一种适用于力矩检测的差动式电容传感器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种适用于力矩检测的差动式电容传感器，至少包括力矩输入盘、力矩输出盘、若干梯形梁、一对感应电容的动电极、一对感应电容的静电极和基板。一对感应电容的动电极分别位于力矩输入盘的外环和力矩输出盘的内环之间且与力矩输入盘的外环固连为一体；一对感应电容的静电极分别位于对应感应电容的动电极同一侧，且与对应感应电容的动电极保留有一定间隙；感应电容的动电极与感应电容的静电极组成差动式结构垂直电极型电容器。本实用新型专利技术提出的差动式电容传感器具有较好的灵敏度、较小的线性误差以及较好的抗干扰能力，此外大大提高了传感器的线性度；本实用新型专利技术可采用常规机械加工来实现，制造简单，适用于检测串联型机器人关节传递的力矩。

A differential capacitance sensor for torque detection

The utility model discloses a differential capacitance sensor suitable for torque detection, at least a torque input disk, a torque output disc, a number of trapezoid beams, a pair of inductively capacitive moving electrodes, a pair of induction capacitors and a base plate. The dynamic electrodes of a pair of inductive capacitors are located between the outer ring of the torque input disk and the inner ring of the torque output disc and connected with the outer ring of the torque input disc; the electrostatic pole of a pair of inductive capacitors is located on the same side of the moving electrode corresponding to the inductive capacitance, and has a certain gap with the moving electrode corresponding to the inductive capacitance; The capacitance electrode and the electrostatic pole of the induction capacitor form a differential type vertical electrode capacitor. The differential capacitance sensor proposed by the utility model has better sensitivity, less linear error and better anti-interference ability, in addition, it greatly improves the linearity of the sensor. The utility model can be realized by conventional machining, simple in manufacturing and suitable for measuring the torque of joint transmission of a series robot.

