DE3418566A1

DE3418566A1 - Verschiebungsdetektor

Info

Publication number: DE3418566A1
Application number: DE19843418566
Authority: DE
Inventors: Sasaki Kawasaki Kanagawa Kohji
Original assignee: Mitutoyo Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Mitutoyo Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1983-05-18
Filing date: 1984-05-18
Publication date: 1984-11-22
Also published as: US4633249A; DE3418566C2

Description

Weber» Hellfeld & Tönnies ^. ^v d-sooo München 71

PATENTANWÄLTE " Hofbrunnstrasse 47

3418566 Telefon: (0 89) 7 9150 50

Telex: 5-2128 77

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M 1 354

Mitutoyo Mfg. Co., Ltd.

5-33-7 Shiba, Minato, Tokyo, Japan

Verschiebungsdetektor

European Patent Attorney Rechtsanwalt

Dipl.-Phys. Djpl.-Phys., Dr.rer. nat. Dipl.-Ing., Dipl.-Oek.

0. E. WEBER, München AXEL v. HELLFELD, Kiel JAN G. TÖNNIES, Kiel

Die Erfindung betrifft einen Verschiebungsdetektor, bei dem Änderungen der Kapazität von Kondensatoren zum Nachweis der Verschiebung Verwendung finden. Bei derartigen Verschiebungsdetektoren werden Verschiebungen und Bewegungen dadurch gemessen, daß die Verschiebung eines bewegten Bauteiles mit Hilfe der Änderungen von Kapazitäten zwischen Elektroden des bewegten Bauteiles relativ zu ortsfesten Elektroden ermittelt wird. "

Es sind Verschiebungs- und Bewegungsdetektoren bekannt, bei denen die mechanische Verschiebung eines Probenkörpers in ein elektrisches Signal umgewandelt wird. Gewöhnlich enthalten solche Vorrichtungen ein in Bezug auf die Abstützung bewegbares Bauteil sowie einen Wandler, welcher die Bewegung des bewegten Bauteiles nachweist und in elektrische Signale umsetzt, um z.B. mittels eines Zählers das Ausmaß der Verschiebung digital anzuzeigen. Bei derartigen herkömmlichen Bewegungsdetektoren sind fotoelektrische, mechanische oder auch kapazitive Wandler gut bekannt.

Der fotoelektrische Wandler weist Schlitze auf, welche in der Oberfläche einer Skala oder einer Drehscheibe unter gleichen Abständen vorgesehen sind, sowie einen Sender und einen Empfänger, welche einen Lichtweg bilden, der die Schlitze durchsetzt. Die Verschiebung und Bewegung des bewegbaren Bauteiles wird entsprechend dem An- und Ausstellen des Lichtstrahles am Empfänger bei Bewegung der Skala oder Rotation der Drehscheibe ermittelt.

Solche fotoelektrischen Wandler haben aber den Nachteil, daß sie relativ viel Strom verbrauchen, insbesondere im Licht-Sender, wodurch die wiederholte Auswechslung der Batterien erforderlich wird. Auch wird die Vorrichtung insgesamt relativ

groß, da die Batterien sehr sperrig sind. Um die Meßgenauigkeit zu erhöhen, müssen die Schlitze in der Skala oder der Drehscheibe mit Abständen angeordnet werden, die nur wenige um betragen, was Herstellungsprobleme bedingt. Der fotoelektrische Wandler kann auch aufgrund von Abstandsschwankungen im Betrieb Fehlmessungen verursachen.

Beim mechanischen Kontakt-Wandler werden Schlitze und Bürsten eingesetzt, um die Verschiebung des bewegten Bauteiles nachzuweisen. Die Schlitze und Bürsten bewegen sich sehr schnell, so daß sie einer erheblichen Abnutzung unterliegen und auch unerwünschte Geräusche entstehen.

Auf Kapazitätsänderungen beruhende Wandler haben in jüngerer Zeit vielfältige Anwendung gefunden, da sie weder starke Stromverbraucher sind, wie die fotoelektrischen Wandler, noch Schlitz- und Bürstenanordnungen aufweisen, welche unerwünschte Geräusche verursachen.

Gewöhnlich sind bei Kapazitäts-Wandlern der hier in Rede stehenden Art eine Vielzahl von Elektroden-Paaren plattenförmig einander gegenüberliegend angeordnet, um Kondensatoren zu bilden, wobei beide Elektroden-Platten relativ zueinander entsprechend der Verschiebung des bewegten Bauteiles zueinander bewegt werden und das Ausmaß der Bewegung elektrisch als Änderung der Kapazitäten der Kondensatoren gemessen wird.

Beispielsweise sind Elektroden-Platten in einer Vielzahl unter gleichen Abständen auf einer Haupt-Skala angeordnet, während andere Elektroden-Platten gegenüberliegend auf einer Index-Skala unter einem gewissen Abstand zur Haupt-Skala angeordnet sind. Die Haupt- und die Index-Skala werden gegeneinander gleitend verschoben, wobei die Verschiebung der Bewegung des bewegbaren Bauteiles entspricht

und parallel zu den Oberflächen der Platten erfolgt, so daß mittels der Vorrichtung das Ausmaß der Verschiebung des bewegbaren Bauteiles mittels der Schwankungen der Kapazitäten gemessen werden kann, welchen die aus den Elektroden-Platten geformten Kondensatoren unterliegen .

Bei derartigen, herkömmlichen Verschiebungsdetektoren mit aus Elektroden-Platten gebildeten Kondensatoren wird mittels einer Spannungs-Teilerschaltung der Betrag der Verschiebung des bewegbaren Bauteiles dadurch ermittelt, daß der Wechsel des Spannungsverhältnisses entsprechend den Änderungen der Kapazitäten der Kondensatoren gemessen wird. Schwankt deshalb bei einem herkömmlichen Verschiebungsdetektor dieser Art der Abstand zwischen den Oberflächen der sich bewegenden Elektroden-Platten, welche die Kondensatoren bilden, aus irgendeinem Grunde, so ändern sich auch die Kapazitäten und damit die auf die Spannungsteilerschaltung übertragene Spannung, so daß die Ausgangsspannung nicht mehr genau der Bewegung entspricht und somit die Messung ungenau wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Verschiebungsdetektor zu schaffen, bei dem Kapazitätsänderungen von Kondensatoren zur Messung der Bewegung dienen, welcher eine hohe Meßgenauigkeit aufweist.

Zur Lösung dieser Aufgabe und zur Überwindung der genannten Nachteile des Standes der Technik wird vorgeschlagen, daß den Elektroden auf einer Seite einer Vielzahl von Elektroden-Paaren Wechselspannungen mit unterschiedlichen Phasen eingegeben werden, um die Spannung nachzuweisen, welche in den Elektroden auf der anderen Seite induziert werden, wobei die relative Bewegung mittels Nachweises der Phasenänderung des Ausgangssignales als Funktion der Relativbewegung der beiden Elektroden erhalten wird.

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In den Figuren 1 und 2 sind die Elektroden eines derartigen' Verschiebungsdetektors dargestellt. Auf der Oberfläche der Standplatte 10, welche am Gestell befestigt ist (Fig. 2) ist eine Vielzahl von Ubertragungselektroden unter gleichen Abständen angeordnet und eine Empfangselektrode 14 ist flächig parallel zu den Ubertragungselektroden 12 ausgeformt. Jeder der Übertragungselektroden 12 wird eine Wechselspannung mit unterschiedlicher Phase aufgegeben.

Eine Bewegungsplatte 16 ist der Standplatte 10 gegenüberliegend angeordnet und ist beispielsweise über ein Getriebe mit dem bewegbaren Bauteil oder einer bewegbaren Skala verbunden. Auf der bewegten Platte 16 sind Koppelungselektroden 18 den Übertragungselektroden 12 und den Empfangselektroden 14 gegenüberliegend, diese flächig übergreifend, sowie an Masse liegende Elektroden 20 in entsprechender Weise angeordnet. Die Koppelungselektroden 18 und die an Masse liegenden Elektroden 20 sind abwechselnd nacheinander in Bewegungsrichtung der bewegten Platte 16 ausgeformt.

In der Empfangselektrode 14 wird ein Spannungssignal entsprechend den Spannungen der zugehörigen Übertragungselektroden 12 mittels der Koppelungselektroden 18 induziert. Dementsprechend kann dann, wenn jeder der Übertragungselektroden 12 Wechselstrom mit unterschiedlicher Phase zugeführt wird, bei Bewegung des bewegten Bauteiles ein Ausgangssignal von der Empfangselektrode 14 erhalten werden, dessen Phase dem Ausmaß der Verschiebung des bewegten Bauteiles entspricht. Dementsprechend läßt sich aus der Verarbeitung der Phase des Ausgangssignales aus der Empfangselektrode 14 mittels eines Integrators 15 und dem Vergleich mit einer Standard-Phase die Bewegung bzw. Verschiebung mit einer Genauigkeit messen, welche unabhängig ist von Spannungs-

Schwankungen.

In jüngerer Zeit ist es erforderlich geworden, Vorrichtungen der in Rede stehenden Art zu bauen, die nur eine sehr geringe Baugröße aufweisen. Dementsprechend müssen auch die Elektroden relativ klein ausgeformt werden und auch der Abstand zwischen den Elektroden wird sehr eng. Aufgrund dieser Änderungen wird das Ausgangssignal der Empfangselektrode 14 schwächer und das Signal/Rausch-Verhältnis verschlechtert sich, insbesondere durch Aufnahme von Rausch-Signalen auf der Eingangsseite der Ubertragungselektroden 12. Diese Verschlechterung des Signal/ Rausch-Verhältnisses beeinträchtigt die Meßgenauigkeit des Verschiebungsdetektors.

Die Eingangsanschlüsse der Ubertragungselektroden 12 sind auf der Rückseite der Standplatte 10 angeordnet, um gemeinsam diejenigen Ubertragungselektroden anzuschließen, welche mit Wechselspannung der gleichen Phase versorgt werden. Die Verbindungsleitungen dieser Eingangsanschlüsse sind parallel zueinander angeordnet und zwar in Richtung der Übertragungselektroden-Reihe .

Durch die kleinformatige Ausgestaltung der Vorrichtung wird auch die Fläche der Elektroden kleiner und der Abstand zwischen den Elektroden enger. Dementsprechend wird das Ausgangssignal der Empfangselektrode 14 kleiner und die Einkoppelung von Rausch-Signalen verschlechtert das Signal/Rausch-Verhältnis.

Um die Einkoppelung von Rausch-Signalen zu vermeiden, kann die Anordnung der Zuleitungen der Eingangsanschlüsse so ausgestaltet werden, daß diejenigen Zuleitungen, welche eine genau entgegengesetzte Phase aufweisen, einander benachbart angeordnet sind, so daß das Rauschen in einem Leiter das Rauschen in dem anderen Leiter aufhebt oder zumindest mindert.

Da aber der Abstand zwischen der Empfangselektrode und der zugehörigen Zuleitung für die einzelnen Phasen unterschiedlich ist, läßt sich das aus der betreffenden Zuleitung in die Empfangselektrode eingekoppelte Rauschen nicht vollständig verhindern, und zwar auch dann, wenn die Zuleitungen, wie zuvor erwähnt, derart angeordnet sind, daß benachbarte Leitungen eine invertierte Phase aufweisen, so daß die Vorrichtung nicht mit der erforderlichen Meßgenauigkeit arbeiten kann.

Dementsprechend liegt einer Weiterbildung der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Verschiebungsdetektor zu schaffen, welcher eine exakte Messung der Verschiebung oder Bewegung ermöglicht und der in besonders kleinem Format herstellbar ist.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei einem Verschiebungsdetektor, bei welchem Kapazitätsschwankungen von Kondensatoren zur Messung einer Bewegung verwendet werden, mit einer ortsfesten Standplatte und einer bewegbaren, der Standplatte gegenüber angeordneten Platte, wobei die Standplatte eine Vielzahl von Übertragungselektroden aufweist, die unter konstanten Abständen auf ihrer Oberfläche ausgebildet sind, sowie eine Empfangselektrode, welche parallel entlang den Übertragungselektroden angeordnet ist, die bewegbare Platte Koppelelektroden aufweist, welche den Übertragungs- und Empfangselektroden gegenüberliegt und diese zur elektrostatischen Koppelung übergreift, und wobei Wechselspannung mit unterschiedlichen Phasen an die einzelnen Übertragungselektroden angelegt wird und die Verschiebung der bewegbaren Platte mittels des Ausgangssignales der Empfangselektrode ermittelt wird, dadurch gelöst, daß die Standplatte gegen Rauschsignale geschützte Elektroden

aufweist, welche die Einkoppelung von Rauschsignalen aus den Spannungseingängen in die Empfangselektrode verhindern.

Vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Weiterbildung der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Nachfolgend ist die Erfindung anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt des wesentlichen Abschnittes einer Elektrodenanordnung eines erfindungsgemäßen Verschiebungsdetektors ;

Fig. 2 eine Draufsicht auf die auf der Standplatte und der bewegbaren Platte angeordneten Elektroden gemäß Fig. 1 ;

Fig. 3 eine Draufsicht auf Eingangsleitungen, mittels welchen Wechselspannung an die einzelnen Übertragungselektroden angelegt wird;

Fig. 4 eine Detailansicht der in Fig. 3 gezeigten Vorrichtung ;

Fig. 5 eine Draufsicht auf die Elektrodenanordnung auf der einen Seite der Standplatte;

Fig. 6 einen Schnitt entlang der Linie A-A der Fig. 5;

Fig. 8+9 einen Schnitt eines anderen Ausführungsbeispieles einer Elektrodenanordnung auf einer Standplatte;

Fig. 10 einen Schnitt durch den wesentlichen Abschnitt eines anderen Ausführungsbeispieles einer Elektrodenanordnung ;

Fig. 11 einen Schnitt eines weiteren Ausführungsbeispieles einer Elektroden-Anordnung auf einer Standplatte; und

Fig. 12 schematisch das Rausch-Signal, welches in

die Empfangselektrode aus der Eingangsleitung durch das Innere der Standplatte eingekoppelt wird.

Bei dem in den Figuren '3 und 4 gezeigten Ausführungsbeispiel' der Erfindung sind auf der Rückseite der Standplatte 10 die Eingangsanschlüsse 22 angeordnet, mittels welchen die Spannungen an jede der Übertragungselektroden 12 und an die Hilfselektrode angelegt werden, um die Einkoppelung von Rauschsignalen zu unterdrücken. Die Bezugszeichen entsprechen denjenigen der Figuren Ί und 2, so daß auf deren Beschreibung verwiesen werden darf.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Wechselspannung mit gleichen Phasenverschiebungen aber unterschiedlichen Phasen nacheinander jeder der benachbarten Übertragungselektroden 12 aufgegeben.

Gemäß Fig. 5 wird bei diesem Ausführungsbeispiel auf der Rückseite der Standplattc 10 entsprechend den Positionen der Übertragungselektroden 12 das Anschlußleitungssystem 22 angebracht, welches Spannungen gleicher Phase an diejenigen Übertragungselektroden anlegt, welche gleichphasig betrieben werden. Dieses Anschlußleitungssystem 22 verbindet über Leitungen 24 jede der Übertragungselektroden 12-1 bis 12-8. Bei der in Fig. 5 gezeigten Vorrichtung werden Spannungen mit Phasendifferenzen von 0°, 90°, 180° und 270° nacheinander und zyklisch an jeder der Übertragungselektroden 12-1 bis 12-8 angelegt. Auf diese Weise bilden die Elektroden 12-5 und 12-7 ein Paar mit entgegengesetzten Phasen,

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da die Elektrode 12-5 die Phase 0° und die Elektrode 12-7 die Phase 180° aufweisen. Entsprechend bilden die Übertragungselektroden 12-2 und 12-4 sowie die Übertragungselektroden 12-1 und 12-3 jeweils ein Elektroden-Paar mit entgegengesetzten Phasen.

