专利名称：一种电容传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电容检测技术领域，特别是涉及一种电容传感器。
背景技术：
检测人造板板坯内部胶粘剂的复介电常数通常是在获得板坯内部胶粘剂的电容的基础上，根据现有的计算方法来确定其复介电常数。图1为人造板热压机及位于其内部的板坯的示意图。如图1所示，人造板热压机包括上压板101和下压板102，二者相对且均可上下运动，人造板的板坯(内部均勻掺有胶粘剂)103位于上压板101和下压板102之间。这样，上压板101和下压板102发生相向运动，可使上压板101和下压板102分别与板坯103的上下表面接触，进而对板坯103进行挤压，借助上压板101和下压板102提供的热量，板坯103中的胶粘剂逐渐由液态变为固态， 从而使原本松散的板坯103变为一个整体，这就是人造板的热压过程。现有的电容检测方法是将上压板101和下压板102分别作为平行板电容器的上下极板，利用外加给上压板101和下压板102的交流电压来获得输出的交流电流，进而确定人造板热压过程中由于胶粘剂的状态变化(由液态变为固态)而引起的上压板101和下压板 102之间的导纳的变化，这样，利用现有的计算方法即可得到人造板板坯内部胶粘剂的电容变化情况。但是，现有的这种电容检测方法对板坯103的形变(如膨胀、压缩等)过于敏感， 而在人造板热压过程中，板坯103在垂直于上压板101 (或下压板10 方向上的厚度会因热压工艺、自身粘弹性等因素的共同影响而呈现或大或小的变化，这会影响到平行板电容器所输出的交流电流信号，进而影响对胶粘剂状态改变所引起的板坯内部胶粘剂电容变化情况检测结果的准确性。此外，人造板热压过程中，板坯103内部的温度是从室温逐渐升高至100°C以上(如200°C)的，在内部温度不高于100°C时，板坯103中的水分子运动比较活跃，这对检测会造成很大的影响，而当板坯103内部的温度高于100°C之后，这些水分基本蒸发完毕，很明显，现有的电容检测方法也无法满足人造板热压过程中板坯内部不同情况的需要，很难做到检测结果始终准确。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种电容传感器，能在人造板热压过程中始终准确地检测胶粘剂状态改变所引起的板坯内部胶粘剂电容变化情况。本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下一种电容传感器，该电容传感器包括耐高温绝缘材料制成的基板和η组电极对，其中的η为不小于2的整数；每组所述电极对包括驱动电极、驱动电极引线、感应电极以及感应电极引线；其中，所述基板包括第一表面；每组所述电极对中的所述驱动电极和所述感应电极均贴于所述第一表面上，且互不接触；[0010]属于同一组所述电极对的所述驱动电极引线和所述感应电极引线分别与属于该电极对的所述驱动电极和所述感应电极相连；对任一组所述电极对而言，在其他电极对中至少有一组电极对为其相异电极对， 该组电极对中的所述驱动电极的质心和所述感应电极的质心之间的距离不同于其相异电极对中的所述驱动电极的质心和所述感应电极的质心之间的距离。在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进进一步，所述电容传感器还包括保护电极引线；所述基板还包括与所述第一表面没有交线的第二表面；所述保护电极弓丨线贴于所述第二表面上。进一步，所述保护电极引线与各所述电极对中的所述感应电极引线均相连。进一步，在任一所述电极对中所述驱动电极为长方体形，其长边与宽边所形成的一个面贴于所述第一表面上；所述感应电极也为长方体形，其长边与宽边所形成的一个面也贴于所述第一表面上；所述驱动电极的长度和所述感应电极的长度均不小于所述驱动电极的质心与所述感应电极的质心之间距离的10倍。进一步，在任一所述电极对中，所述驱动电极的宽度和所述感应电极的宽度均不大于所述驱动电极的质心与所述感应电极的质心之间的距离。进一步，在任一所述电极对中，在垂直于所述第一表面的方向上，所述驱动电极的厚度和所述感应电极的厚度均不大于35微米。进一步，在垂直于所述第一表面的方向上，所述驱动电极的厚度和所述感应电极的厚度相等。进一步，所有所述驱动电极接触所述第一表面的面积与所有所述感应电极接触所述第一表面的面积之和，等于所述第一表面的面积的一半。进一步，所述电容传感器还包括防腐蚀镀层，其位于所有所述驱动电极上与所述第一表面接触的表面之外的所有表面上，以及所有所述感应电极上与所述第一表面接触的表面之外的所有表面上。进一步，所述防腐蚀镀层的厚度为2微米。本实用新型的有益效果是本实用新型中，驱动电极和感应电极是电容传感器任一组电极对中的两极板，二者均贴在耐高温绝缘材料制成的基板的第一表面上且互不接触，这样，可将基板置于人造板板坯内部，使驱动电极和感应电极与板坯接触，这样，利用驱动电极引线和感应电极引线向驱动电极和感应电极提供电压之后，可在基板的第一表面一侧形成电场，处于该电场中的板坯内部胶粘剂作为驱动电极和感应电极之间的电介质，其中胶粘剂的状态变化所引起的板坯内部胶粘剂电容的变化可直接影响驱动电极和感应电极中的电流，通过检测该电流即可获得由胶粘剂的状态变化所引起的板坯内部胶粘剂电容的变化情况。并且，在人造板热压过程中，虽然热压工艺、板坯自身粘弹性等因素会共同影响板坯的厚度，但由于该电容传感器是埋设于板坯内部的，其中的电流不会受到板坯厚度变化的影响，因而本实用新型的检测结果也就摆脱了热压工艺、板坯自身粘弹性等因素的影响。此外，基板上设置了两组以上的电极对，至少有两组电极对中的驱动电极与感应电极质心之间的距离是不同的，这样，在人造板板坯内的温度不高于100°c，即板坯中的水分尚未完全蒸发时，可使驱动电极和感应电极质心之间的距离较大的极板工作，从而利用低频交变电场排除水分子的影响来进行检测，获得精确数据；在板坯内温度高于100°c，即板坯中的水分完全蒸发后，可使驱动电极和感应电极质心之间的距离较小的极板工作，从而利用高频交变电场进行检测，直接获得精确数据。综上，本实用新型的检测结果可以做到始终准确。

图1为人造板热压机及位于其内部的板坯的示意图；图2为本实用新型提出的电容传感器的一个实施例的结构图；图3为本实用新型提出的电容传感器的驱动电极与感应电极之间的电场分布图；图4为本实用新型提出的电容传感器的另一个实施例的结构图；图5为本实用新型提出的电容传感器的等效电路图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。本实用新型提出了一种电容传感器，其包括耐高温绝缘材料制成的基板和η组电极对，其中的η为不小于2的整数。图2为本实用新型提出的电容传感器的一个实施例的结构图，该实施例以η等于2为例进行说明，事实上，η还可以为3、4、5等大于2的整数， 其结构可依次类推，本实用新型不进行赘述。如图2所示，该电容传感器中，基板的标号为201，每组电极对均包括各自的驱动电极、驱动电极引线、感应电极以及感应电极引线，图2中的第一组电极对包括驱动电极 202、驱动电极引线204、感应电极203、感应电极引线205 ；第二组电极对包括驱动电极 207、驱动电极引线208、感应电极209、感应电极引线210。其中，基板201包括第一表面2011，作为基板201的一个表面，第一表面2011应尽
