容栅

出处：按学科分类—工业技术 企业管理出版社《计量专业工程师手册》第119页（1794字）

与光栅和磁栅相比，容栅的结构和测量都具有许多相同之处，它们都是在空间直线上表现为稳定排列的空间现象，都可复现长度单位，而且都是等距分布。但是它们的复现原理和方法却不完全相同。容栅将电容值按空间等值排列，通过电容器位置的变化反映为电容值的变化，再转换为电信号，实现位移测量。容栅按组成不同有双组容栅传感器和多组容栅传感器，后一种容栅又称群聚型容栅。群聚型容栅在结构上又有入射式、透射式和反射式三种，其工作原理相同，前两种因结构和工艺上的原因较少在实际应用中采用，反射式因发射极和群聚极可做在同一侧，实现单侧引线而广泛采用。

图3．2－8是双组容栅传感器及电路部分的基本结构和工作原理。这种传感器由定栅和动栅组成。在定栅尺上加上正弦信号激励源，在动栅尺的sinθ栅上得到正弦信号，在cosθ栅上得到余弦信号，经信号处理电路，可以得到与动栅位移量成正比的脉冲数，这部分的电路结构与光栅传感器的基本一样。

图3．2－8 容栅工作原理

图3．2－9是多组容栅传感器的构成，它包括发射极板(a、b、c、d四组)、反射极板(E、F、G、H四组)和接收极板J。发射极板每组又由8块极板组成，一共32块极板构成动栅；反射极板固定在定尺(即尺体)上，每组又由二块极板组成。每八个发射极板上加有同值和频率固定，相邻板极之间的位相差为π／4的方波信号，发射极通过静电感应在反射极板(也称中间转换极板)感应出电荷，又通过静电感应在接收板J上产生感应电荷。因此不同的发射极板位置所产生的感应电荷信号的相位不同，经过鉴相把动栅的位移信号分离出来。如果加在动栅上的激励信号不同，也可以用其它方式获得位移信息，如位移一频率变换等。

图3．2－9 多组容栅结构原理

容栅传感器以静电感应原理工作，耗电少，抗干扰能力强。对于多组容栅传感器，将极板做成栅状可以增加初始电容，减小杂散电容干扰；利用栅条所产生的平均效应来提高测量精度；当动栅和定栅重叠条数为N时，可以将位移－电容变化量的灵敏度提高N倍。由容栅做成的数显卡尺可以达到0．01mm的分辨力，测量范围达0～250mm，并且调零方便，与机械式卡尺相比有许多优点。

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