一种微马达的角度测量装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开一种微马达的角度测量装置，所述角度测量装置包括：若干个上电极和若干个下电极；多个所述上电极设置在微马达的上底座，多个所述上电极处于一个以定子为中心的圆环上，所述定子设置在所述上底座上；所述下电极设置在微马达的转子底板上，多个所述下电极处于一个以转子为中心的圆环上，所述上电极与所述下电极形成多个电容结构。本实用新型专利技术采用电容方式来对微马达的状态进行检测，用来提高装置的抗干扰能力和检测精度。

【技术实现步骤摘要】
一种微马达的角度测量装置
本技术涉及角度测量装置领域，特别是涉及一种微马达的角度测量装置。
技术介绍
微马达也叫微型马达或微型电机，是体积、容量较小，输出功率一般在数百瓦以下的电机和用途、性能及环境条件要求特殊的电机。常用于控制系统中，实现机电信号或能量的检测、解算、放大、执行或转换等功能，或用于传动机械负载，也可作为设备的交、直流电源。目前，微型马达主要有一下几方面的应用：微型机器人，微型低功耗驱动器和微型医学检测器件。其中微型机器人是利用微马达尺寸小、工作电压低、控制精度高的特点，可用于移动式平台、微机械装配、维修，纳米定位等。在机器人平台中可用作方向控制部件，集成于摄像头或方向传感器中。对于微型低功耗驱动器，该方向主要是用于驱动可旋转平台，并进行多功能应用，如光学信息传感等。同时，微马达的高精度控制和连续性转动能力可以为陀螺仪提供驱动。不仅可应用于定位、导航和计数计数中，还可以实现陀螺仪的自标定。利用MEMS技术进行微型化马达的研究和制作，以达到以上应用目的，是目前国外在该领域研究的重点。此外，低功耗驱动也是该器件的一大特点，能实现微系统控制与集成电路集成。另外一方面应用是微型医学检测器件，该应用主要也是利用了可旋转平台，实现微型工具操作、静脉超声成像等。尤其在静脉超声成像发展中，可旋转平台取代了传统的相控阵列。因为微型超声马达的引入，解决了可旋转平台存在的扭杆较粗、较长带来的晃动厉害，不易控制的问题。微机电系统(Micro-Electro-MechanicalSystem，MEMS)压电执行器(压电执行器利用压电材料的压电效应实现换能作用，将输入电信号转化为机械能输出，是MEMS领域常用的执行器之一)具有体积小、质量轻、易于与基体结构集成、价格低廉，而且由材料的固态结晶效应产生位移，位移分辨率高，输出力大，承受载荷大，响应速度快，瞬时加速度大等优势，受到了广泛关注，是一种适用于微马达提供高分辨率定位、高动态运动特征等需求的MEMS执行器技术。但是基于压电执行器的微马达受压电材料蠕变、非线性的影响其运动轨迹以及位移精度都相对较低，因此，需要对基于压电执行器的微马达实施反馈控制，从而使增加被执行结构获得与预期相符的运动。而实施反馈控制或者闭环控制最重要的一环就是对被执行结构的运动状态进行精确监测。对于传统的或者尺寸较大的压电马达或者超声电机，具有很多进行状态监测的方式，包括机械式、光学式以及磁电式等。其中机械式传感器精度有限，且无电信号输出；光学传感器结构复杂，对环境要求高，成本昂贵，测量角度小；磁电式传感器结构紧凑，精度较高，测量输出一般为电信号，易被后级电路调制处理。磁电式传感器主要包括电位器式、电感式、霍尔式、磁敏电阻式、磁阻式、磁致伸缩式、磁栅式以及电容式等。目前行业中现有的传感器各有优势也有各自的缺点，如电位器式角度传感器结构简单、输出信号强，能适应振动等环境，但它是接触式测量，产品寿命和可靠性不佳，且精度一般也不高；又如光电编码器具有精度高、响应快的优点，但其结构相对复杂，很难集成到MEMS系统中。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种微马达的角度测量装置，采用电容方式来对微马达的状态进行检测，用来提高装置的抗干扰能力和检测精度。为实现上述目的，本技术提供了如下方案：一种微马达的角度测量装置，所述角度测量装置包括：若干个上电极和若干个下电极；多个所述上电极设置在微马达的上底座，多个所述上电极处于一个以定子为中心的圆环上，所述定子设置在所述上底座上；所述下电极设置在微马达的转子底板上，多个所述下电极处于一个以转子为中心的圆环上，所述上电极与所述下电极形成多个电容结构。可选的，多个所述上电极分为第一组电极、第二组电极和第三组电极，所述第一组电极与所述第二组电极的相位差为180°，所述第一组电极与所述第三组电极的相位差为90°。可选的，所述第一组电极包括一个或多个第一上电极，多个所述第一上电极并联连接；所述第二组电极包括一个或多个第二上电极，多个所述第二上电极并联连接；所述第三组电极包括一个或多个第三上电极，多个所述第三上电极并联连接。可选的，在所述上电极与所述上底座之间设置有屏蔽层。可选的，在所述上电极与所述屏蔽层之间设置有第一绝缘层。可选的，在所述上电极的上表面设置有第二绝缘层。可选的，所述上电极的形状为圆形或扇形，所述下电极的形状为圆形或扇形。根据本技术提供的具体实施例，本技术公开了以下技术效果：(1)采用电容式检测对微马达进行状态监测，抗干扰能力强，由于电容是机械结构且与微马达一起加工，对机械振动或者热应力等不敏感，且不存在电子元器件，对环境适应力强。(2)电容检测可以存在绝对的零点，也就是机械的零点，并且每转动一定角度就可以进行零点校准。(3)电容检测结构简单，因此很容易集成在MEMS微马达之中，加工难度和加工成本方面具有很大的优势，并且由于是平台一体化加工，不会占用额外的空间。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本技术微马达的角度测量装置实施例的结构示意图；图2为下电极及转子结构平面俯视图；图3为下电极的两种形状示意图；图4为上电极及定子结构平面俯视图；图5为上下电极相对位置示意图；图6-a为上下电极沿角度转动方向的投影一；图6-b为上下电极沿角度转动方向的投影二；图7为电极电容值随角度的变化关系。附图标号如下：1-上底座，2-定子，3-屏蔽层，4-第一绝缘层，5-上电极，6-第二绝缘层，7-摩擦层，8-下电极，9-转子，10-转子底板，11-下底座，12-键合结构。具体实施方式下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。本技术的目的是提供一种微马达的角度测量装置，其工作原理是在角度转动时，利用两个平行板电极之间相对面积的变化从而造成电容值的变化，设计合理的电容结构，通过测量电容值的变化从而获得角度值得精确信息。其中下电极为含有电容阵列的转子，上电极为含有电容检测传感器的定子。当角度转动的时候，上下电极之前的电容值会随之改变，通过计算与算法，可以建立起电容值与转动角度的对于关系。在实际的操作过程中，调节电容阵列结构与电路结构，使得输出电压与转动角度呈正弦分布，对检测到的电压信号进行处理就可以获得每个时刻的角度位置，为整个微马达提供反馈控制信号。为使本技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本技术作进一步详细的说明。图1为本技术微马达的角度测量装置实施例的结构示意图。如图1所述，所述角度测量装置包括：若干个上电极5和若干个下电极8；多个所述上电极5设置在微马达的上底座1，多个所述上电极5处于一个以定子2为中心的圆环上，所述定子2设置在所述上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微马达的角度测量装置，其特征在于，所述角度测量装置包括：若干个上电极和若干个下电极；多个所述上电极设置在微马达的上底座，多个所述上电极处于一个以定子为中心的圆环上，所述定子设置在所述上底座上；所述下电极设置在微马达的转子底板上，多个所述下电极处于一个以转子为中心的圆环上，所述上电极与所述下电极形成多个电容结构。

【技术特征摘要】
1.一种微马达的角度测量装置，其特征在于，所述角度测量装置包括：若干个上电极和若干个下电极；多个所述上电极设置在微马达的上底座，多个所述上电极处于一个以定子为中心的圆环上，所述定子设置在所述上底座上；所述下电极设置在微马达的转子底板上，多个所述下电极处于一个以转子为中心的圆环上，所述上电极与所述下电极形成多个电容结构。2.根据权利要求1所述的角度测量装置，其特征在于，多个所述上电极分为第一组电极、第二组电极和第三组电极，所述第一组电极与所述第二组电极的相位差为180°，所述第一组电极与所述第三组电极的相位差为90°。3.根据权利要求2所述的角度测量装置，其特征在于，所述第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：王艺程，李小石，代刚，周泉丰，杜亦佳，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院电子工程研究所，
类型：新型
国别省市：四川,51