量避免凹凸不平，最佳实施例为平面。每组电极对中的驱动电极(如图2中的202、207)和感应电极(如图2中的203、 209)均贴于第一表面2011上，且互不接触。这样，驱动电极202和感应电极203即可作为一个电容两个极板而保持互不相同的电位。属于同一组电极对的驱动电极引线和感应电极引线分别与属于该电极对的驱动电极和感应电极相连，如图2所示，驱动电极引线204和感应电极引线205同属于第一组电极对，二者分别接第一组电极对中的驱动电极202和感应电极203，同样，驱动电极引线208 接同一组电极对中的驱动电极207，感应电极引线210接同一组电极对中的感应电极209。 这样，可利用驱动电极引线和感应电极引线分别向所接的驱动电极和感应电极提供电压， 使同一组电极对中的驱动电极和感应电极之间产生电场，该电场的空间分布如图3中的虚线所示。图3所示的空间直角坐标系中，χ轴和ζ轴所确定的平面为基板201的第一表面 2011，驱动电极(202/207)和感应电极(203/209)均贴在第一表面2011上，这样，向驱动电极(202/207)和感应电极(203/209)分别提供电压之后，即可在基板201的第一表面2011一侧(即图3中的y轴正向一侧)的空间形成虚线所示的电场。该电容传感器中，对任一组电极对而言，在其他电极对中至少有一组电极对为其相异电极对，这意味着，该组电极对中的驱动电极的质心和感应电极的质心之间的距离不同于其相异电极对中的驱动电极的质心和感应电极的质心之间的距离。以图2实施例中的两组电极对为例进行说明，第二组电极对即为第一组电极对的相异电极对，这也就意味着， 属于第一组电极对的驱动电极202的质心与感应电极203的质心之间的距离sl，要不同于 (大于或小于)属于第二组电极对的驱动电极207的质心与感应电极209的质心之间的距离s2。在电极对的组数大于2的情况下，例如在有4组电极对的情况下，只要保证至少存在两组电极对是互为相异电极对，即在本实用新型的保护范围之内。一组电极对中的驱动电极质心和感应电极质心之间的距离较大，其探测距离较大，受人造板热压过程中水分子运动的影响也较小，因而适于在板坯内温度不高于100°c的情况下进行检测。与之相应的，一组电极对中的驱动电极质心和感应电极质心之间的距离较小，则其探测距离也较小，随受水分子运动的影响比较显著，但探测精度却很高，因而适于在板坯内温度高于100°c、水分基本蒸发完全的情况下进行检测。可将本实用新型所提出的电容传感器埋设于图1中板坯103中，埋设位置可为图 1中的104处，其位于板坯103的内部，较佳位置为板坯103内距上边缘和下边缘相等的位置。考虑到上压板101和下压板102提供的热量会使板坯103内产生200°C左右的高温，本实用新型中的基板201采用耐高温材料制成，同时，为避免同一组电极对中电位不同的驱动电极和感应电极之间通过基板201有电流存在，基板201还需采用绝缘材料制作。因此， 本实用新型中的基板201可用挠性聚酰亚胺薄膜来实现，该薄膜可耐受350°C以上的高温， 且绝缘性良好。此外，该薄膜的吸水率小于0. 4%，还能满足基板201对于疏水性的要求。 基板201的厚度dl应足够大，以保证其绝缘性能的良好。本实用新型中，各组电极对中的驱动电极和感应电极可用导电性能良好的铜箔实现，各组电极对中的驱动电极引线204和感应电极引线205可采用导电性能良好的铜线、银线等来实现。由此可见，本实用新型中，驱动电极和感应电极是电容传感器任一组电极对中的两极板，二者均贴在耐高温绝缘材料制成的基板的第一表面上且互不接触，这样，可将基板置于人造板板坯内部，使驱动电极和感应电极与板坯接触，这样，利用驱动电极引线和感应电极引线向驱动电极和感应电极提供电压之后，可在基板的第一表面一侧形成电场，处于该电场中的板坯内部胶粘剂作为驱动电极和感应电极之间的电介质，其中胶粘剂的状态变化所引起的板坯内部胶粘剂电容的变化可直接影响驱动电极和感应电极中的电流，通过检测该电流即可获得由胶粘剂的状态变化所引起的板坯内部胶粘剂电容的变化情况。并且， 在人造板热压过程中，虽然热压工艺、板坯自身粘弹性等因素会共同影响板坯的厚度，但由于该电容传感器是埋设于板坯内部的，其中的电流不会受到板坯厚度变化的影响，因而本实用新型的检测结果也就摆脱了热压工艺、板坯自身粘弹性等因素的影响。