平板器件有相對運動時，就可改變感光面積(即光孔與光電平板器件的重疊面積)。不言而喻，光電平板器件的感光面的形狀和光孔的形狀若按公式(1)、(2)來設計。就可以獲得以位置為變量的光電流信號函數(shù)F(θ)。
光電式面積傳感器輸出的光電流信號是單方向的，不是調(diào)制波，所以它不需檢波、濾波等環(huán)節(jié)，結(jié)構更簡單。
權利要求
1.一種能提供特殊函數(shù)信號的面積傳感器其特征在于，由一個發(fā)送裝置、兩個面積有限的平行平面體(A)、(B)、一個接收裝置以及電子線路所構成；兩個平面體繞著垂直于平面的同一轉(zhuǎn)軸作相對轉(zhuǎn)動；發(fā)送裝置將兩個平面體的重疊面積及其變化的信號傳送給接收裝置，并以電信號的形式輸出。
2.根據(jù)權利要求
1所述的傳感器，其特征在于，所述的兩個平行平面體(A)、(B)都局限在半徑為R1、R2的園環(huán)內(nèi)，它們的內(nèi)邊在同一園周上，且弧長相等;平面(A)、(B)相對的兩個側(cè)邊(g′f′)、(he)皆為直線，延長線都通過園心O;平面體(A)的外邊為半徑為R2的園弧(g′h′)，(A)的另一側(cè)邊h′e′為曲線R(θ);平面體(B)的外邊為曲線r(θ);當傳感器輸出的信號函數(shù)F(θ)給定時，兩條曲線函數(shù)分別為r ( θ ) =2 F ′(θ ) + F21]]>0≤θ≤T -(1)R (θ ) =R21- 2F ′(θ)]]>T≤θ≤2T -(2)式中F(θ)為分段可微，對θ為單值的函數(shù);T為兩平面體內(nèi)邊的張角;θ為轉(zhuǎn)角，以兩平面體相對的側(cè)邊(g′f′)、(he)重合時為起始點。
3.根據(jù)權利要求
1、2所述的傳感器，其特征在于，所述的兩個平面體(A)、(B)分別為高頻等幅交變磁場的磁路截面和線圈所圍的平面。
4.根據(jù)權利要求
1、2所述的傳感器，其特征在于，所述的兩個平面體(A)、(B)為可變平板電容器的兩個極板。
5.根據(jù)權利要求
1、2所述的傳感器，其特征在于，所述的兩平面體(A)、(B)分別為遮光板的光孔和平板光電器件。
專利摘要
本發(fā)明屬于一種測量物體的角位移或線位移的新式檢測裝置。本發(fā)明的原理是利用兩個作相對運動的平面體的重疊面積的信號作為物體的位置函數(shù)信號。能夠根據(jù)設計者對輸出函數(shù)信號的要求，設計平面體的形狀是本發(fā)明的另一個重要特征。本發(fā)明克服了現(xiàn)有傳感器不能輸出特殊位置函數(shù)信號的缺陷；與特殊函數(shù)的旋轉(zhuǎn)變壓器相比，又具有結(jié)構簡單、精度較高、成本低廉、有較多功能和較大的靈活性等優(yōu)點。
文檔編號G01P3/42GK87100633SQ87100633
公開日1988年8月17日 申請日期1987年2月5日
發(fā)明者吳漢光, 林孝義 申請人:福州大學導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan