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    Einverbesserter berührungsloser kapazitiverVerlagerungssensor, der fürein genaues Messen von kleinen Abständen zwischen dem Sensor undgeformten Zielen verwendet werden kann. Der berührungslose kapazitive Verlagerungssensorbeinhaltet einen Testkopf, der ein Sensorelement und ein Schutzelementaufweist. Das Schutzelement umgibt im wesentlichen das Sensorelement.Wenigstens das Sensorelement hat eine Form, welche im wesentlichenmit der Form eines Zielelements übereinstimmt.
    公开号:DE102004013087A1
    申请号:DE200410013087
    申请日:2004-03-17
    公开日:2004-10-21
    发明作者:Roy E. Bedford Mallory
    申请人:ADE Corp；
    IPC主号:G01B7-00
    专利说明:
    [0001] Dievorliegende Anwendung bezieht sich allgemein auf berührungslosebzw. nicht-kontaktierende kapazitive Verlagerungssensoren und spezifischerauf einen berührungslosenkapazitiven Verlagerungssensor, der fähig ist, genau einen Abstand zwischendem Sensor und einem geformten Ziel zu messen.
    [0002] Vonberührungslosenkapazitiven Verlagerungssensoren ist bekannt, daß sie angewandt werden können, umkleine Abständezwischen einem Sensorelement und einem Zielelement durch ein Detektierenvon Änderungenin der Kapazitätzwischen dem Sensor und dem Ziel zu messen. Ein konventionellerberührungsloserkapazitiver Verlagerungssensor umfaßt typischerweise eine Testkopfvorrichtung, welcheein Sensorelement, ein Schutzelement und ein Erdungs- bzw. Erdelement beinhalten.Das Schutzelement ist konfiguriert, um das Sensorelement zu umgeben,wodurch das Sensorelement weniger gegenüber einer Kapazität empfindlichwird, welche sich zwischen dem Sensor und anderen Abschnitten bzw.Bereichen des Testkopfes entwickeln kann. Das Erdungs- bzw. Erdelementist konfiguriert, um das Schutzelement zu umgeben. Spezifisch stellt dasErdelement ein Teil der Struktur des Testkopfs dar. Beispielsweisekann das Erdelement als ein Ring konfiguriert sein, der eine Oberfläche zurVerwendung in der Festlegung des Testkopfs zur Verfügung stellt.Es ist festzuhalten, daß derSchutz und/oder der Erdring von einigen Testkopfkonfigurationen weggelassenwerden kann. Das Sensorelement, das Schutzelement und das Erdelementder konventionellen Testkopfvorrichtung umfassen typischerweise entsprechendebearbeitete, metallische Teile, welche miteinander in einem Herstellungsverfahrenverbunden sind bzw. werden, um eine gesamte Testkopfstruktur auszubilden.
    [0003] Ineiner typischen Arbeitsweise bildet das Sensorelement der konventionellenTestkopfvorrichtung eine Platte eines Kondensators, das Zielelementbildet die andere Platte des Kondensators und der Abstand zwischendem Testkopf und dem Ziel wird durch ein Detektieren der Änderungbzw. Variation in der Kapazitätzwischen den entsprechenden leitfähigen bzw. leitenden Plattenbestimmt. Die detektierte Kapazität variiert mit dem Abstandzwischen dem Testkopf und dem Ziel und diese Änderung in der Kapazität stelltein Meßsignalzur Verfügung,welches nachfolgend be- bzw. verarbeitet werden kann, um ein Ausgangs-bzw. Ausgabesignal zu produzieren, welches für den Abstand oder eine Änderungin dem Abstand hinweisend ist.
    [0004] Jedochhat der konventionelle berührungslosekapazitive Verlagerungssensor, der oben beschrieben ist, zahlreicheNachteile. Beispielsweise kann, da die verschiedenen Elemente derkonventionellen Testkopfvorrichtung typischerweise individuellebzw. einzelne bearbeitete Teile umfassen, das Verfahren zum Herstellendes Testkopfs sehr arbeitsintensiv sein, was einen Anstieg in denGesamtkosten des Sensors bewirken kann.
    [0005] Zusätzlich kanndie Verwendung des konventionellen berührungslosen kapazitiven Verlagerungssensorszum Erhalt einer Abstandsmessung problematisch sein, wenn der Abstandzwischen dem Sensor und einem geformten Ziel gemessen wird, d.h.einem Zielelement, das eine Form aufweist, welche nicht einer flachenbzw. ebenen leitfähigenPlatte entspricht bzw. dieser angenähert ist. Beispielsweise kanndas Zielelement eine Scheibe sein und es kann wünschenswert sein, die konventionelleTestkopfvorrichtung zu verwenden, um einen Abstand zwischen demTestkopf und einer Kante bzw. einem Rand der Scheibe zu messen.In diesem Beispiel ist die Kante der Scheibe nicht eben, sondernfolgt stattdessen der kreisförmigenKontur der Scheibe. Als ein Ergebnis bildet die Kombination desSensorelements und des Zielelements (d.h. der Scheibenkante) keinenKondensator mit parallelen Platten und konventionelle Verfahrenzum Bestimmen der Kapazitätzwischen zwei parallelen Platten können nicht für ein genaues Messendes Abstands zwischen dem Testkopf und dem geformten Ziel verwendetwerden.
    [0006] Eswürde daherwünschenswertsein, einen verbesserten berührungslosenkapazitiven Verlagerungssensor zu besitzen. Ein derartiger kapazitiver Verlagerungssensorwürde fähig sein,genau kleine Abständezwischen dem Sensor und geformten Zielen zu messen. Es würde auchwünschenswertsein, einen berührungslosenkapazitiven Verlagerungssensor zu besitzen, welcher leichter undweniger kostenintensiv herzustellen ist.
    [0007] In Übereinstimmungmit der vorliegenden Erfindung wird ein verbesserter berührungsloserkapazitiver Verlagerungssensor zur Verfügung gestellt, welcher für ein genauesMessen von kleinen Abständenzwischen dem Sensor und geformten Zielen angewandt bzw. eingesetztwerden kann. Vorteile des gegenwärtiggeoffenbarten kapazitiven Verlagerungssensors werden durch ein Bereitstelleneines Sensorelements erhalten, das eine Form aufweist, welche imwesentlichen mit der Form des Ziels übereinstimmt bzw. dieser entspricht.
    [0008] Ineiner Ausbildung umfaßtder berührungslosebzw. nicht-kontaktierende, kapazitive Verlagerungssensor einen Testkopf,welcher ein Sensorelement, ein Schutzelement und ein Erdungs- bzw.Erdelement beinhaltet. Das Schutzelement umgibt im wesentlichendas Sensorelement und das Erdelement umgibt im wesentlichen dasSchutzelement. Weiters hat wenigstens das Sensorelement eine Form,die im wesentlichen mit der Form eines Zielelements übereinstimmt.In einer alternativen Ausbildung kann das Erdelement teilweise dasSensor- und Schutzelement umgeben oder das Schutz- und/oder Erdelementkönnenweggelassen sein.
    [0009] Beispielsweisein dem Fall, daß dasZielelement eine Scheibe ist, kann das Sensorelement geformt sein,daß eseinen Krümmungsradiusaufweist, der mit der Kontur einer Kante bzw. eines Rands der Scheibe übereinstimmt.Ruf diese Weise kann ein gleichmäßiger bzw.einheitlicher Abstand zwischen dem geformten Sensorelement und demgeformten Ziel, z.B. der Scheibenkante beibehalten werden. Das Sensorelementkann dann angewandt bzw. eingesetzt werden, um den gleichmäßigen Abstandzwischen dem Sensor und der Scheibenkante zu messen.
    [0010] DieseAusbildung des berührungslosenkapazitiven Verlagerungssensors wird unter Verwendung einer Laminiertechnikhergestellt. Beispielsweise kann die Laminiertechnik angewandt werden,um einen Stapel auszubilden, der das Sensorelement, eine Mehrzahlvon Schichten eines dielektrischen Elements und das Schutzelementumfaßt.In diesem Beispiel ist das Sensorelement zwischen zwei dielektrischenSchichten angeordnet und das Schutzelement umfaßt zwei leitende bzw. leitfähige Ebenen, diejeweils auf die dielektrischen Schichten laminiert sind. WeiterskönnenLaminiertechniken ähnlichjenen, die zum Herstellen von flexiblen Leiterplatten verwendetwerden, angewandt bzw. verwendet werden, um es einem flexiblen Sensorelementzu ermöglichen,daß esso geformt wird, um mit der Kontur des Zielelements übereinzustimmenbzw. dieser zu entsprechen.
    [0011] Indem Fall, daß dieStruktur der Scheibe einen angehobenen Ring aufweist, kann der Testkopf alternativein Sensorelement beinhalten, das geformt ist, um einen Krümmungsradiusaufzuweisen, der mit der Kontur des Rings übereinstimmt. Beispielsweise kanndieses alternativ geformte Sensorelement angewandt werden, um eineaxiale Position des Rings zu messen. In diesem Beispiel kann derTestkopf im wesentlichen senkrecht zu der Ebene des Rings angeordnetsein, wenn die axiale Position des Rings gemessen wird.
    [0012] Diesealternative Ausbildung des berührungslosenkapazitiven Verlagerungssensors wird durch Ausbilden eines siebgedruckten,lasergeschnittenen oder photolithographisch entworfenen bzw. begrenztenMusters einer leitfähigenSchicht und Aufbringen der gemusterten leitfähigen Schicht auf ein Substrathergestellt. Weiters könnenMusterungstechniken ähnlichjenen, die füreine Herstellung von flexiblen Leiterplatten verwendet werden, angewandtwerden, um es einem flexiblen Sensorelement zu ermöglichen,daß esso geformt wird, um mit der Kontur des Zielelements übereinzustimmen.
    [0013] Indemein berührungsloserkapazitiver Verlagerungssensor zur Verfügung gestellt wird, der ein Sensorelementmit einer Form aufweist, die im wesentlichen derjenigen des Zielelementsentspricht bzw. mit dieser übereinstimmt,könnenkleine Abständezwischen dem Sensorelement und dem Zielelement durch ein Bestimmender Kapazitätzwischen dem Sensor und dem Ziel gemessen werden. Weiters können durchein Anwenden von Laminier- und/oder Musterungstechniken ähnlich jenen,die für eineHerstellung von flexiblen Leiterplatten verwendet werden, geformteSensorelemente zu reduzierten Kosten hergestellt werden.
    [0014] AndereMerkmale, Funktionen und Aspekte der Erfindung werden aus der detailliertenBeschreibung der Erfindung, welche folgt, offensichtlich werden.
    [0015] DieErfindung wird vollständigerunter Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung derErfindung im Zusammenhang mit den Zeichnungen verstanden werden,von welchen:
    [0016] 1 eine Endansicht einerkonventionellen Testkopfvorrichtung ist, welche ein kreisförmiges Sensorelementbeinhaltet;
    [0017] 2 eine Seitenansicht derkonventionellen Testkopfvorrichtung von 1 ist, die verwendet wird, um einen Abstandzwischen dem Testkopf und einem kreisförmigen Zielelement zu messen;
    [0018] 3a eine Seitenansicht einesberührungslosenkapazitiven Verlagerungssensors gemäß der vorliegenden Erfin dungist, der verwendet wird, um einen Abstand zwischen dem Sensor undeinem kreisförmigenZielelement zu messen;
    [0019] 3b eine Endansicht des berührungslosenkapazitiven Verlagerungssensors von 3a ist;
    [0020] 3c eine Querschnittsansichtist, die eine laminierte gestapelte Struktur des berührungslosen kapazitivenVerlagerungssensors von 3a illustriert;
    [0021] 4a eine Draufsicht auf eingeformtes Zielelement ist;
    [0022] 4b eine Querschnittsansichtdes geformten Zielelements von 4a ist;
    [0023] 4c eine Draufsicht auf einenberührungslosenkapazitiven Verlagerungssensor gemäß der vorliegenden Erfindungist, der verwendet werden kann, um einen Abstand zwischen dem Sensor unddem geformten Zielelement von 4a zumessen;
    [0024] 4d eine Querschnittsansichtist, die ein leitfähigesMuster illustriert, umfassend ein Sensorelement und ein Schutzelement,das auf ein Substrat des berührungslosenkapazitiven Verlagerungssensors von 4c aufgebrachtist;
    [0025] 5a ein Flußdiagrammeines Verfahrens zum Herstellen des berührungslosen kapazitiven Verlagerungssensorsvon 3a ist; und
    [0026] 5b ein Flußdiagrammeines Verfahrens zum Herstellen des berührungslosen kapazitiven Verlagerungssensorsvon 4c ist.
    [0027] Dieprovisorische US-Patentanmeldung Nr. 60/455.757, hinterlegt am 19.März 2003mit dem Titel "Geformteberüh rungslosekapazitive Verlagerungssensoren für ein Messen von geformtenZielen" ist hierals Bezug mit umfaßt.
    [0028] Einverbesserter berührungsloserkapazitiver Verlagerungssensor wird geoffenbart, der für ein genauesMessen eines Abstands zwischen dem Sensor und einem geformten Zielangewandt bzw. eingesetzt werden kann. Der gegenwärtig offenbartekapazitive Verlagerungssensor beinhaltet ein Sensorelement, daseine Form aufweist, die im wesentlichen mit der Form des Zielelements übereinstimmtbzw. dieser entspricht.
    [0029] Imallgemeinen stellen kapazitive Verlagerungssensoren Verschiebungs-bzw, Verlagerungsmessungen ohne physikalisches Kontaktieren der Oberfläche desZiels zur Verfügung,das vermessen wird. Ein konventioneller kapazitiver Verlagerungssensorumfaßtbzw. beinhaltet typischerweise einen Testkopf, der eine Platte aufweist,welche eine Platte eines Kondensators ausbildet. Die andere Plattedes Kondensators umfaßtdas Ziel, dessen Verlagerung gemessen wird. In einer typischen Arbeitsweisewird der Testkopf in die Näheder zu vermessenen Zieloberflächegebracht, wodurch der Kondensator ausgebildet wird. Der Abstandvon dem Testkopf zu dem Ziel kann dann durch ein Messen dieser Kapazität abgeleitetwerden, da die Beziehung zwischen Abstand und Kapazität bekanntist. Spezifisch sind für einenidealen Kondensator mit parallelen Platten Kapazität und Abstanddurch die Gleichung in Bezug gesetzt: C= ϵ0A/d, (1)in welcher "C" die Kapazität ist, "ϵ0" die Dielektrizitätskonstantedes freien Raums ist, "A" die Fläche des Testkopf-Sensorelementsist und "d" der Abstand von demSensor zu dem Ziel ist. Wie dies durch Gleichung (1) defi niert ist,existiert, wenn die Distanz von Testkopf zu Ziel verändert wird,eine übereinstimmendeVeränderungin der KapazitätC.
    [0030] Fachleutewerden aus Gleichung (1) oben erkennen, daß die erfassende bzw. Abtastfläche A desTestkopfs wenigstens von einer Minimalgröße ist, so daß die zwischendem Testkopf und dem Ziel entwickelte Kapazität groß genug ist, um detektiert undnachfolgend verarbeitet werden zu können.
    [0031] 1 zeigt eine Endansichteines konventionellen berührungslosenkapazitiven Verlagerungssensors, umfassend einen Testkopf 100,der ein kreisförmigesSensorelement 102, ein Schutzelement 104 und einErdelement 106 beinhaltet. Wie dies in 1 gezeigt ist, umgibt der Schutz 104 den kreisförmigen Sensor 102 unddas Erdelement 106 bildet einen Ring, welcher den Schutz 104 umgibt. DerSchutz 104 ist konfiguriert, um den Sensor 102 wenigergegenübereiner Kapazitätempfindlich zu machen, welche zwischen dem Sensor 102 undanderen Abschnitten des Testkopfs 100 entwickelt werdenkann. Weiters stellt der Erdring 106, welcher ein Teilder Struktur des Testkopfs 100 ausbildet, eine Oberfläche zurVerfügung,welche verwendet werden kann, um den Testkopf 100 zu montieren.Der konventionelle Testkopf 100, welcher den kreisförmigen Sensor 102 beinhaltet,ist allgemein unempfindlich gegenüber einer Rotation um die Achsedes Testkopfs und stellt typischerweise eine maximale Abtastfläche für seineDimension zur Verfügung.Darüberhinaus umfassen der Sensor 102, der Schutz 104 undder Erdring 106 typischerweise entsprechende bearbeitetemetallische Teile, welche miteinander verbunden sind, um die Gesamtstrukturdes Testkopfs 100 auszubilden.
    [0032] EinNachteil des konventionellen Testkopfs 100 von 1 ist, daß er unfähig seinkann, genau einen Abstand zwischen dem Sensor 102 und einem Zielzu messen, das eine nicht planare bzw. ebene Oberfläche aufweist.Beispielsweise stellt 2 eine Seitenansichtdes konventionellen Testkopfs 100 und ein Ziel 208 dar,das eine zylindrische Oberfläche aufweist.Wie dies in 2 gezeigtist, wird der Testkopf 100 verwendet, um einen Abstand "d" zwischen dem Sensor, der in dem Testkopf 100 inkludiertbzw. enthalten ist, und dem zylindrischen Ziel 208 zu messen.
    [0033] Esist ersichtlich bzw. wird geschätztwerden, daß derkonventionelle Testkopf 100 für ein genaues Messen des Abstandszwischen dem Sensor und einem zylindrischen Ziel angewandt bzw.verwendet werden kann, wenn der Radius des Zylinders groß ist. Wennder Radius des Zylinderziels klein ist, dann kann jedoch der Sensorunfähigsein, eine Kapazität zuentwickeln, welche ausreichend groß ist, um, ohne übermäßig nahezu dem Ziel zu gelangen, detektiert und nachfolgend be- bzw. verarbeitetzu werden.
    [0034] Einderartiges zylindrisches Ziel, das einen kleinen Radius "rT" aufweist, ist in 2 dargestellt. Da der RadiusrT des Ziels 208 klein ist, muß der konventionelleTestkopf 100 innerhalb des kleinen Abstands d zu dem Ziel 208 gelangen,um eine Kapazitätzu entwickeln, welche füreine Detektion und nachfolgende Verarbeitung groß genug ist. Weiters ist festzuhalten,daß derdurch den Sensor innerhalb des Testkopfs 100 und die zylindrischeOberfläche desZiel 208 ausgebildete Kondensator nicht einen Kondensatormit parallelen Platten annähertund daher kann Gleichung (1), die die allgemeine Beziehung zwischender Kapazitätund einem Abstand für einenKondensator mit parallelen Platten beschreibt, keine genauen Ergebnissefür denAbstand d ergeben.
    [0035] 3a erläutert eine illustrative Ausbildung einesberührungslosenkapazitiven Verlagerungssensors, welcher einen Testkopf 300 beinhaltet,in Übereinstimmungmit der vorliegenden Erfindung. In der dargestellten bzw. illustriertenAusbildung hat der Testkopf 300 eine Form, welche im wesentlichenmit der Kontur eines Ziels 308 übereinstimmt bzw. dieser entspricht.In dem Fall, daß dieaxiale Höhedes Ziels 308 groß ist,z.B. das Ziel 302 ein Zylinder sein kann, ist der Testkopf 300 geformt,um im wesentlichen mit der Kontur der Oberfläche des Zylinders übereinzustimmen.In dem Fall, daß dieaxiale Höhedes Ziels 308 klein ist, z.B. das Ziel 308 eineScheibe sein kann, ist der Testkopf 300 geformt, um imwesentlichen mit der Kontur der Kante bzw. des Rands der Scheibe übereinzustimmen.
    [0036] Esist festzuhalten, daß daszylindrische Ziel 308 einen relativ kleinen Radius "rT" aufweist, wie diesin 3a dargestellt ist.Wie oben beschrieben, hat der Testkopf 300 eine Form, welcheim wesentlichen mit der Kontur des Ziels 308 übereinstimmt. Dementsprechendist der Testkopf 300, welcher ein Sensorelement 302 beinhaltet(siehe 3b), geformt,um einen Krümmungsradius "rp" aufzuweisen, derim wesentlichen mit der Kontur der Zylinderoberfläche übereinstimmt,wodurch es dem Sensor 302 ermöglicht wird, einen gleichmäßigen Abstand "rp–rT" zwischendem geformten Sensor 302 und dem geformten Ziel 308 zumessen.
    [0037] Eswird erkannt bzw. geschätztwerden, daß, selbstobwohl der Radius rT des Ziels 308 kleinist, der Testkopf 300 nicht übermäßig nahe zu dem Ziel 308 gelangenmuß, umeine detektierbare Kapazität zwischendem Sensor 302 und dem Ziel 308 zu entwickeln.Dies deshalb, da der geformte Sensor 302 konfiguriert ist,um den gleichmäßigen Abstandrp–rT zwischen dem Sensor 302 und derzylindrischen Oberflächedes Ziels 308 aufrechtzuerhalten. Darüber hinaus können, dader Abstand zwischen dem Sensor 302 und dem Ziel 308 gleichmäßig ist,bekannte Formeln wie Gleichung (1), die die allgemeine Beziehungzwischen Kapazitätund Abstand füreinen Kondensator mit parallelen Platten beschreibt, angewandt werden,um eine genaue Messung des gleichmäßigen Abstands rp–rT zu erhalten.
    [0038] 3b beschreibt eine Endansichtdes Testkopfs 300 (siehe auch 3a). Wie dies in 3b gezeigt ist, hat der Testkopf 300 einenrechteckigen bzw. rechtwinkeligen Querschnitt. Spezifisch beinhaltetder Testkopf 300 ein rechteckiges Sensorelement 302 undein Schutzelement 304, das das Sensorelement 302 umgibt.Da der Querschnitt des Sensors 302 rechteckig ist, istdie Größe der axialenZylinderhöhe,die fürdas Sensorelement 302 erforderlich ist, reduziert. DerSchutz 304 ist konfiguriert, um den Sensor 302 wenigergegenübereiner Kapazitätempfindlich zu machen, welche zwischen dem Sensor 302 undanderen Abschnitten des Testkopfs 300 entwickelt werdenkann.
    [0039] Wiedies oben beschrieben ist, könnensowohl der Radius rT als auch die axialeHöhe desZiels 308 relativ klein sein, z.B. kann das Ziel 308 eine Scheibesein. 3c stellt einebevorzugte Implementierung des Testkopfs 300 dar, welcheangewandt werden kann, um einen Abstand von dem Testkopf 300 zudem Scheibenziel 308 zu messen. Spezifisch umfaßt der Testkopf 300 von 3c einen Stapel, welcherzwei dielektrische Schichten 303, das Sensorelement 302,das zwischen den zwei dielektrischen Schichten 303 angeordnetist, und das Schutzelement 304 beinhaltet, das die zweidielektrischen Schichten 303 umgibt. In der bevorzugten Ausbildungwird der Testkopf 300 von 3c durch eineLaminiertechnik hergestellt, in welcher die dielektrischen Schichten 303 aufdas Sensorelement 302 laminiert werden und die Schutzelemente 304 aufdie dielektrischen Schichten 303 laminiert werden. WeiterskönnenLaminiertechniken ähnlichjenen, die füreine Herstellung von flexiblen Leiter platten angewandt werden, verwendetwerden, um es einem flexiblen Sensorelement, wie dem Sensor 302 zuermöglichen,daß erso geformt wird, um mit der Kontur des scheibenförmigen bzw. Scheibenziels 308 übereinzustimmen.Es wird festgehalten, daß Laminiertechniken ähnlich jenen,die füreine Herstellung von starren Leiterplatten verwendet werden, odereine andere geeignete Laminiertechnik, welche es elektrisch leitfähigen bzw.leitenden Schichten ermöglichen,zwischen nicht elektrisch leitfähigen Schichtengestapelt zu werden, alternativ angewandt werden kann.
