容栅传感器及应用实例

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容栅传感器简介

容栅传感器Capacitive容栅传感器是一种新型位移数字式传感器，它是一种基于变面积工作原理的电容传感器。

因为它的电极排列如同栅状，故称此类传感器为容栅传感器。

与其他大位移传感器，如光栅、磁栅等相比，虽然准确度稍差，但体积小、造价低、耗电省和环境使用性强，广泛应用于电子数显卡尺、千分尺、高度仪、坐标仪和机床行程的测量中。

11.5.1 结构及工作原理根据结构形式，容栅传感器可分为三类，即直线容栅、圆容栅和圆筒容栅。

其中，直线容栅和圆筒容栅用于直线位移的测量，圆容栅用于角位移的测量，直线型容栅传感器结构简图如图11-25所示。

图11-23 直线型容栅传感器结构简图a）定尺、动尺上的电极b）定尺、动尺的位置关系c）发射电极和反射电极的相互关系1－反射电极2－屏蔽电极3－接收电极4－发射电极容栅传感器由动尺和定尺组成，两者保持很小的间隙δ，如图11-23b所示。

动尺上有多个发射电极和一个长条形接收电极；定尺上有多个相互绝缘的反射电极和一个屏蔽电极（接地）。

一组发射电极的长度为一个节距W，一个反射电极对应于一组发射电极。

在图11-23中，若发射电极有48个，分成6组，则每组有8个发射电极。

每隔8个接在一起，组成一个激励相，在每组相同序号的发射电极上加一个幅值、频率和相位相同的激励信号，相邻序号电极上激励信号的相位差是45°（360°/8）。

设第一组序号为1的发射电极上加一个相位为0°的激励信号，序号为2的发射电极上的激励信号相位则为45°，以次类推，则序号为8的发射电极上的激励信号相位就为315°；而第二组序号为9的发射电极上的激励信号相位与第一组序号为1的相位相同，也为0°，以次类推，直到第6组的序号48为止。

发射电极与反射电极、反射电极与接收电极之间存在着电场。

由于反射电极的电容耦合和电荷传递作用，使得接收电极上的输出信号随发射电极与反射电极的位置变化而变化。

传感器及其应用(应用实例)

要点诠释：要使热敏电阻在感测到更高的温度时才报警，应减小的阻值，阻值越小，要使斯密特触发器输入端达到高电平，则热敏电阻阻值要求越小，即温度越高。
知识点七、一些元器件的原理和使用
1．普通二极管和发光二极管
（1）都具有单向导电性。
（2）发光二极管除了具有单向导电性外，导电时还能发光。普通的发光二极管是用磷化镓或磷砷化镓等半导体材料制成，直接将电能转化为光能，该类发光二极管的正向导通电压大于。
（2）特点：常温下具有铁磁性，能够被磁体吸引，温度达到约时，失去铁磁性。
（3）居里点：又称居里温度，即指。
2．电饭锅的结构
如图所示：
3．电饭锅的工作原理
开始煮饭时，用手压下开关按钮，永磁体与感温磁体相吸，手松开后，按钮不再恢复到图示状态，则触点接通，电热板通电加热，水沸腾后，由于锅内水保持不变，故感温磁体仍与永磁体相吸，继续加热，直到饭熟后，水分被大米吸收，锅底温度升高，温度升至居里点时，感温磁体失去铁磁性，在弹簧作用下，永磁体被弹开，触点分离，切断电源从而停止加热。
（2）在数控机床中的位移测量装置，就是利用高精度位移传感器进行位移测量，从而实现对零部件的精密加工。
4．飞向太空的传感器
在航空、航天技术领域，传感器应用得较早，也应用得较多，在运载火箭、载人飞船中，都应用了大量的传感器供遥测和遥控系统使用。这些传感器对控制航天器的姿态、接收和发送信息、收集太空数据等都有重要作用。在载人飞船中还使用一类测量航天员各种生理状况的生理传感器，如测量血压、心电图、体温等。
要点诠释：要想在天更暗时路灯才会照亮，应该把的阻值调大些，这样要使斯密特触发器的输入端电压达到某个值（如），就需要的阻值达到更大，即天色更暗。
3．课本图乙电路分析

