[实用新型]一种适用于力矩检测的差动式电容传感器

说明书

技术领域

本实用新型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。

背景技术

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。

发明内容

本实用新型的目的在于，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，本实用新型采用如下技术方案：

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。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型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。本实用新型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实用新型。

本实用新型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。