    [0040] 4a zeigt ein weiteres repräsentatives Zielelement 408,welches unter Verwendung eines berührungslosen kapazitiven Verlagerungssensors gemäß der vorliegendenErfindung vermessen werden kann. Spezifisch ist das Zielelement 408 eine Scheibemit einem angehobenen bzw. erhöhtenRing 410, dessen axiale Position vermessen werden muß. EineQuerschnittsansicht des Scheibenziels 408, welches denRing 410 beinhaltet, ist in 4b gezeigt.In der gegenwärtiggeoffenbarten Ausbildung ist der Radius des Scheibenziels 408 relativklein und der Ring 410 ist relativ schmal.
    [0041] 4c zeigt eine illustrierendeAusbildung eines berührungslosenkapazitiven Verlagerungssensors, beinhaltend einen Testkopf 400,in Übereinstimmungmit der vorliegenden Erfindung. In der illustrierten Ausbildunghat der Testkopf 400 eine Form, die im wesentlichen mitder Kontur des Ziels 408, insbesondere der Kontur des Rings 410 übereinstimmt. Spezifischbeinhaltet der Testkopf 400 einen Sensor 402 undeinen Schutz 404, der im wesentlichen den Sensor 402 umgibt,in welchem die Kombination aus dem Sensor 402 und dem Schutz 404 aufeiner Oberflächeeines Substrats 412 angeordnet ist. Wie dies in 4c gezeigt ist, ist dieForm des Sensors 402 derjenige eines Schnitts bzw. Querschnittseines Rings, dessen Krümmungsradius "rs" mit dem Radius desRings 410 übereinstimmt.In der bevorzugten Ausbildung ist die Breite des Sensors 402 geringfügig schmäler bzw.kleiner als die entsprechende Breite des Rings 410 gemacht.Als ein Ergebnis kann der Testkopf 400 so positioniertwerden, daß eingleichmäßiger Abstandzwischen dem Sensor 402 und dem Ring 410 besteht,und daher könnenbekannte Formeln wie die Gleichung (1) oben angewandt bzw. eingesetztwerden, um eine genaue Messung des gleichmäßigen Abstands zu erhalten,der den Sensor 402 und den Ring 410 trennt.
    [0042] Inder gegenwärtiggeoffenbarten Ausbildung hat das Substrat 412 einen rechteckigenQuerschnitt. Es wird jedoch erkannt werden, daß das Substrat jede anderegeeignete Form aufweisen kann, z.B. um verschiedene Merkmale bzw.Gegenstände zuvermeiden, welche nahe dem Ziel 408 festgelegt sein können, oderum andere Merkmale von dem Ziel selbst zu vermeiden. Es wird weitersgeschätztwerden, daß derSchutz 404 eine bogenartige Form, wie dies in 4c gezeigt ist, oder jedeandere geeignete Form aufweisen kann.
    [0043] 4d zeigt eine bevorzugteImplementierung des Testkopfs 400, welche angewandt werden kann,um den Abstand von dem Testkopf 400 zu dem Ring 410 zumessen. Spezifisch umfaßtder Testkopf 400 von 4d eineerste leitfähigebzw. leitende Schicht, die den Schutz 404 ausbildet, derauf eine Oberflächedes Substrats 412 aufgebracht ist, eine dielektrische Schicht 403,die auf dem Schutz 404 angeordnet ist, und eine zweiteleitfähigeSchicht, die den Sensor 402 ausbildet, der auf die dielektrische Schicht 403 aufgebrachtist. Die erste leitfähige Schichtist fakultativ gemustert, um den Schutz 404 auszubilden,und die zweite leitfähigeSchicht ist gemustert, um den Sensor 402 auszubilden. Inder bevorzugten Ausbildung wird der Testkopf 400 durch eineSiebdrucktechnik, eine Laserschneidtechnik oder eine Photolithographietechnikausgebildet, welche verwendet wird, um die Muster der leitfähigen Schichtzu begrenzen bzw. zu entwerfen. Technologien für ein Implementieren dieserTechniken beinhalten Dickfilm-Technologien, Dünnfilm-Technologien, Technologien ähnlich jenen,welche zur Herstellung von starren und flexiblen Leiterplatten verwendet werden,oder jede andere geeignete Technologie, welche verwendet werdenkann, um eine dünnegemusterte, leitfähigeSchicht auf ein Substrat aufzubringen.
