具有对径双窗口极板结构的圆柱型双向电容位移传感器.pdf

具有对径双窗口极板结构的圆柱型双向电容位移传感器属于精密仪器与测量技术领域，其圆柱型双向电容测头由测杆、极板屏蔽件、左极板、右极板、销钉、信号导杆组成，在测杆端部上安装整体呈圆柱形的极板屏蔽件，左、右极板对径设置在极板屏蔽件上且相互对称，在极板与极板屏蔽件之间设有绝缘间隙；在极板屏蔽件内配装一根销钉，在测杆内配装一根信号导杆，销钉的两端分别与左、右极板连接，信号导杆的一端与销钉连接；或者在极板屏蔽件内配装两根销钉，在测杆内配装两根信号导杆，两根销钉各自的一端分别与左、右极板连接，另一端分别与两根信号导杆的一端连接；本发明具有可测深径比大、可进行双向瞄准触发、传感器具有一定量程等特点。

1.  一种具有对径双窗口极板结构的圆柱型双向电容位移传感器，包括电容测头(12)和信号转换与处理电路(13)，其特征在于：该电容测头(12)为圆柱型双向电容测头结构，圆柱形双向电容测头(12)由测杆(25)、极板屏蔽件(26)、左极板(27)、右极板(28)、销钉(29)、信号导杆(24)组成；在测杆(25)端部上安装整体呈圆柱形的极板屏蔽件(26)，左极板(27)和右极板(28)对径设置在极板屏蔽件(26)上，两极板相互对称，在左极板(27)和右极板(28)与极板屏蔽件(26)之间设有绝缘间隙(30)；在极板屏蔽件(26)内配装一根销钉(29)，在测杆(25)内配装一根信号导杆(24)，销钉(29)的两端分别与左极板(27)和右极板(28)连接，信号导杆(24)的一端与销钉(29)连接；或者在极板屏蔽件(26)内配装两根销钉(29)，在测杆(25)内配装两根信号导杆(24)，两根销钉(29)各自的一端分别与左极板(27)和右极板(28)连接，两根销钉(29)的另一端分别与两根信号导杆(24)各自的一端连接。

2.  根据权利要求1所述的具有对径双窗口极板结构的圆柱型双向电容位移传感器，其特征在于所述信号转换与处理电路(13)是由前振信号发生器(14)、本振信号发生器(15)、混频单元(16)、中频滤波器(17)、信号切换开关(18)、信号整形单元(19)、鉴频单元(20)、微处理器(21)、显示单元(22)与计算机接口(23)组成的外差调频式信号转换与处理电路；其中圆柱型双向电容测头(12)与前振信号发生器(14)连接，前振信号发生器(14)依次与混频单元(16)、中频滤波器(17)、信号切换开关(18)、信号整形单元(19)、鉴频单元(20)、微处理器(21)连接，前振信号发生器(14)又直接与信号切换开关(18)连接，本振信号发生器(15)与混频单元(16)连接，微处理器(21)包含有显示单元(22)和计算机接口(23)。

3.  根据权利要求1所述的具有对径双窗口极板结构的圆柱型双向电容位移传感器，其特征在于所述左极板(27)和右极板(28)形状为方形、或长方形、或椭圆形、或圆形。

4.  根据权利要求1所述的具有对径双窗口极板结构的圆柱型双向电容位移传感器，其特征在于在所述测杆(25)和极板屏蔽件(26)的腔内设有定位件(31)。

5.  根据权利要求1所述的具有对径双窗口极板结构的圆柱型双向电容位移传感器，其特征在于所述测杆(25)、极板屏蔽件(26)、左极板(27)、右极板(28)、销钉(29)和信号导杆(24)为良导体。

6.  根据权利要求1所述的具有对径双窗口极板结构的圆柱型双向电容位移传感器，其特征在于所述测杆(25)、极板屏蔽件(26)、左极板(27)和右极板(28)是在绝缘材料上镀金属膜构成。

7.  根据权利要求4所述的具有对径双窗口极板结构的圆柱型双向电容位移传感器，其特征在于所述定位件(31)是由环氧树脂材料制作。

8.  根据权利要求1所述的具有对径双窗口极板结构的圆柱型双向电容位移传感器，其特征在于所述左极板(27)和右极板(28)与极板屏蔽件(26)之间的绝缘间隙(30)的宽度为20μm～200μm。