电容式传感器应用实例演示

电容式传感器应用实例演示电容式传感器是一种广泛应用于工业领域的传感器之一，它通过测量电容的变化来检测环境中的物理量。

其原理是利用了介质的电容与其周围环境的关系，当介质的性质或位置发生改变时，电容值也会发生相应的变化。

以下是几个电容式传感器应用实例的演示：1.液位检测：在液体储罐中安装电容式液位传感器，通过测量液位与罐壁之间的电容变化来确定液位的高低。

当液位上升时，液体与罐壁之间的介电常数增加，导致电容值增加；反之，当液位下降时，电容值减小。

这种液位检测方法广泛应用于石油、化工等行业。

2.触摸传感：将电容式传感器应用于触摸屏上，能够实现触摸位置的精确检测。

触摸屏上覆盖了一层由导电材料制成的感应层，当手指接触屏幕时，手指周围的电场会影响感应层上的电容。

通过测量这个电容的变化，可以确定手指触摸的位置，并将其转化为相应的控制信号。

3.地热能利用：利用地下的地热能作为供暖或供冷的能源已经成为一种环保的方式。

电容式传感器可以用于监测地下能源的温度变化，通过测量地下水或土壤的电容来确定温度变化的幅度和趋势。

这种监测方式有助于科学合理地利用地下的地热能，提高能源利用效率。

4.空气质量检测：通过检测空气中各种气体的电容变化，可以判断空气质量的优劣。

电容式传感器能够感知空气中的气体浓度变化，从而实时监测空气中的有害气体浓度。

将这些传感器应用于空气净化器或环境监测设备上，可以实时监测和改善室内空气质量。

5.智能农业：电容式传感器可以应用于农业领域，实现土壤湿度的准确测量。

根据土壤的含水量不同，土壤的电容也不同，通过测量土壤与传感器之间的电容变化，可以判断土壤的湿度状况。

利用这些数据，可以实现精准的灌溉控制，提高农作物的产量和质量。

总结：电容式传感器广泛应用于液位检测、触摸传感、地热能利用、空气质量检测和农业等领域。

通过测量电容的变化，可以实现对环境中各种物理量的检测和监测。

随着科技的不断进步，电容式传感器在各个领域的应用也将不断扩大和深入。

容栅传感器说明书

一、概述1、用途：JCQ-203型十六点位移测试仪是专为需要多点位移测试的有关检测部门研制的一种智能化仪器。

它配合容栅式位移传感器可进行多点位移测试及单点位移显示（可换点），并可随时打印十六点位移数据。

也可以通过仪器上的RS-232串行口将数据传到PC机由PC机全屏显示全部十六点位移数据。

2、特点：本仪器具有十六个独立的位移测试通道，可直接显示各测试通道的位移值。

仪器与传感器间用电缆连接，测试人员可远距离操作，既提高了工作效率，又大大提高了测试精度。

本仪器位移测试通道使用本所研制的容栅式位移传感器，具有高精度、大量程、无时漂、温漂等优点，完全满足了野外昼夜连续观测对时漂、温漂的严格要求。

仪器具有标准打印机接口，可随时打印原始数据不需人工记录。

因为本仪器使用环境恶劣，电源电压波动大，昼夜、季节温差大。

为了保证仪器的高精度、高稳定和可靠性，采取了一系列技术措施予以保证。

仪器面板采用封闭式轻触面板，操作简便，性能可靠，结构牢固，体积小巧，便于安装、携带。

机内采用进口工业级超低漂移集成电路芯片及计算机处理技术，具有良好的抗干扰性能及适应恶劣环境的能力。

二、主要技术指标1、测试通道：位移16个2、量程：位移0—50mm3、精度：位移≤0.1 %（含传感器）4、显示：8位液晶显示屏5、功能键：2个6、输出接口：标准打印机接口1个7、串行口：标准RS-232接口1个8、电源：AC 220V（-20% —+10%）9、功率：交流≤10V A10、环境温度：0℃—+40℃允许长时间连续工作11、体积：335×325×115mm12、重量：约4.2 kg三、仪器功能键仪器具有3个功能键。

1、位移上下换点键按上面的换点键时显示下一个位移通道号及位移值，按下面的换点键时显示上一个位移通道号及位移值，显示通道范围在1-16之间，位移单位为mm。

2、打印键该键用于数据的随时打印。

每按一次此键，打印机打印1-16点各点位移值。

容栅式传感器的原理

容栅式传感器容栅式传感器是在变面积型电容传感器的基础上发展起来的一种新型传感器。

它在具有电容式传感器优点的同时，又具有多极电容带来的平均效应，而且采用闭环反馈式等测量电路减小了寄生电容的影响、提高了抗干扰能力、提高了测量精度(可达5?m)、极大地扩展了量程(可达1m)，是一种很有发展前途的传感器。

现已应用于数显卡尺、测长机等数显量具。

将电容传感器中的电容极板刻成一定形状和尺寸的栅片，再配以相应的测量电路就构成了容栅测量系统。

正是特定的栅状电容极板和独特的测量电路使其超越了传统的电容传感器，适宜进行大位移测量。

一、工作原理及转换电路(一) 开环调幅式测量原理传感器电容极板的基本结构示于图4-23。

在图中左侧，一个极板由均匀排列电极的长栅(定栅)组成，另一个极板由一对相同尺寸的交错对插电极梳(动栅对)组成。

运行时，传感器的两个电极栅片相对按装如图中右侧，其中暗区域是两个电极栅的重叠面积，从而形成一对随位移反向变化的差动电容器C1和C2。

传感器仍采用传统差动变压器测量电路，但通过将电容极板刻成栅状提高了测量精度并实现了大位移测量。

(二) 闭环调幅式测量原理其测量原理如图4-24所示，其中左侧是系统原理图、右侧是电极栅片原理结构。

图中A、B为动尺上的两组电极片，P为定尺上的一片电极片，它们之间构成差动电容器CA、CB。

两组电极片A和B各由四片小电极片组成，在位置a时，一组为小电极片1～4，另一组为5～8。

方波脉冲控制开关S1和S2，轮流将参考直流电压±U0和测量转换系统的直流输出电压Um 分别接入两个小电极组A和B。

若系统保证电容极板P为虚地，则在一个周期内，激励信号通过差动电容CA和CB在电容极板P上产生的电荷量QP为(CAU0-CBU0+CAUm+CBUm)。

当QP为零时，测量转换电路保证Um不变；否则导致测量转换电路使Um改变，并保证其变化使QP的值减小，直至为零。

这时，由上面可推导出(4-20)则输出直流电压与位移成线性关系。

磁翻柱液位计中容栅传感器电容极板的优化设计

ｍｅｔｍｅｈｄ，ｔｅｃａｇｆｅｅｔｎｏｓａａｙｅｎｔｏｈｈｎｅｏｌｃｒｓａｉｆｌｈｔｈｐｅｓｂｔｅｈｌｃｒｄｓｏｅｓｒｉｎｚｄ，ｉｃｉｈｌｔｓ
ｉａｎｅｉｖｌＭｅｅｎＭｇｔｃＬｅｅｔｒ
ＺＨＡＮＧＴｏａ，ＬＵＸｉｇｘｎ，ＪＡｎｆｉＩｎ．ｕＩＹｕ－ｅ（，ｃｏｌｆｌｔｃｌｎｉｅｒｇａｄＡｔｍｔｎＴａｊｎｖｒｔ，ｉｊ００２ｈｎ；１ＳｈｏｏＥｅｒａＥｇｎｅｎｎｕｏａｏ，ｉｎｉＵｉｅｓｙＴａｉ３０７，Ｃｉａｃｉｉｉｎｉｎｎ
ａｏｎａｓｅｃｕｔｄａｅｅｒｌｔｅｖｒｔｎｏａａｉｎｅａｂｅｔｕｃｉｎｔｅｅａｅｆｕｉｒｕｄｃｎａｏｂｏｎｅ．Ｔｋｎｔａｖａａｉｆｐｃｔｃｓａｏｊｃｆｎｔ，ｈｒｌｒｆｌｈｅｉｉｏｃａｎｏｏｄ－
维普资讯
第４０卷
第１期
２００７年１月
天津大学学报ＪｕｎｌｆｉｊｎｖｒｉｏｒａａｉＵｉｅｓｙｏＴｎｎｔ
Ｖｏ．Ｎｏ．１４０１
Ｊｎ０７ａ．２０
磁翻柱液位计中容栅传感器电容极板的优化设计
张涛，刘星汛，贾云飞
（．天津大学电气与自动化工程学院，１天津３０７；２００２．天津市计量监督检测科学研究院，天津３０９）０１２

容栅传感器的测量原理及其结构

一、前言以旋转容栅编码器为例，简述容栅传感器的测量原理及其结构，分析容栅自身以及容栅芯片的特点，通过机械机构设计和容栅编码器后续电路设计，提高其工作可靠性，并应用于实际工程中。

电容传感器具有测量分辨力和测量准确度高等特点，在很多场合被作为高精测量仪器使用，但因其自身缺陷，只能使用在微小位移的测量中，无法满足大位移测量的要求。

80年代容栅传感器的出现，彻底的改变了这种情况。

借鉴了光栅的结构形式，工程师把电容做成栅型，大大提高了测量的精度和范围，实现了大位移高精度测量。

容栅传感器相对于其他类型的传感器有许多突出的优点[2]：1、量程大、分辨率高。

在线位移测量时，分辨率为2mm时，量程可达到20m，在角位移测量时，分辨率为0.1°时，量程为4096圈。

其测量速度也比较高，测量线速度可达到1.5m/s。

2、容栅测量属非接触式测量，因此容栅传感器具有非接触传感器的优点，诸如测量时摩擦阻力可以减到最小，不会因为测量部件的表面磨损而导致测量精度下降。

3、结构简单。

容栅传感器的敏感元件主要由动栅和静栅组成，信号线可以全部从静栅上引出，作为运动部件的动栅可以没有引线，为传感器的设计带来很大的方便。

4、配用专用集成电路的容栅传感器是一种数字传感器，和计算机的接口方便，便于长距离传送信号，几乎无数据传输误差。

数据更新速率可以达到每秒50次。

5、功耗极小。

正常工作电流小于10mA，传感器敏感元件可以长期工作，一粒钮扣电池可以连续工作1年以上。

利用这个特点，可以设计出准绝对式的位移传感器。

6、在价格上有很大优势，其性能价格比远高于同类传感器。

容栅传感器有最主要的问题是稳定性和可靠性，环境潮湿和外界电磁干扰的影响尤为显著，其次作为准绝对式传感器在长期断电工作时，需要定期更换电池，所以难于作为传感器用于长期自动测量。

容栅编码器是以脉冲数字量来表示容栅传感器敏感元件间相对位置信息，本文研究的容栅旋转编码器将容栅全部的结构密封在金属壳内，大大提高了容栅传感器的电磁兼容性和抗环境污染能力，为容栅原理用于自动测量奠定了基础。

容栅传感器原理

容栅传感器原理
容栅传感器是一种电容式传感器，它利用物体与电容板之间的距离变
化来检测物体的位置或运动。

容栅传感器通常由两个平行电极板组成，它们之间可以通过绝缘材料隔开。

当一个物体靠近电极板时，它会改
变两个电极板之间的电场，从而改变电容值。

当一个物体靠近容栅传感器时，物体与电极板之间的距离减小，导致
电极板之间的电场强度增加。

这会导致在两个电极板之间产生一个更
大的电荷量，并且导致传感器的总电容值增加。

因此，通过测量总电
容值的变化，可以确定物体与传感器之间的距离。

为了提高灵敏度和准确性，通常使用高频交流信号来激励传感器，并
对响应信号进行放大和滤波处理。

此外，在设计和制造过程中需要考
虑到环境因素对传感器性能的影响，并采取相应措施来保证其可靠性
和稳定性。

总之，容栅传感器利用物体与电极板之间的距离变化来检测位置或运动，其原理基于电容值的变化。

通过高频交流信号的激励和信号处理，可以提高传感器的灵敏度和准确性。

在设计和制造过程中需要考虑到
环境因素对传感器性能的影响，并采取相应措施来保证其可靠性和稳
定性。

基于容栅传感器的皮革测厚仪的设计

（ｃｏｌｆｌｃｒａａｄＩｆｒｎｉｎＥｇｅｒｎ，ｈａ￣ＵｉｅｓｙｏＳｈｏｏｅｔｃｌｎｏｍａｔｎｉｅｉｇＳａｎＥｉｎｏｎｎｖｒｉｆｔ
Ｓｉｎｅ＆Ｔｃｎｌｇ，ｉａｌ１０１ＣｉａｃｃｅｅｈｏｙＸ ’ｌ７０２，ｈｎ）ｏ
０引言
测厚仪放置于水平平面，待测样品粒面向上放在测量台将
上，压脚放下并与待测试样完全接触后５在读数；仪Ｓ末且
目前应用于测量皮革厚度的数显测量仪表大多是用光栅、栅或感应同步器来实现。这些装置缺点在于成本较磁高，构比较复杂，使用环境和安装条件要求高，别是结对特
（西科技大学电气与信息工程学院，西西安７０２）陕陕１０１ Nhomakorabea摘
要：为进一步提高皮革厚度测量的准确性，促进皮革生产，绍了一种基于容栅传感器的皮革测厚介
仪；通过对传感器结构与工作原理的分析，出该测厚仪厚度测量的原理与实际测量数据的取得过程，得依此导出对仪表硬件结构与软件设计的要求；际试用证明：实该仪表通过软硬件的有效结合，引入特有的自
ＡｂｔａｔＩｒｅｏｆｒｈｒｉｒｖｈｃｕａｙｏａｈｒｔｉｋｅｓｍｅｓｒｍｅｔｐｏｔｌａｈｒｐｏｕｔｎ，ｓｒｃ：ｎｏｄｒｕｔｅｔｍｐｏｅｔｅａｃｒｃｆｅｔｅｃｎｓａｕｅｎ，ｒｍｏｅｅｔｅｒｄｃｉｌｈｏ

各种容栅数显卡尺

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4.3 容栅传感器
4.3.2 容栅传感器在数显尺中的应用普通测量工具，如游标卡尺、千分尺等在读数时存在视
差。随着容栅技术在测量中的应用及性价比的不断提高，数显卡尺、千分尺应运而生，并在生产中越来越多地替代了传统的测量工具。容栅定尺安装尺身上，动尺与测量转换电路安装在游标上，分辨力为0. 01 mm ,重复精度为0. 01 mm。
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4.1 光栅传感器
4.1.3 光栅传感器常用的光路垂直透射式光路如图4-4 所示，光源1发出的光线经准直透镜2 后成为平行光
束，垂直投射到光栅卡，由主光栅3和指示光栅4形成的莫尔条纹信号直接由光电元件5接收。这种光路适用于粗栅距的黑自透射光栅。
这种光路的特点是结构简单、位置紧凑、调整使用方便，是目前应用比较广泛的一种。
磁尺磁尺按基本形状分有带状磁尺、线状磁尺和圆形磁尺三种。带状磁尺固定在用低碳钢作的屏蔽壳体内，并以一定的预紧力固定在框架或支架中。线状磁尺是用2-4 mm 的圆形线材作尺基，磁头套在圆型材料上。圆形磁尺做成圆形瓷盘或磁鼓形状，用于组成圆磁栅。
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4.2 磁栅传感器
磁头磁头的章数字式传感器
随着科学技术的进步和生产的发展，对测量提出了大尺寸、数字化、高精度、高效益和高可靠性等一系列要求，因而近年来出现了新的测量元件：数字传感器，以适应当前生产和利学技术不断发展的需要。
数字式传感器就是将被测量转化为数字信号，并进行精确检测和控制的传感器。按其定义可分为直接数字传感器和间接数字传感器。目前，它们在机床业的数控技术、自动化技术以及计量技术中已被日益广泛地采用。本章主要介绍常用的光栅传感器、磁栅传感器、容栅传感器及数字式角编码器。

电容式传感器的应用

1.3.2 TR230型容栅测微传感器
1) 工作原理
如图所示，容栅传感器是一种无差调节的闭环控制系统，基本测量部分是一个差动电容器，它是利用电容的电荷耦合方式将机械位移量转变成为电信号的相应变化量，将该电信号送入电子电路后，再经过一系列变换和运算后显示出机械位移量的大小。
2) 外型尺寸
具体结构尺寸为：
其中，前置器DT610：供电±15VDC；输出0 — 10V；（可选）DC24：供电DC24VDC；输出0 — 10V；或DC9/36：供电9 — 36VDC；输出0 — 10V。
4）技术参数
在室温20℃，传感器电缆长为1米的情况下测得的。在被测材料为金属材料时，测量信号线性特性，不需重新校准。导电性能的变化不会影响传感器灵敏度和线性。
5）线性化校准
它在出厂时已用金属材料校准好，输出0 — 10V。
在精度低时测量范围可扩展2 - 3倍，如下图所示。
6）传感器和电缆
传感器带有保护环，它用1米长电缆同前置器连接起来。应用时，无须再校准，灵敏度误差在0.5 — 1%以内。特殊传感器请咨询。所有传感器无安装座，也能简单安装。固定通常用埋头螺钉或者开口夹（如右图所示）。
TR230型的L0=31（mm），L=194（mm）；
3）技术指标 I. 测量范围：0-30mm/0-50mm/0100mm II. 分辨率：0.01mm、0.005mm III. 测力：≤2.5N IV. 最大移动速度：1.5M/s V. 工作温度：10℃-40℃ VI. 存储温度：0℃-55℃
1）工作原理
被测介质的两种压力通入高、低两压力室，作用在δ元件(即敏感元件)的两侧隔离膜片上，通过隔离膜片和δ元件内的填充液传到预张紧的测量膜片两侧。当两侧压力不一致时，致使测量膜片产生位移，其位移量和压力差成正比，故两侧电容就不等，通过检测，放大转换成4-20mA的

传感器的应用案例

传感器的应用案例
传感器是一种用于感知、监测与测量环境中特定物理量的装置，广泛应用于各个领域。

下面列举了10个传感器的应用案例：
1. 温度传感器：用于测量环境温度，常见于空调、冰箱、热水器等家电设备中，以控制温度在合适的范围内。

2. 光敏传感器：用于感知光线强度的变化，常见于自动照明系统、摄像机中，以实现自动调节光线亮度和拍摄质量。

3. 湿度传感器：用于测量环境湿度，常见于气象仪器、温室、空气净化器中，以监控和控制湿度水平。

4. 压力传感器：用于测量压力变化，广泛应用于汽车、工业设备、医疗器械等领域，以实现压力监测和控制。

5. 加速度传感器：用于测量物体的加速度，常见于汽车、智能手机、运动设备中，以实现运动检测和姿态跟踪。

6. 位移传感器：用于测量物体的位移变化，常见于机械设备、机器人、汽车制动系统中，以实现位置控制和安全监测。

7. 气体传感器：用于检测环境中的气体浓度，常见于煤气报警器、空气质量监测仪器中，以实现气体泄漏和污染监测。

8. 声音传感器：用于感知环境中的声音变化，常见于安防系统、智
能家居中，以实现声音检测和警报。

9. 触摸传感器：用于感知物体的触摸或接近，常见于智能手机、电子设备中，以实现触摸操作和接近检测。

10. 水位传感器：用于测量液体的水平高度，常见于水箱、洗衣机、污水处理设备中，以实现水位监测和控制。

这些传感器应用案例涵盖了生活、工业、安全、医疗等多个领域，展示了传感器在实际应用中的重要性和广泛性。

通过传感器的监测与测量，我们能够更好地了解和控制环境中的物理量，提高生活质量和工作效率。

传感器技术的发展不仅为我们带来了便利，也为各行各业提供了更多的创新机会。

容栅式传感器

动栅对
C1定栅动栅对来自定栅C2 定栅与动栅对的组合
2、圆容栅传感器其工作原理与长容栅相似。
传感器技术及应用
传感器技术及应用
容栅式传感器
容栅式传感器是在变面积型电容传感器的基础上发展起来的一种新型传感器。可测大位移（可达1m），具有精度高（可达5μm），结构简单，能耗低等优点。
1.1 容栅式传感器的类型与工作原理一、类型：长容栅、圆容栅二、工作原理 1、长容栅传感器
长容栅传感器也称线位移容栅传感器。由定尺和动尺组成。工作原理参见下图。

电容式传感器的应用举例.