Für die vorliegende Erfindung ist wesentlich, daß auf der Rückseite der Standplatte 10 eine Hilfselektrode 26 angeordnet ist, um zu verhindern, daß Rauschsignale aus dem Eingang der Empfangselektroden eingekoppelt werden, wozu insbesondere ein Kompensationssignal der Hilfselektrode dient.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Hilfselektrode 26 in einer Position auf der Rückseite der Standplatte angebracht, welche einer Seite der Übertragungselektroden (welche die Elektroden-Paare mit entgegengesetzten Phasen bilden) entspricht, so daß die Hilfselektrode 26 leitend mit der Empfangselektrode 14 verbunden werden kann. Mit anderen Worten: Da gemäß den Figuren 5-8 die Rausch-Einkoppelung über die Übertragungselektrode 12-4 am größten ist, da diese am nächsten zum Eingangsleitungssystem 22 und zur Empfangselektrode 14 liegt, wird die Hilfselektrode 26 in einer Position auf der Rückseite der Übertragungselektrode 12-6 installiert, deren Wechselspannung gegenüber derjenigen der Übertragungselektrode 12-4 entgegengesetzt ist (Elektrode 12-6: 90 0° -;' Elektrode 12-4: 2 70 0° ) .

Dementsprechend wird an der Hilfselektrode 26 ein Spannungssignal induziert, welches die gleiche Phasenverzögerung aufweist und diese induzierte Spannung wird über einen Leiter an die Empfangselektrode 14 angelegt, so daß das Kompensationssignal der Hilfselektrode 26 das in die Empfangselektrode 14 eingekoppelte Rauschen aus dem Eingssystem der anderen Übertragungselektrode des Elektroden-

paares aufhebt, d.h. das Rauschen der Übertragungselektrode 12-4, an welche Wechselspannung mit einer Phasenverschiebung von 270° angelegt wird.

Sind eine Vielzahl von Elektroden-Paaren mit entgegengesetzten Phasen vorgesehen, so ist eine entsprechende Anzahl von Hilfselektroden 26 in Abhängigkeit von den in die Empfangselektrode 14 eingekoppelten Rauschsignalen zu installieren. Ist der Rausch-Pegel extrem groß, so empfiehlt es sich, die Hilfselektroden auf der Rückseite jeweils einer Elektrode von allen Elektroden-Paaren mit entgegengesetzten Phasen anzubringen. In solchen Fällen ist es auch möglich, die Fläche der Hilfselektrode 26 entsprechend dem Rausch-Pegel groß oder klein zu gestalten.

Gemäß den Figuren 7 und 8 ist bei diesem Ausführungsbeispiel zur Verhinderung einer Rauschübertragung auf die Empfangselektrode 14 auf anderem Wege als von der Übertragungselektrode über die Koppelelektrode 18 auf die Empfangselektrode 14 eine isolierende "Erd"-Elektrode 28 zwischen den Übertragungselektroden 12 und der Empfangselektrode 14 als zusätzliche Maßnahme zur Isolierung derselben vorgesehen.

Weiterhin ist gemäß den Figuren 6-8 eine an Masse liegende Hilfselektrode 30 außenseitig auf der Rückseite der Standplatte 10 in einer den Übertragungselektroden 12 entsprechenden Position angebracht, um die Einkoppelung von Rausch-Signalen in die Empfangselektrode 14 über die Oberfläche der Standplatte 10 aus dem Eingangs-System zu verhindern, welches die einzelnen Übertragungselektroden mit Spannungen versorgt.

Weiterhin ist gemäß den Figuren 8 und 9 eine Ausnehmung 32 für eine weitere Rausch-Unterdrückungs-Elektrode (welche an Masse liegt) vorgesehen, welche verhindert, daß Rausch-Signale in die Empfangselektrode 14 über das Innere der Standplatte 10

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aus den Eingangsleitungen der Übertragungselektroden 12 eingekoppelt werden.