此外，基板上设置了两组以上的电极对，至少有两组电极对中的驱动电极与感应电极质心之间的距离是不同的，这样，在人造板板坯内的温度不高于100°c，即板坯中的水分尚未完全蒸发时，可使驱动电极和感应电极质心之间的距离较大的极板工作，获得精确数据；在板坯内温度高于 100°C，即板坯中的水分完全蒸发后，可使驱动电极和感应电极质心之间的距离较小的极板工作，直接获得精确数据。综上，本实用新型的检测结果可以做到始终准确。该电容传感器还可以包括防腐蚀镀层，其位于所有驱动电极(如图2中的202和 207)上与第一表面2011接触的表面之外的所有表面上，以及所有感应电极(如图2中的 203和209)上与第一表面2011接触的表面之外的所有表面上。该防腐蚀镀层可采用电镀方式覆于驱动电极和感应电极的表面，材料可为金、银、镍等。为保证防腐蚀效能，该防腐蚀镀层应具有一定厚度，例如，其厚度可为2微米。图2是本实用新型的一个实施例的结构图，事实上，除了电极对的数量不做限制之外，本实用新型也不限制各电极对中驱动电极的数量及其极板的数量、感应电极的数量及其极板的数量、驱动电极引线的数量和感应电极引线的数量，图4为本实用新型的另一个实施例的结构图，如图4所示，该实施例也包括贴在同一基板(仍以图2中的标号201为其标号)的第一表面2011上的两组电极对，第一组电极对包括一个驱动电极(仍以图2中的标号202为其标号)和两个感应电极(仍以图2中的标号203为其标号)，每个驱动电极 202和每个感应电极203均包括多个极板，属于同一驱动电极202的极板与同一驱动电极引线204相连，属于同一感应电极203的极板与同一感应电极引线205相连(图4中，两个感应电极分别与各自的感应电极引线相连)，并且，驱动电极202的各极板与感应电极203 的各极板交叉分布，如同交叉的手指，因而这种电容传感器是一种叉指电容传感器。在向驱动电极202和两感应电极203外加一定的电压(两感应电极203的电位可相同，也可不同)后，驱动电极202和感应电极203相邻的极板之间会形成电场，该电场分布于基板201 的第一表面2011 —侧(图4中处于水平面内的第一表面2011的上侧)，因而该叉指电容传感器为同面叉指电容传感器。该电容传感器中的第二组电极对包括一个驱动电极(仍以图2中的207为其标号)、一个感应电极(仍以图2中的209为其标号)、一个驱动电极引线(仍以图2中的208为其标号)和一个感应电极引线(仍以图2中的210为其标号)，并且，驱动电极207的质心与感应电极209的质心之间的距离明显大于第一组电极对中驱动电极202和感应电极203的任一组相邻极板的质心之间的距离。当然，本实用新型所提出的电容传感器还可以有其他多种形式的实施例，在此不再赘述，只要其包括两组以上的电极对和耐高温绝缘材料制成的基板，每一组电极对包括驱动电极、驱动电极引线、感应电极以及感应电极引线；基板包括第一表面；每组电极对中的驱动电极和感应电极均贴于第一表面上，且互不接触；属于同一组电极对的驱动电极引线和感应电极引线分别与属于该电极对的驱动电极和感应电极相连，对任一组电极对而言，均能找到其相异电极对，即在本实用新型的保护范围之内。如图2和图4所示，基板201还包括与第一表面2011没有交线的第二表面2012， 该第二表面2012可与第一表面2011平行，也可不与第一表面2011平行。该电容传感器还包括保护电极引线206，保护电极引线206即贴于第二表面2012上。本实用新型提出的电容传感器的等效电路图如图5所示，Vd为施加到任一启动工作的电极对中驱动电极(以202为例)上的电压，Vs为施加到该电极对中感应电极(以203 为例)上的电压，\为第二表面2012上的电压(即保护电极引线206上的电压)；ClO为驱动电极202与基板201之间的电容，C20为感应电极203与基板201之间的电容；GlO为驱动电极202与基板201之间的电导，G20为感应电极203与基板201之间的电导；C12与 G12分别是位于驱动电极202和感应电极203之间的板坯的电容和电导；Q是检测该电容传感器输出的电流信号的外部电路的电容；此外，该电容传感器的布线还会产生寄生电容Cs。在Vs和Ve相等的情况下，根据图5可得到提供给感应电极203与驱动电极202的电压的复数增益G*如下式所示G*=% =-Gn+J^Cu--(1)