电容传感器可用来测量直线位移角位移振动振幅可测至005m的微小振幅尤其适合测量高频振动振幅精密轴系回转精度加速度等机械量还可用来测量压力差压力液位料面粮食中的水分含量非金属材料的涂层油膜厚度测量电介质的湿度密度厚度等等
电容式传感器的应用举例
电容传感器可用来测量直线位移、角位移，振动振幅(可测至0.05μm的微小振幅)，尤其适合测量高频振动振幅、精密轴系回转精度、加速度等机械量，还可用来测量压力、差压力、液位、料面、粮食中的水分含量、非金属材料的涂层、油膜厚度、测量电介质的湿度、密度、厚度等等。在自动检测和控制系统中也常常用来作为位置信号发生器。
0
当测量导电固体的料位时，采用
P93图4—22（b）方案。
4、电容式位移传感器
1. 平面测端（电极） 2. 绝缘衬塞 3. 弹簧 7. 螺母
振动位移测量
电容式振动位移传感器应用示意图
贝尔实验室
指纹传感芯片：电容感应原理
Veridicom的指纹传感芯片表面由300×300个电容传感器组成。当个人把他的手指放在传感器上时，手指充当电容器的另外一极。由于手指上指纹纹路及深浅的存在，导致硅表面电容阵列的各个电容电压的不同，通过测量并记录各点的电压值就可以获得具有灰度级的指纹图象。
r1
前述公式：
2x C ln D / d
h
对照着应用：
0
hx

20 h hx 2hx C ln r2 / r1 ln r2 / r1
r2
内外极板间要加绝缘层！
注意：不做特殊处理的情况下，仅可用于检测非导电液体介质。
20 h hx 2hx C ln r2 / r1 ln r2 / r1 C 2 0 S hx ln r2 / r1 h