Durch die kombinierte Anbringung der Hilfselektrode 26, der isolierenden Masse-Elektrode 28, der Hilfs-Erd-Elektrode 30 und der geerdeten Ausnehmung 32 wird wirksam die Einkoppelung von Rausch-Signalen in die Empfangselektrode 14 verhindert, so daß die Verschiebung des bewegbaren Bauteiles mit extrem großer Genauigkeit meßbar ist.

Eine Anwendung des vorstehend beschriebenen Verschiebungsdetektors soll nachfolgend anhand eines Mikrometers näher beschrieben werden.

Das bewegbare Bauteil wird an der Spindel und die Standplatte am Gestell des Mikrometers befestigt.

Acht Übertragungselektroden bilden jeweils eine Gruppe und fünf Gruppen werden entlang dem Umfang des Stators (die Standplatte bildet hier einen ringförmigen Stator) unter gleichen Abständen angeordnet. Die einzelnen Übertragungselektroden werden nacheinander und zyklisch mit Wechselspannung versorgt, wobei die Phasen jeweils 0°, 45°, 90°, 135°, 180°, 225° und 270° entsprechend einem 8-poligen Antriebssystem betragen.

Die Hilfselektrode ist in einer Position angebracht, die der Rückseite derjenigen Übertragungselektrode entspricht, an welcher eine Wechselspannung mit entgegengesetzter Phase zu derjenigen Wechselspannung angelegt wird, welche im System der Eingangsleitungen am nächsten zu der Empfangselektrode liegt.

Bei diesem Beispiel wird der elektrische Winkel pro Umdrehung um 360° χ 5 = 1800° geändert. Bei diesem Ausführungsbeispiel eines Mikrometers mit einer Ablesung von 1 um bei einer Kreis-

teilung von ο,5 mm erzeugt eine Umdrehung des Rotors ein Signal von 500 Pulsen. Die Ablesung von 1 um kann also durch Unterteilung des mechanischen Drehwinkels von 360° in 100 Teile erreicht werden.

Der Abstand zwischen der Übertragungselektrode und der Koppelelektrode ist geringer als 1 mm.

Der Abstand zwischen der Empfangselektrode und dem nächstliegenden Leiter des Eingangs-Leitersystems beträgt etwa 2 mm.

Die Elektrodenfläche der Übertragungselektrode beträgt etwa 6 mm² .

Die an der Übertragungselektrode anliegende Spannung beträgt etwa 3 Volt.

Der Abstand zwischen der Übertragungselektrode und der Hilfselektrode beträgt etwa 1 mm.

Die Fläche der Hilfselektrode beträgt etwa 6 mm².

Aufgrund der erfindungsgemäß vorgesehenen Hilfselektrode wird die Einkoppelung von Rauschsignalen in die Empfangselektrode wirksam verhindert und die Meßgenauigkeit gegenüber herkömmlichen Verschiebungsdetektoren wesentlich erhöht. Während bei herkömmlichen Verschiebungsdetektoren das in die Empfangselektrode aus den Übertragungselektroden eingekoppelte Rauschsignal etwa 200 mV beträgt (Signal/Rausch-Verhältnis: 22 dB) und das Maximum des nicht linearen Fehlers etwa 3 um beträgt (bei einem Mikrometer mit 1 um-Ablesung) bei einer Vorrichtung mit Hilfs-Elektrode das in die Empfangselektrode eingekoppelte Rauschsignal nur 40 mV (Signal'/Rauschverhaltnis: 36 dB).

Der maximale Fehler beträgt nur 2,2° und der maximale nicht lineare Fehler beträgt etwa 0,6 um.

Die Figuren 10-12 zeigen andere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung.

Auch bei diesen Verschiebungsdetektoren wird an die einzelnen Übertragungselektroden 12 jeweils eine Wechselspannung mit konstanten Phasendifferenzen nacheinander und zyklisch angelegt .

Diese Ausführungsbeispiele zeichnen sich dadurch aus, daß innerhalb der Standplatte zwischen der Empfangselektrode auf der Oberfläche der Standplatte und den auf der Rückseite angeordneten Spannungszuführungen eine Ausnehmung für eine weitere geerdete Elektrode vorgesehen ist, so daß verhindert ist, daß Rauschsignale N aus dem Eingangsleitungssystem 122 die Empfangselektrode 114 erreichen.