    [0044] EinVerfahren zum Herstellen eines berührungslosen kapazitiven Verlagerungssensors,beinhaltend den Testkopf 300, der in 3c dargestellt ist, ist unter Bezugnahmeauf 5a illustriert.In diesem illustrierten Verfahren wird eine Laminiertechnik ähnlich jener,die verwendet wird, um flexible Leiterplatten herzustellen, angewandt,um es dem resultierenden Testkopf zu ermöglichen, so geformt zu werden,um mit der Kontur eines Zielelements übereinzustimmen. Wie dies inSchritt 502 dargestellt ist, wird ein Sensorelement zurVerfügunggestellt. Als nächsteswerden dielektrische Schichten an wenigstens gegenüberliegendenOberflächendes Sensorelements jeweils laminiert, wie dies in Schritt 504 dargestelltist. Schutzelemente werden dann, wie dies in Schritt 506 dargestelltist, an die entsprechenden dielektrischen Schichten laminiert, wodurchein Stapel von leitfähigenElementen (d.h. das Sensorelement und die Schutzelemente) gebildetwird, die durch dielektrischen Schichten getrennt sind. Schließlich wird derStapel, beinhaltend das Sensorelement, geformt, wie dies in Schritt 508 dargestelltist, um mit der Kontur des Zielelements übereinzustimmen bzw. dieser zuentsprechen.
    [0045] EinVerfahren zum Herstellen eines berührungslosen kapazitiven Verlagerungssensors,beinhaltend den Testkopf 400, der in 4d dargestellt ist, wird unter Bezugnahme auf 5b illustriert. Wie diesin Schritt 512 dargestellt ist, wird ein Substrat zur Verfügung gestellt.Als nächsteswird eine erste leitfähigeSchicht, wie dies in Schritt 514 dargestellt ist, auf eineOberflächedes Substrats aufgebracht, um das Schutzelement auf der Substratoberfläche auszubilden.Die erste leitfähigeSchicht wird fakultativ so gemustert, daß das Schutzelement im wesentlichendas Sensorelement umgibt, das in Schritt 518 aufgebrachtwird. Die dielektrische Schicht wird dann, wie dies in Schritt 516 dargestelltist, auf die erste leitfähigeSchicht aufgebracht, die den Schutz ausbildet. Als nächstes wirdeine zweite leitfähige Schichtgemustert und auf die dielektrische Schicht aufgebracht, wie diesin Schritt 518 dargestellt ist, um den Sensor auszubilden.Die zweite leitfähige Schichtwird so gemustert, daß dasSensorelement mit der Kontur des Zielelements zusammenpaßt bzw. übereinstimmt.
    [0046] Eswird durch Fachleute in der Technik geschätzt werden, daß Modifikationenan den und Änderungender oben beschriebenen geformten berührungslosen kapazitiven Verlagerungssensorenzum Messen von geformten Zielen gemacht werden können, ohne von den erfinderischenKonzepten abzugehen, die hier geoffenbart sind. Beispielsweise können andereTestköpfe,die füreine Verwendung mit Zielen geformt sind, die Formen und Abmessungen aufweisen,die unterschiedlich von jenen sind, die oben beschrieben sind, unterVerwendung der hier geoffenbarten Techniken hergestellt werden.Ein derartiger Testkopf kann wenigstens ein Sensorelement beinhalten,das so geformt ist, um im wesentlichen mit wenigstens einem gewünschtennicht linearen oder nicht planaren bzw. ebenen Merkmal eines zu messendenZiels übereinzustimmen.Dementsprechend solle die Erfindung nicht als eingeschränkt betrachtetwerden, außerdurch den Rahmen und den Geist der beiliegenden Ansprüche.
    权利要求:
    Claims (18)
    [1] Berührungsloserkapazitiver Verlagerungssensor, umfassend: wenigstens ein leitfähiges Sensorelement,das eine Form aufweist, die im wesentlichen mit einer entsprechendenForm von wenigstens einem nicht linearen oder nicht ebenen Merkmaleines zu vermessenden Ziels übereinstimmt, wodurchermöglichtwird, daß eingleichmäßiger Abstandzwischen dem Sensorelement und dem Zielmerkmal aufrechterhaltenwird, währenddas Sensorelement nahe bzw. neben dem Ziel angeordnet ist.
    [2] Sensor nach Anspruch 1, weiters beinhaltend ein leitfähiges Schutzelement,das konfiguriert ist, um im wesentlichen das Sensorelement zu umgeben.
    [3] Sensor nach Anspruch 2, weiters beinhaltend ein Erdelement,das konfiguriert ist, um im wesentlichen das Schutzelement zu umgeben.
    [4] Sensor nach Anspruch 2 oder 3, weiters beinhaltendwenigstens ein nicht leitfähigesElement, das zwischen dem Sensorelement und dem Schutzelement angeordnetist, welches das Sensorelement umgibt.
    [5] Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worinwenigstens das Sensorelement geformt ist, um mit der Form des Merkmalsdes zu vermessenden Ziels übereinzustimmen.
    [6] Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weitersbeinhaltend ein Erdelement, das konfiguriert ist, um im wesentlichendas Sensorelement zu umgeben.
    [7] Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weitersbeinhaltend ein Substrat, wobei das Sensorelement auf dem Substratangeordnet ist.