【技术实现步骤摘要】
一种适用于力矩检测的差动式电容传感器
本技术属于自动化仪表传感器技术与机器人控制领域，涉及一种电容传感器，特别涉及一种适用于力矩检测的差动式电容传感器。
技术介绍
目前在力矩测量中，检测力矩的传感器应用十分广泛，按力矩信号产生的方式可分为光学式、光电式、磁电式与电阻应变式等等。例如，磁电式力矩传感器输出信号的本质是两路具有相位差的角位移信号，对信号进行组合处理后得到力矩信息，它是非接触式传感器，无磨损，然而体积较大，不适合在串联型机器人领域测量机器人关节传递的力矩，且不易安装；电阻应变式力矩传感器以电阻变化产生的电压信号作为检测信号，从而得到力矩信息，其结构复杂，需要额外信号放大电路、A/D转换器等，目前此类传感器价格较为昂贵。目前电容式扭矩传感器，例如中国专利CN201344846Y提出的一种基于电容的动态扭矩传感器，其轴与外壳相对位置发生变化，则轴两端的电容信号会产生相位差，通过检测这个电容差值，从而建立起电容差与扭矩之间的关系，实现扭矩的测量，此电容式扭矩传感器结构尺寸较大，只能在特定场合使用，不易于在串联型机器人领域检测力矩。基于电容边缘效应的变极距垂直电极型电容传感器，其灵敏度相比于传统的平行电极式电容传感器受电极间距影响更小，然而变极距垂直电极型电容传感器存在着严重的非线性，且受噪声干扰较大。
技术实现思路
本技术的目的在于，针对上述传感器存在的不足，提供一种适用于力矩检测的差动式电容传感器，使其具有线性误差小、灵敏度高、抗干扰能力强和结构简单等优点。为实现上述目标，本技术采用如下技术方案：一种适用于力矩检测的差动式电容传感器，至少包括力矩输入盘1、力矩输出盘2、一对感应电容的动电极3、一对感应电容的静电极4、基板5和梯形梁8。所述感应电容的动电极3位于力矩输入盘1的外环和力矩输出盘2的内环之间且与力矩输入盘1的外环固连为一体；所述感应电容的动电极3包括一对感应电容的动电极一3-1和感应电容的动电极二3-2且关于Y轴对称分布。所述感应电容的静电极4紧临基板5的凹槽6处，基板5与力矩输出盘2的凸台7固连为一体；所述感应电容的静电极4包括一对感应电容的静电极一4-1和感应电容的静电极二4-2组成；感应电容的静电极一4-1与感应电容的静电极二4-2分别位于感应电容的动电极一3-1与感应电容的动电极二3-2同一侧且分别与感应电容的动电极一3-1和感应电容的动电极二3-2保留有一定间隙。所述感应电容的动电极一3-1与感应电容的静电极一4-1组成第一个垂直电极型电容器；所述感应电容的动电极二3-2与感应电容的静电极二4-2组成第二个垂直电极型电容器，第一个垂直电极型电容器与第二个垂直电极型电容器构成差动式结构垂直电极型电容器。本技术的有益效果在于：本技术一种适用于力矩检测的差动式电容传感器，采用两个垂直电极电容器组成差动式结构，第一个垂直电极型电容器电容为C1，第二个垂直电极型电容器电容为C2，以C1-C2作为电容传感器的测量信号，增加了电容改变量的测量值，抵消了电容传感器零点电容以及减小了电容传感器噪声电容，从而使得适用于力矩检测的差动式电容传感器具有较好的灵敏度、较小的线性误差以及较好的抗干扰能力，此外大大提高了传感器的线性度。本技术可采用常规机械加工来实现，具有制造简单、组装工艺难度小等优点，适用于串联机器人多个领域。附图说明图1是差动式电容传感器分解示意图。图2是差动式电容传感器装配示意图。图3是差动式电容传感器机械本体示意图。图4是差动式电容传感器基板示意图。附图中：1-力矩输入盘；2-力矩输出盘；3-感应电容的动电极；4-感应电容的静电极；5-基板6-凹槽；7-凸台；8-梯形梁。具体实施方式以下结合附图进一步说明本技术。本技术一种适用于力矩检测的差动式电容传感器，如附图1和2所示，至少包括力矩输入盘1、力矩输出盘2、一对感应电容的动电极3、一对感应电容的静电极4、基板5和梯形梁8。感应电容的动电极3位于力矩输入盘1的外环和力矩输出盘2的内环之间且与力矩输入盘1的外环固连为一体；感应电容的动电极3包括感应电容的动电极一3-1和感应电容的动电极二3-2且关于Y轴对称分布。如附图3所示，感应电容的静电极4紧临基板5的凹槽6处；基板5固定在力矩输出盘2的凸台7上；感应电容的静电极4包括感应电容的静电极一4-1和感应电容的静电极二4-2；感应电容的静电极一4-1与感应电容的静电极二4-2分别位于感应电容的动电极一3-1和感应电容的动电极二3-2同一侧且分别与感应电容的动电极一3-1和感应电容的动电极二3-2保留有一定间隙。如附图4所示，电容传感器机械本体至少包括力矩输入盘1、力矩输出盘2、感应电容的动电极3和若干梯形梁8；梯形梁的两端分别与力矩输入盘1的外环和力矩输出盘2的内环固连为一体。感应电容的动电极一3-1与感应电容的静电极一4-1组成第一个垂直电极型电容器；感应电容的动电极二3-2与感应电容的静电极二4-2组成第二个垂直电极型电容器；第一个垂直电极型电容器与第二个垂直电极型电容器构成差动式垂直电极型电容器。本技术的基本工作原理是：力矩输入盘1通过若干梯形梁8传递力矩至力矩输出盘2，从而引起感应电容的动电极3沿力矩输入盘1的外环绕原心O转动微小角位移；由以上结构形成的差动式结构垂直电极型电容器，其中一个垂直电极电容器电容增加或减小到C1，则对应的另一个垂直电极电容器电容减小或增加到C2，以C1-C2作为电容传感器的测量信号，则电容的改变量为(△C1+C0+CC)-(-△C2+C0+CC)即△C1+△C2，其中C0与CC分别为垂直电极电容器的零点电容值与噪声电容值，△C1与-△C2分别为电容C1与C2的变化量。即差动式结构垂直电极型电容器增加了电容的变化量，抵消了电容传感器零点电容以及减小了电容传感器噪声电容，从而使得适用于力矩检测的差动式电容传感器具有较好的灵敏度、较小的线性误差以及较好的抗干扰能力，此外大大提高了传感器的线性度。本技术差动式电容传感器，感应电容的动电极3为接地金属，感应电容的静电极4为基板5上紧邻凹槽6处的一小块铜片；基板7为印制电路板(PCB)或者其他绝缘固体；印制电路板(PCB)上具有检测电容的检测电路与感应元件。这里本技术的描述和应用是说明性的，并非想将本技术的范围限制在上述实施例中，这里所披露的实施例的变形和改变是可能的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本技术的精神或本质特征的情况下，本技术可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。凡是依据本技术的技术方案进行其它修改、润饰和等同变化，而不脱离本技术技术方案的思想和范围，其均应涵盖在本技术的权利要求范围当中。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于力矩检测的差动式电容传感器，其特征在于：它至少包括力矩输入盘(1)、力矩输出盘(2)、一对感应电容的动电极(3)、一对感应电容的静电极(4)和基板(5)；所述感应电容的动电极(3)包括感应电容的动电极一(3‑1)和感应电容的动电极二(3‑2)；所述感应电容的静电极(4)包括感应电容的静电极一(4‑1)和感应电容的静电极二(4‑2)；所述感应电容的动电极一(3‑1)与感应电容的静电极一(4‑1)位置相互垂直，构成第一个垂直电极型电容器；所述感应电容的动电极二(3‑2)与感应电容的静电极二(4‑2)位置相互垂直，构成第二个垂直电极型电容器；所述感应电容的动电极(3)与感应电容的静电极(4)构成差动式结构垂直电极型电容器。

【技术特征摘要】
2017.03.29 CN 201710219063X1.一种适用于力矩检测的差动式电容传感器，其特征在于：它至少包括力矩输入盘(1)、力矩输出盘(2)、一对感应电容的动电极(3)、一对感应电容的静电极(4)和基板(5)；所述感应电容的动电极(3)包括感应电容的动电极一(3-1)和感应电容的动电极二(3-2)；所述感应电容的静电极(4)包括感应电容的静电极一(4-1)和感应电容的静电极二(4-2)；所述感应电容的动电极一(3-1)与感应电容的静电极一(4-1)位置相互垂直，构成第一个垂直电极型电容器；所述感应电容的动电极二(3-2)与感应电容的静电极二(4-2)位置相互垂直，构成第二个垂直电极型电容器；所述感应电容的动电极(3)与感应电容的静电极(4)构成差动式结构垂直电极型电容器。2.根据权利要求1所述的一种适用于力矩检测的差动式电容传感器，其特征在于：所述感应电容的动电极(3)位于力矩输入盘(1)的外环和力矩输出盘(2)的内环之间且与力矩输入盘(1)的外环固连为一体。3.根据权利要求1所述的一种适用于力矩检测的差动式电容传感器，其特征在于：所述感应电容的动电极一(3-1)和感应电容的动电极二(3-2)关于Y轴对称分布。4.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈琳，罗年景，潘海鸿，罗国树，莫超亮，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：新型
国别省市：广西,45