Gl2+jmCl2+jm(CL+Cs)其中的<和Fz；分别为感应电极203的电压相量和驱动电极202的电压相量，ω表示提供给感应电极203和驱动电极202的交流电压的角频率。式(1)不包含(10、020、610、620，这意味着在^和￥(；相等的情况下，该检测不受两电极(驱动电极202和感应电极20 与基板201的接触电容及电导的干扰，这提高了检测结果的准确性。要实现Vs和Ve相等，一个较佳的实施例是使保护电极引线206与感应电极引线 205相连，当然，还可以使保护电极引线206与感应电极203相连接，等等。对于其他电极对工作的情形，也可使该电极对中的感应电极引线(如图2、4中的210)也与保护电极引线 206相连，或使该电极对中的感应电极(如图2、4中的209)与保护电极引线206相连。因此，本实用新型中，可使保护电极引线与各电极对中的感应电极引线(如图2、4 中的205和210)均相连。任一电极对中，驱动电极202和感应电极203的理论厚度应为零，但在实际实现形式(如铜箔等)中，二者的厚度不可能为零，这样，在任一电极对中，在垂直于第一表面2011 的方向上，实用新型将驱动电极202的厚度和感应电极203的厚度均设置为不大于35微米，一个较佳实施例为在垂直于第一表面2011的方向上，驱动电极202的厚度和感应电极 203的厚度设置为相等。既然驱动电极202和感应电极203均有一定的厚度，二者也就必然有一定的形状， 例如，在任一电极对中，以图2中第一组电极对为例，驱动电极202可为长方体形，其长边与宽边所形成的一个面(如图2中的下表面)贴于第一表面2011上；该电极对中的感应电极203也为长方体形，其长边与宽边所形成的一个面(如图2中的下表面)也贴于第一表面2011上。可设置驱动电极202的长度和感应电极203的长度均不小于驱动电极202的质心与感应电极203的质心之间距离的10倍。另外，在任一组电极对中，仍以图2所示的第一组电极对为例，驱动电极202的宽度和感应电极203的宽度也可设置为均不大于驱动电极202的质心与感应电极203的质心之间的距离。此外，为了保证检测的有效性，应保证所有驱动电极202和所有感应电极203具有足够大的面积，因而可设置所有驱动电极202接触第一表面2011的面积与所有感应电极 203接触第一表面2011的面积之和，不小于第一表面2011的面积的一半，其较佳实施例为 所有驱动电极202接触第一表面2011的面积与所有感应电极203接触第一表面2011的面积之和，等于第一表面2011的面积的一半。由此可见，本实用新型具有以下优点(1)本实用新型中，驱动电极和感应电极是电容传感器任一组电极对中的两极板， 二者均贴在耐高温绝缘材料制成的基板的第一表面上且互不接触，这样，可将基板置于人造板板坯内部，使驱动电极和感应电极与板坯接触，这样，利用驱动电极引线和感应电极引线向驱动电极和感应电极提供电压之后，可在基板的第一表面一侧形成电场，处于该电场中的板坯内部胶粘剂作为驱动电极和感应电极之间的电介质，其中胶粘剂的状态变化所引起的板坯内部胶粘剂电容的变化可直接影响驱动电极和感应电极中的电流，通过检测该电流即可获得由胶粘剂的状态变化所引起的板坯内部胶粘剂电容的变化情况。并且，在人造板热压过程中，虽然热压工艺、板坯自身粘弹性等因素会共同影响板坯的厚度，但由于该电容传感器是埋设于板坯内部的，其中的电流不会受到板坯厚度变化的影响，因而本实用新型的检测结果也就摆脱了热压工艺、板坯自身粘弹性等因素的影响。此外，基板上设置了两组以上的电极对，至少有两组电极对中的驱动电极与感应电极质心之间的距离是不同的，这样，在人造板板坯内的温度不高于100°c，即板坯中的水分尚未完全蒸发时，可使驱动电极和感应电极质心之间的距离较大的极板工作，从而获得精确数据；在板坯内温度高于 100°C，即板坯中的水分完全蒸发后，可使驱动电极和感应电极质心之间的距离较小的极板工作，从而直接获得精确数据。