Gemäß den Figuren 10 und 11 ist die Standplatte 110 mit einer Elektroden-Basisplatte 11Oa und einer Zuleitungs-Basisplatte 110b versehen. Die Übertragungselektrode 112 und die Empfangselektrode 114 sind jeweils auf der Oberfläche der Elektroden-Basisplatte 110 ausgebildet, während auf der rückwärtigen Oberfläche der Zuleitungs-Basisplatte 110b die Spannungszuleitungen ausgeformt sind, welche die Wechselspannung auf jede der Übertragungselektroden 112 führen.

In diesen Ausführungsbeispielen ist weiterhin auf der Rückseite 111a der Elektroden-Basisplatte 110a oder der Fläche 111b der Zuleitungs-Basisplatte 110b eine an Masse liegende Einlage vorgesehen. Die entsprechende Ausnehmung 126 für die Rausch-Unterdrückungselektrode ist innerhalb der Standplatte

11O zwischen der Empfangselektrode 114 und dem Zuleitungsabschnitt angeordnet.

Dementsprechend kann auch bei diesem Ausführungsbeispiel die Empfangselektrode 1 1 4 wirksam gegen die Einstreuung von Rauschsignalen aus dem Spannungs-Zuleitungssystem durch das Innere der Standplatte 110 geschützt werden, so daß sich die

Verschiebung des bewegbaren Bauteiles mit hoher Genauigkeit messen läßt.

Gemäß Fig. 11 ist auch bei diesem Ausführungsbeispiel eine isolierende, an Masse liegende Elektrode 128 zwischen den Übertragungselektroden 112 und der Empfangselektrode 114 angeordnet, um die Elektroden voneinander zu isolieren, so daß verhindert ist, daß Rauschsignale auf einem anderen Weg als dem vorgesehenen (von der Übertragungselektrode 112 über die Koppelelektrode 118 auf die Empfangselektrode 114) übertragen werden.

Weiterhin ist gemäß den Figuren 10 und 11 auf der Rückseite der Standplatte 110 die Hilfs-Erd-Elektrode 130 um das Spannungs-Zuleitungssystem für die Übertragungselektroden 112 herum angeordnet. Mit anderen Worten: Um das Spannungs-Zuleitungs-System 122 herum ist die Erd-Elektrode 130 gelegt,um zu verhindern, daß Rauschsignale entlang der Oberfläche der Standplatte 110 in die Empfangselektrode 114 eingestreut werden.

Aufgrund der zuvor beschriebenen Kombination von Schutzmaßnahmen gegen die Einkoppelung von Rauschsignalen in die Empfangselektrode 114 mittels der Ausnehmung 126 für eine Erd-Elektrode, der isolierenden Erd-Elektrode 128 und der Hilfs-Erd-Elektrode 130 kann das Ausmaß der Bewegung bei einem Verschiebungsdetektor mit höchster Genauigkeit gemessen werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Verschiebungsdetektor, bei welchem Kapazitätsschwankungen von Kondensatoren zur Messung einer Bewegung verwendet werden, mit einem ortsfesten Standbauteil und einem bewegbaren, dem Standbauteil gegenüber angeordneten Bauteil, wobei das Standbauteil eine Vielzahl von Übertragungselektroden aufweist, die unter konstanten Abständen auf ihrer Oberfläche ausgebildet sind, sowie eine Empfangselektrode, welche parallel entlang den Übertragungselektroden angeordnet ist, das bewegbare Bauteil Koppelelektroden aufweist, welche den Übertragungs- und Empfangselektroden gegenüberliegen und diese zur elektrostatischen Koppelung übergreifen und wobei Wechselspannungen mit unterschiedlichen Phasen an die einzelnen Übertragungselektroden angelegt werden und die Verschiebung des bewegbaren Bauteiles mittels des Ausgangssignales der Empfangselektrode ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet , daß das Standbauteil (10) gegen Rauschsignale geschützte Elektroden (12,14) aufweist, bei welchen die Einkoppelung von Rauschsignalen aus den Spannungseingängen in die Empfangselektrode (14) verhindert ist.

