專利名稱：電容接近覺傳感器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種自動檢測裝置。
現有的普通電容式接近覺傳感器是將傳感器本身作為一個極板，待測目標(或障礙物)作為另外一個極板，這種結構要求待測物必須是接地導體，而且容易受到對地雜散電容的影響。
本實用新型的目的在于克服現有技術的不足之處，提供一種新的電容接近覺傳感器，它采用雙極板檢測，不僅能檢測導體，還能檢測非導體對象的接近度，并且檢測結果不受對象所帶電量的影響。
為達到上述目的，本實用新型采用的解決方案是該傳感器具有屏蔽層，其上是絕緣層，絕緣層上置有兩塊間隔開的金屬極板，一塊金屬極板接交變電壓，另一塊金屬極板接電荷放大器，將電荷轉化為電壓輸出。
本實用新型的優點是1、能準確檢測導體和非導體待測物體的接近距離，并且兩極板間耦合電容的變化與導體的電勢基本無關，能夠保證在工業環境下(即使工件處在強電磁環境中)準確得到接近度信息。
2、若移動極板進行掃描檢測或由多個檢測極板構成傳感器面陣，可估計待測物體的表面形狀，用于工件形狀識別；3、可通過近距離檢測，區別待測物體是導體或是絕緣體材料。
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步詳細說明。


圖1是本實用新型一種實施例的結構簡圖。
圖2是圖1中電荷放大器的一種具體電路圖。
圖3是待測物體為接地導體，不接地導體和絕緣體時的電壓——距離曲線。
由圖1所示，在屏蔽層4上是絕緣層3，在絕緣層3上置有兩塊間隔開的位于同一平面的金屬極板1、2，厚度可以忽略，在通常使用中，其間距最好為3mm～30mm，金屬極板1接交變電壓6，可采用正弦波激勵，金屬極板2接電荷放大器5，將電荷轉化為電壓輸出。
電荷放大器5的一種具體電路如圖2所示，運算放大器7的正向輸入端接地，反向輸入端通過電容C1接至金屬極板2，電阻R與電容C2并聯后接在運算放大器7的反向輸入端與輸出端之間。運算放大器7可選用低噪聲的JFET集成運算放大器LF347。
在金屬極板1上加交變電壓6，在極板1、2附近就會產生交變電場，待測物體離金屬極板1、2的距離變化會影響電場的分布和大小，使極板1、2之間耦合電容改變，也就改變了極板2上的電壓大小，通過檢測接收極板2的電壓就可以得到待測物體的接近度，并不需要測量耦合電容。
由于待測耦合電容的大小不僅與距待測物體的距離有關，還與絕緣層3的厚度有關。為提高傳感器的動態檢測范圍，應使絕緣層3的厚度盡可能小。另外，極板間距不同，傳感器的靈敏度也不同。極板間距較小時，待測近距離物體的靈敏度較高，但傳感器的動態范圍較小；極板間距較大時，動態范圍增大，但近距離檢測時靈敏度不及小距離時高。動態范圍的大小與極板間距并不成比例變化，實驗表明，當極板間距大于100mm后，再增大間距，傳感器的動態范圍不再增加。
一般，在10mm～100mm的檢測范圍內，適當選擇金屬極板的面積，如9mm2～200mm2，可使傳感器的動態性能較好，靈敏度也較高，極板的形狀可為矩形、圓形等，下面給出當極板長度為15mm，寬度為10mm，兩極板間距為10mm，絕緣層厚度為1mm時的測量數據(測量對象為接地導體)。實際距離5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 40.0 60.0 80.0 100.0(mm)測量距離5.0 9.9 15.2 19.7 25.3 30.4 41.4 59.3 80.1 105.3(mm)圖3是測量相同尺寸鐵塊和玻璃得到傳感器的電壓v和距離d的關系。電壓v指的是電荷放大器的輸出電壓，距離d指的是待測物體與極板之間的距離，曲線8代表玻璃，曲線9代表不接地導體，曲線10代表接地導體。從圖中可見，接地導體的電壓變化范圍較大；不接地導體和玻璃的電壓變化范圍較小。
對于非導體障礙物，其檢測范圍比接地導體要小，在10mm到100mm范圍內，輸出電壓隨距離增大而增大。當檢測距離大于100m以后，輸出電壓變化較緩慢。值得注意的是，在約5mm范圍內，距離減小，電容量反而迅速增加。其原因是由于良好的電介質(非導體對象)代替了不良電介質(空氣)的原因。利用這一特性還可識別對象的材料性質。
權利要求1.一種電容接近覺傳感器，具有屏蔽層(4)，其上是絕緣層(3)，在絕緣層(3)上置有金屬極板(1)，其特征在于在絕緣層(3)上置有與金屬極板(1)間隔開的金屬極板(2)，金屬極板(1)接交變電壓(6)，金屬極板(2)接電荷放大器(5)，將電荷轉化為電壓輸出。
2.根據權利要求1所述的傳感器，其特征在于兩金屬極板(1)、(2)之間的間距為3mm～30mm。
3.根據權利要求1、2所述的傳感器，其特征在于電荷放大器(5)的接法為，采用運算放大器(7)，其正向輸入端接地，反向輸入端通過電容C1接至金屬極板(2)，電阻R與電容C2并聯后接在運算放大器7的反向輸入端與輸出端之間。
專利摘要本實用新型公開了一種電容接近覺傳感器，它具有屏蔽層，其上是絕緣層，在絕緣層上置有兩塊間隔開的金屬極板，一塊金屬極板接交變電壓，另一塊金屬極板接電荷放大器。該傳感器能準確檢測導體和非導體待測物的接近距離，并且電容的變化與導體的電勢基本無關，能保證在工業環境下準確得到接近度信息；可估計待測物的表面形狀，用于工件形狀的識別；可通過近距離檢測，區分導體和非導體材料；可用于機器人運動中的避障，工業生產中的接近開關等。
文檔編號G01L9/12GK2356337SQ9824223
公開日1999年12月29日 申請日期1998年11月10日 優先權日1998年11月10日
發明者王敏, 黃心漢, 義泳 申請人:華中理工大學