小尺寸容栅位移芯片技术

小尺寸容栅位移芯片技术1.引言1.1 概述概述小尺寸容栅位移芯片技术是一种新兴的电子技术，它通过利用微型化的芯片设计和先进的容栅位移技术来实现高精度的位移测量。

这种技术可以广泛应用于各个领域，具有许多独特的优势和潜在的前景。

传统的位移测量技术通常依赖于传感器和外部设备，使得整个系统庞大且不便于集成。

而小尺寸容栅位移芯片技术通过集成容栅位移传感器和微型芯片，实现了袖珍化和高度集成化的位移测量系统。

相较于传统技术，这种技术具有更小的体积、更低的功耗和更高的灵敏度，可以满足对高精度位移测量的需求。

小尺寸容栅位移芯片技术的应用领域广泛且多样化。

例如，在工业制造领域，它可以应用于机器人的位移控制与定位、自动化生产中的精密组装和检测等方面。

在医疗领域，它可以用于医疗器械的精准定位和触觉反馈。

在航天航空领域，它可以应用于飞行器姿态控制和导航系统等。

此外，它还可以应用于智能手机、可穿戴设备和虚拟现实等消费电子产品中，提供更精准的用户交互体验。

然而，小尺寸容栅位移芯片技术也存在一些局限性。

首先，由于芯片的微型化设计，其生产成本较高，导致产品的价格也较为昂贵。

其次，由于芯片尺寸较小，容纳的传感器数量和测量范围相对有限，对于一些特殊应用场景可能存在不足。

因此，在推广和应用中需要平衡成本和性能之间的关系。

未来，小尺寸容栅位移芯片技术具有广阔的发展前景。

随着微电子技术和材料科学的不断进步，芯片的制造成本将进一步降低，性能也将不断提升。

同时，随着物联网和人工智能等技术的发展，对高精度位移测量的需求将进一步增加，这将为小尺寸容栅位移芯片技术提供更多的应用场景和机会。

总之，小尺寸容栅位移芯片技术是一项具有巨大潜力和广泛应用前景的新兴技术。

它通过集成化和微型化设计，实现了高精度的位移测量，可应用于工业制造、医疗、航天航空等领域。

尽管存在一些局限性，但随着技术的不断发展，小尺寸容栅位移芯片技术将在未来迎来更加广泛的应用和发展。

1.2文章结构文章结构部分的内容如下：1.2 文章结构本文主要围绕小尺寸容栅位移芯片技术展开讨论，并通过以下几个方面进行阐述。

基于提升小波变换的容栅传感器输出信号降噪

ｄ（）ｄ／一ｄｎ ≥ｒｎ＝２（，ｒ／）（）
【（一ｄｎ＜ｄ）ｒ（）ｒ
（）５
工作寿命。；容栅传感器实现了在旋转轴上无而
需连线输出、测试电路外置、温度稳定性好、寿命长、
可靠性高，在测量转轴转速方面具有其他传感器
为两个较小的偶信号序列ｓ和奇信号序列ｄ，即
Ｓ
—
ｌ２ｄ１ｓ＋（＝１２，… ＝５，：２ｌｎ，３
一
）。
（）２预测是在原始信号相关性的基础上用Ｓ
电容值由小到大再由大到小周而复始地呈三角波变化，电容变化经信号调理电路转换为电压信号，通并
过提升小波变换法对其进行降噪处理。以容栅１和容栅３这组电容为例，设某段时ｄ－ｓ）用＝ｐ（来代替ｄ，其中Ｐ为预测算子。
（）新是通过ｄ３更来更新ｓ，即用＝十亦
（）预测是由式（）得的ｓ２反２所和给定的ｄ，由式（）预测ｓ。３反ｓ＝＋ｓ）２Ｐ（２川
图１容栅结构示意图
（）３（）４
（）并是由ｓｓ融合得到原信号ｓ。３合和
ｓ＝ｅｇ（２，１ｍｒｅＳｓ＋）２
似
由图５和图６可知，应用传统小波法对其原始转由表１知，可对此信号而言，提升小波获得了较大的信噪比和较小的均方差，取得了较好的降噪效果。速电压输出信号进行降噪处理后，大部分高频信号其

精品文档-传感器原理及应用(郭爱芳)-第4章

第4章电容式传感器
第4章电容式传感器
4.1 工作原理及结构类型 4.2 信号调理电路 4.3 电容式传感器的应用 4.4 容栅式传感器 4.5 电容式集成传感器思考题与习题
第4章电容式传感器
4.1 工作原理及结构类型 4.1.1 工作原理
电容式传感器实质上是一个可变参数的电容器。由物理学可知，用绝缘介质分开的两个平行金属板组成的平板电容器 (如图4.1所示)，当忽略边缘效应时，电容量可表示为
(b)为变极距式，图4.2(c)～(h)为变面积式，而图4.2(i)～ (l)则为变介电常数式。
第4章电容式传感器图4.2 电容式传感器的结构形式
第4章电容式传感器
1. 变极距式图4.3(a)为变极距式电容式传感器的原理图。图中下极板固定不动，当上极板随被测量的变化上下移动时，两极板之间的距离δ相应变化，从而引起电容量发生变化。当传感器的ε和A为常数、初始间距为δ0时，由式(4.1) 可知初始电容量C0
C
A
g 0
(4.15)
0g 0
式中：εg——固体介质的相对介电常数(云母εg=7)；
δg、δ0——固体介质和空气隙的厚度。
第4章电容式传感器图4.5 放置固体介质的电容器
第4章电容式传感器
2. 变面积式图4.6为变面积式位移电容传感器的结构示意图。图 4.6(a)为直线位移型平板电容器的原理图，当两极板完全重叠时，其电容量C0=εab/δ。当动极板移动Δx时，两极板重叠面积减小，电容量也将减小。如果忽略边缘效应，可得传感器的特性方程为
C0
A 0
(4.2)
第4章电容式传感器图4.3 变极距式电容传感器原理图及特性曲线
第4章电容式传感器

容栅传感器在汽车轮胎充气枪中的应用

维普资讯
７４
传感器与微系统（ｒｓｕｅｄＭｉｏｙｔｅｈｏｇｓＴａｄｃｒｃｓｓｍＴｃｎｌｉ）ｎｎａｒｅｏｅ
２００６年第２５卷第８期
容栅传感器在汽车轮胎充气枪中的应用
Ａｂｔａｔｓｒｃ：ＴｏｓＩｎｅｒｓｕｅｏｒｆｃｓｔｅｓｂｌｙｏｅｉｌｐｒｔｇ，ｏｃｎｒｐｅｓｒｆｔｅｏｍｓ］ｉｎｒｅｓｒｆｔｅａｅｔｈｔｉｔｆｖｈｃｅｏｅａｉｔｏｍｕｈｉｅｒｓｕｅｏｒｐｉａｉｎｎｉｃｕｅｅｏａｉｎ，ｈｃｓｏｅｒａｏｆｎｒｆｃａｃｄｎｓＩｉｅｙｉｏｔｔｔａｕｅｔｅｉｎｒｒｓｕａｓｓｄｔｎｔｏｗｉｈｉｎｅｓｎｏｍａｙｔｉｃｉｅｔ．ｔｓｖｒｍｐｒｏｍｅｒｈｎｅｅ器和位移传感器测量充气压力，于这种工具类装对
置，显得过于昂贵，没有实用价值。本文研究的数显式汽车轮胎充气枪采用了较为简单的结构将压力转换为位移，并
ｔｒｎａｉｎｇｎｉｅｉｆｔｏｕｌ
ＹＡＮＧｎ — ｉｇＹｏｇｐｎ
（ｃｏｌｆｃａｉｌｎｉｅｒｇＳａｘｎｖｒｉｆｅｈｏｏｙＨａｚｏｇ７３０，ｈｎ）Ｓｈｏｈｎｃｇｎｅｉ。ｈｎｉｉｅｓｙｏｃｎｌ，ｎｈｎ２００ＣｉａｏＭｅａＥｎＵｔＴｇ