综上，本实用新型的检测结果可以做到始终准确。(2)本实用新型设置感应电极的电压与基板第二表面的电压相等，排除了驱动电极和感应电极与基板的接触电容及电导的干扰，提高了检测结果的准确性。以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种电容传感器，其特征在于，该电容传感器包括耐高温绝缘材料制成的基板和η 组电极对，其中的η为不小于2的整数；每组所述电极对包括驱动电极、驱动电极引线、感应电极以及感应电极引线；其中，所述基板包括第一表面；每组所述电极对中的所述驱动电极和所述感应电极均贴于所述第一表面上，且互不接触；属于同一组所述电极对的所述驱动电极引线和所述感应电极引线分别与属于该电极对的所述驱动电极和所述感应电极相连；对任一组所述电极对而言，在其他电极对中至少有一组电极对为其相异电极对，该组电极对中的所述驱动电极的质心和所述感应电极的质心之间的距离不同于其相异电极对中的所述驱动电极的质心和所述感应电极的质心之间的距离。
2.根据权利要求1所述的电容传感器，其特征在于，所述电容传感器还包括保护电极引线；所述基板还包括与所述第一表面没有交线的第二表面；所述保护电极引线贴于所述第二表面上。
3.根据权利要求2所述的电容传感器，其特征在于，所述保护电极引线与各所述电极对中的所述感应电极引线均相连。
4.根据权利要求1所述的电容传感器，其特征在于，在任一所述电极对中所述驱动电极为长方体形，其长边与宽边所形成的一个面贴于所述第一表面上；所述感应电极也为长方体形，其长边与宽边所形成的一个面也贴于所述第一表面上；所述驱动电极的长度和所述感应电极的长度均不小于所述驱动电极的质心与所述感应电极的质心之间距离的10倍。
5.根据权利要求4所述的电容传感器，其特征在于，在任一所述电极对中，所述驱动电极的宽度和所述感应电极的宽度均不大于所述驱动电极的质心与所述感应电极的质心之间的距离。
6.根据权利要求1所述的电容传感器，其特征在于，在任一所述电极对中，在垂直于所述第一表面的方向上，所述驱动电极的厚度和所述感应电极的厚度均不大于35微米。
7.根据权利要求6所述的电容传感器，其特征在于，在垂直于所述第一表面的方向上， 所述驱动电极的厚度和所述感应电极的厚度相等。
8.根据权利要求1所述的电容传感器，其特征在于，所有所述驱动电极接触所述第一表面的面积与所有所述感应电极接触所述第一表面的面积之和，等于所述第一表面的面积的一半。
9.根据权利要求1所述的电容传感器，其特征在于，所述电容传感器还包括防腐蚀镀层，其位于所有所述驱动电极上与所述第一表面接触的表面之外的所有表面上，以及所有所述感应电极上与所述第一表面接触的表面之外的所有表面上。
10.根据权利要求9所述的电容传感器，其特征在于，所述防腐蚀镀层的厚度为2微米。
专利摘要本实用新型涉及一种电容传感器。该电容传感器包括耐高温绝缘材料制成的基板和n组电极对，n为不小于2的整数；每组电极对包括驱动电极、驱动电极引线、感应电极以及感应电极引线；其中，基板包括第一表面；每组电极对中互不接触的驱动电极和感应电极均贴于第一表面上；同一组电极对的驱动电极引线和感应电极引线分别与该电极对的驱动电极和感应电极相连；对任一组电极对而言，在其他电极对中至少有一组电极对为其相异电极对，该组电极对中的驱动电极的质心和感应电极的质心之间的距离不同于其相异电极对中的驱动电极的质心和感应电极的质心之间的距离。本实用新型能在人造板热压过程中始终准确地检测胶粘剂介电特性。
文档编号G01R27/26GK202305682SQ20112042556
公开日2012年7月4日 申请日期2011年11月1日 优先权日2011年11月1日
发明者潘斌, 程放 申请人:中国林业科学研究院木材工业研究所