    [8] Sensor nach Anspruch 7, wobei das Sensorelement eineleitfähigeSchicht umfaßt,die auf dem Substrat angeordnet ist, wobei die leitfähige Schicht strukturiertist, um mit der Form des Merkmals des zu vermessenden Ziels übereinzustimmen.
    [9] Verfahren zum Herstellen eines berührungslosenkapazitiven Verlagerungssensors, umfassend die Schritte: Bereitstelleneines leitfähigenSensorelements; Aufbringen von wenigstens einer nicht leitfähigen Schichtauf eine Flächedes Sensorelements, wodurch im wesentlichen das Sensorelementmit der nicht leitfähigenSchicht umgeben ist; Aufbringen von wenigstens einer leitfähigen Schicht aufeine Flächeder nicht leitfähigenSchicht, wodurch im wesentlichen die nicht leitfähige Schicht mitder leitfähigenSchicht umgeben ist; und Formen von wenigstens dem Sensorelement,um im wesentlichen mit einer entsprechenden Form von wenigstenseinem nicht linearen oder nicht ebenen Merkmal eines zu vermessendenZiels übereinzustimmen, wodurchermöglichtwird, daß eingleichmäßiger Abstandzwischen dem Sensorelement und dem Zielmerkmal beibehalten wird,währenddas Sensorelement nahe bzw. neben dem Ziel angeordnet wird.
    [10] Verfahren nach Anspruch 9, wobei der erste Aufbringungsschrittein Laminieren der wenigstens einen nicht leitfähigen Schicht auf die Fläche des Sensorelementsbeinhaltet.
    [11] Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei der zweiteAufbringschritt ein Laminieren der wenigstens einen leitfähigen Schichtauf die Flächeder nicht leitfähigenSchicht beinhaltet.
    [12] Verfahren nach Anspruch 9, 10 oder 11, wobei diewenigstens eine nicht leitfähigeSchicht eine dielektrische Schicht umfaßt.
    [13] Verfahren nach Anspruch 9, 10, 11 oder 12, wobeider erste Aufbringungsschritt ein Laminieren der wenigstens einennicht leitfähigenSchicht auf die Flächedes Sensorelements beinhaltet, und wobei der zweite Aufbringungsschrittein Laminieren der wenigstens einen leitfähigen Schicht auf die Fläche dernicht leitfähigenSchicht beinhaltet, wodurch ein Stapel von leitfähigen Schichten ausgebildetwird, die durch wenigstens eine nicht leitfähige Schicht getrennt sind.
    [14] Verfahren zum Herstellen eines berührungslosenkapazitiven Verlagerungssensors, umfassend die Schritte: Bereitstelleneines Substrats; und Anordnen von wenigstens einer leitfähigen Schicht aufdem Substrat, wobei die wenigstens eine leitfähige Schichtstrukturiert wird, um wenigstens ein Sensorelement auf dem Substratauszubilden, und wobei wenigstens das Sensorelement eine Formaufweist, welche im wesentlichen mit einer entsprechenden Form vonwenigstens einem nicht linearen oder nicht ebenen Merkmal eineszu vermessenden Ziels übereinstimmt, wodurches ermöglichtwird, daß eingleichmäßiger Abstandzwischen dem Sensorelement und dem Zielmerkmal beibehalten wird,währenddas Sensorelement nahe bzw. neben dem Ziel angeordnet wird.
    [15] Verfahren nach Anspruch 14, wobei die wenigstenseine leitfähigeSchicht eine erste leitfähige Schichtbeinhaltet, umfassend ein Schutzelement und eine zweite leitfähige Schicht,umfassend das Sensorelement, wobei das Schutzelement im wesentlichendas Sensorelement umgibt, wobei das Schutzelement zwischen dem Substratund dem Sensorelement angeordnet wird.
    [16] Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, wobei der Anordnungsschrittein Aufbringen von wenigstens einer leitfähigen Schicht auf eine Fläche des Substratsdurch eine Siebdrucktechnik beinhaltet.
    [17] Verfahren nach Anspruch 14, 15 oder 16, weitersbeinhaltend den Schritt eines Strukturierens der wenigstens einenleitfähigenSchicht durch eine Laserschneidtechnik.
    [18] Verfahren nach Anspruch 14, 15, 16 oder 17, wobeider Anordnungsschritt ein Aufbringen der wenigstens einen leitfähigen Schichtauf eine Fläche desSubstrats durch eine Photolithographietechnik beinhaltet.
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    同族专利:
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    JP2004286742A|2004-10-14|
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    SG125944A1|2006-10-30|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2006-01-12| 8110| Request for examination paragraph 44|
    2010-03-25| 8127| New person/name/address of the applicant|Owner name: KLA-TENCOR CORP., SAN JOSE, CALIF., US |
    2011-01-20| 8139| Disposal/non-payment of the annual fee|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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