一种数显卡尺用的容栅传感器[实用新型专利]

[19]中华人民共和国国家知识产权局[12]实用新型专利说明书[11]授权公告号CN 2526779Y[45]授权公告日2002年12月18日[21]ZL 专利号02226160.5[21]申请号02226160.5[22]申请日2002.03.14[73]专利权人陈熠地址510310广东省广州市海珠区广州大桥东汇美街2号801房[72]设计人王昭进陈熠 [51]Int.CI 7G01B 3/20权利要求书 1 页说明书 3 页附图 1 页[54]实用新型名称一种数显卡尺用的容栅传感器[57]摘要本实用新型涉及一种数显卡尺用的容栅传感器，它公开了一种数显卡尺用的容栅传感器在同一节距T 内相邻的发射电极分别交错排列在接收电极的两侧，在以NT(N为整数)个节距为一组内各个节距的发射电极的排列顺序相同，而每隔一组发射电极的排列顺序相交错，在2N(N为整数)组内相邻发射电极在测量方向上有间隙地排列，在每个节距T内、节距与节距之间和组与组之间相邻发射电极在测量方向上的间隙相同。

这种排列方式，可增大测量信号的强度从而提高测量灵敏度，而且不会增加制作的难度和成本。

02226160.5权利要求书第1/1页 1.一种数显卡尺用的容栅传感器，包括设在副标尺上的动栅线路板和设在主标尺上的定栅线路板，上述动栅线路板上设有与测量方向垂直的在每个节距T内有2N(N为整数)个发射不同信号的发射电极、一个矩形的接受电极以及进行数据处理的电子电路，定栅线路板上设有面向上述发射电极和接收电极并在沿测量方向上依次排列的反射电极，接收电极的长度是发射电极的节距T的整数倍，其两端分别比发射电极的两外端短T/2，反射电极的间距与发射电极的节距T相等，其特征在于：在同一节距T内相邻的发射电极分别交错排列在接收电极的两侧，在以NT(N为整数)个节距为一组内各个节距的发射电极的排列顺序相同，而每隔一组发射电极的排列顺序相交错，在2N(N为整数)组内相邻发射电极在测量方向上有间隙地排列。

变面积式电容传感器的应用实例

变面积式电容传感器的应用实例《变面积式电容传感器的应用实例》嘿，你知道吗？在我们这个充满奇妙科技的世界里，有一种超级厉害的东西叫变面积式电容传感器。

这东西听起来是不是有点神秘又高大上呢？其实呀，它就在我们身边，默默地发挥着好多好多重要的作用呢！就说在我们学校的自动门那里吧。

有一次我和我的小伙伴小明一起在学校里玩。

我们跑到自动门附近，那自动门就像一个聪明的大巨人一样，每次我们靠近，它就会缓缓地打开。

我就特别好奇，这门怎么这么聪明呢？后来问了老师才知道，这里面就用到了变面积式电容传感器呢。

这个传感器就像是一个敏锐的小卫士。

你看，当我们靠近自动门的时候，我们人体就相当于一个导体，进入了传感器的检测范围。

这时候呀，传感器里面的电容极板面积因为我们的靠近而发生了变化。

就好比是两个小伙伴之间的距离变了，他们之间的关系也就跟着变了。

电容极板面积一变化，电容的值就跟着改变了。

然后呢，这个变化就被控制系统检测到了，控制系统就像一个大脑一样，接收到信号后就马上指挥自动门：“嘿，有小伙伴来了，快打开！”于是，自动门就乖乖地打开了，让我们顺利通过。

我当时就想，哇，这个变面积式电容传感器可真是太神奇了，就这么悄悄地藏在门里，却能做出这么酷的事情。

还有呢，在一些超级酷的电子设备里，比如说平板电脑。

我和我的好朋友小红经常一起玩平板电脑上的画画游戏。

你知道吗？平板电脑里也可能用到这个变面积式电容传感器哦。

当我们用手指在屏幕上画画的时候，我们的手指就相当于改变了屏幕下面电容极板的面积。

就好像是在平静的湖面上投下了一颗小石子，打破了原来的平静，产生了变化。

这个变化被传感器捕捉到，然后平板电脑就能知道我们手指的位置，这样我们就能在屏幕上画出漂亮的画啦。

要是没有这个传感器，我们就只能干瞪眼，啥也画不出来呢。

我就跟小红说：“你看，这小小的传感器，就像一个魔法小精灵，让我们能在屏幕上自由地创作呢。

”小红也特别赞同，她还说：“是啊，这就好像是给平板电脑的屏幕装上了一双超级敏锐的眼睛。