2. Verschiebungsdetektor, bei welchem Kapazitätsschwankungen von Kondensatoren zur Messung einer Bewegung verwendet werden, mit einem ortsfesten Standbauteil und einem bewegbaren, dem Standbauteil gegenüber angeordneten Bauteil, wobei das Standbauteil eine Vielzahl von Übertragungselektroden aufweist, die unter konstanten Abständen auf ihrer Oberfläche ausgebildet sind, sowie eine Empfangselektrode, welche parallel entlang den Übertragungselektroden angeordnet ist, das bewegbare Bauteil

Koppelelektroden aufweist, welche den Übertragungs- und Empfangselektroden gegenüberliegen und diese zur elektrostatischen Koppelung übergreifen und wobei Wechselspannung mit unterschiedlichen Phasen an die einzelnen Übertragungselektroden angelegt wird, welche jeweils in Elektroden-Paaren mit zueinander entgegengesetzten Phasen angeordnet sind, und wobei die Verschiebung des bewegbaren Bauteiles mittels des Ausgangssignales der Empfangselektrode ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet , daß am Standbauteil (10) zumindest eine Rauschunterdrückungselektrode (26) vorgesehen ist, welche leitend mit der Empfangselektrode (14) verbunden ist und an einer Position auf der Rückseite angeordnet ist, welche einer Seite einer Übertragungselektrode (12) eines Paares von Übertragungselektroden entspricht, so daß die von den Zuleitungen zu den Übertragungselektroden (12) in die Empfangselektrode (14) eingestreuten Rauschsignale kompensiert werden mittels eines Hilfssignals, welches von der betreffenden Übertragungselektrode (12) induziert wird, und zwar von der anderen Seite.

3. Verschiebungsdetektor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß Rauschunterdrückungselektroden (26) für jeweils eine Ubertragungselektrode aus allen Elektroden-Paaren vorgesehen sind, wobei die Elektroden-Paare jeweils Elektroden aufweisen, an welche Wechselspannungen angelegt werden, deren Phase zueinander entgegengesetzt ist.

4. Verschiebungsdetektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß eine isolieren· de, an Masse liegende Elektrode (30) zwischen den Über-

tragungselektroden (12) und der Ausgangselektrode (14) angeordnet ist, um letztere voneinander zu isolieren.

Verschiebungsdetektor, bei welchem Kapazitätsschwankungen von Kondensatoren zur Messung einer Bewegung verwendet werden, mit einem ortsfesten Standbauteil und einem bewegbaren, dem Standbauteil gegenüber angeordneten Bauteil, wobei das Standbauteil eine Vielzahl von Ubertragungselektroden aufweist, die unter konstanten Abständen auf ihrer Oberfläche ausgebildet sind, sowie eine Empfangselektrode, welche parallel entlang den Übertragungselektroden angeordnet ist, das bewegbare Bauteil Koppelelektroden aufweist, welche den Übertragungs- und Empfangselektroden gegenüberliegen und diese zur elektrostatischen Koppelung übergreifen und wobei Wechselspannungen mit unterschiedlichen Phasen an die einzelnen Ubertragungselektroden angelegt werden und die Verschiebung des bewegbaren Bauteiles mittels des Ausgangssignales der Empfangselektrode ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet , daß auf der Rückseite des Standbauteiles (10) ein Spannungs-Zuleitungssystem (22) vorgesehen ist, welches mit den entsprechenden Übertragungselektroden (12) verbunden ist und daß im Inneren des Standbauteiles (10) zwischen dem Spannungs-Zuleitungssystem (22) und der Empfangselektrode (14) eine Rausch-Schutzelektrode (32, 126) angeordnet ist, um die Einstreuung von Rauschsignalen aus den Spannungs-Zuleitungen in die Empfangselektrode (14) zu verhindern.

6. Verschiebungsdetektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß auf der Rückseite des Standbauteiles (110) eine an Masse liegende Hilfselektrode (130) vorgesehen ist, welche das Zuleitungssystem (122) umschließt