9.  根据权利要求2所述的具有对径双窗口极板结构的圆柱型双向电容位移传感器，其特征在于所述前振信号发生器(14)采用克拉泼振荡电路，并安装在金属屏蔽盒内。

具有对径双窗口极板结构的圆柱型双向电容位移传感器
技术领域
本发明属于精密仪器与测量技术领域，特别是一种具有对径双窗口极板结构的圆柱型双向电容位移传感器。
背景技术
20世纪50年代后，随着航空航天、超精密制造和伺服控制等领域对高性能、低消耗要求的日益迫切以及电火花加工、电子束加工、电解加工等特种加工技术的突破，深孔零件及其它大深宽比小内尺寸零件在航空航天发动机、汽车发动机、液压机械、伺服系统、武器发射系统及精密仪器等装备中被广泛采用，其中深孔零件的特点是：孔径一般在φ20mm以下；深径比多在10以上，少数达到几十甚至几百；均有很高的尺寸、形状和位置精度要求。精密深小孔零件的广泛应用对深小孔尺寸、形状与位置参数的精确测量提出了迫切的要求，目前，国内外在小内尺寸测量上还处于较低的水平，尤其在大深径比和大深宽比小内尺寸测量上尚处于解决可测性问题的阶段，而深小孔尺寸、形状与位置参数的精密测量更成为测量领域中的重大难题与研究热点。
在大深径比深小孔的孔径与形状测量过程中，传统接触式测量法由于测量力的存在，测杆会发生挠曲变形，从而引入较大的测量误差。附图1(a)是接触式测头对被测工件进行测量的示意图，其中D为测杆直径、l为测杆长度、F为测量力。附图1(b)是测杆发生挠曲变形的示意图，可见在测量力F的作用下测杆轴线由直线AB变成一条挠曲线w(x)。设由测杆弯曲引入的最大允许误差为50nm，测杆材料弹性模量为200Gpa，对D＝φ3mm～φ10mm，F＝0.1N、0.05N、0.02N时接触式测头的最大可测深径比进行仿真，仿真结果如附图2所示，可见接触式测头最大可测深径比很难超过10∶1，其测量精度与可测深径比受到严重限制，尤其对深宽比和深径比超大的小内尺寸测量场合更无法完成测量。
为解决大深径比小孔孔径和其它大深宽比小内尺寸测量的难题，人们纷纷把目光转向非接触式测量法，重点是研制具有较高精度和大可测深径比的非接触式测头与传感器。气动测量法是一种较传统的可用于孔径测量的非接触式测量法，其原理是采用喷嘴-挡板机构实现几何量到气动量的转换，基于测头的流量特性或压力特性实现测量；对于小、深孔的孔径测量，常以被测孔作为测量喷嘴。该方法的缺点在于：气动内径测头属于非接触式测头，但仍存在一定的测量力；测量精度最高只能达到微米量级，单个测头测量范围很小；存在气流平均效应，尤其以被测深小孔作为测量喷嘴时，得到的是小孔尺寸与形状误差的综合值，且只能用来测量通孔。
2000年，哈尔滨工业大学的赵勇、李鹏生等人提出了一种激光光纤孔径测量法(1.YongZhao et al.A novel fiber-optic sensor used for small internal curved surface measurement.Sensorand Actuators.2000，(86)：211～215；2.马惠萍，李鹏生，杨乐民.用于光纤传感器测孔的三角测量法研究.计量技术.2001，(9)：18～20；3.赵勇，李鹏生，马惠萍，浦昭邦.提高激光光纤测量系统分辨力的方法.光电工程.1999，26(5)：27～30；4.发明专利“一种产品表面多参数非接触离焦检测的光纤传感器”，公开号CN1160546C)，该方法采用Y型光纤制成光强调制型非接触式瞄准传感器，激光经光纤入射到被测表面后反射回输出光纤，通过检测输出光的强度来确定测头到孔壁的瞄准距离。该传感器结构比较小巧，可测深孔、盲孔及软质材料工件，但传感器的距离-光强特性完全取决于被测表面的光洁度与光反射特性，测量精度只能达到微米量级，当被测表面光洁度与光反射特性较差时无法完成测量。
从上世纪90年代起，天津大学研究将电容传感器用于小孔孔径的非接触式测量(1.杨世民.盲小孔与狭槽三维测头的研究.天津大学博士学位论文.1993：1～9，42～53；2.孙长库，王小兵，刘斌，郑义忠.电容传感微小孔径的测量方法.纳米技术与精密工程.2006，4(2)：103～106；3.徐安桃，付敬业，郑义忠，叶声华.小深孔内径电容传感测量系统的研究.传感技术学报.2006，19(6)：2460～2463)，研制的电容测头的极板是在圆柱形基体上切割出的圆柱形电极，其结构如附图3所示，传感器的理想工作位置是圆柱形极板与被测孔同轴，当极板与被测孔不同轴而存在偏心时，测得的是圆柱形极板与被测孔间的平均间隙；为提高测量精度实际上常采用相对测量法，即每次测量前用标准件对传感器进行校准，测量被测孔径与标准孔径的差值。该传感器实际工作于电子塞规方式，单个测头的测量范围很小，测量精度只能达到微米量级，传感器不具备以下几方面特性：1)测头具有大长径比2)可对孔和内尺寸进行双向瞄准发讯3)可进行平面度、圆度、圆柱度等形状参数的扫描测量4)测量精度达到超精密量级，难以满足深小孔的孔径与形状超精密测量的要求。
另外还有一些其它的非接触式测量方法与传感器见诸报道，如图像法(发明专利“微孔自动测量方法及装置”，公开号CN1493847)、端面光探针扫描法(徐利梅，张家裕.精密微小孔激光测量方法.电子科技大学学报.1998，27(3)：300～304)等，分别是采用图像或光学的方法完成测量，但这些方法均存在原理缺陷，以端面测量代替截面测量，不能对任意截面的尺寸与形状进行测量，在实用性和精度方面不能满足精密孔径测量、特别是大深径比小孔孔径非接触测量的要求。
发明内容
本发明的目的是针对大深径比小孔孔径与形状超精密测量及其它大深宽小内尺寸测量难题，提供一种基于电容传感机理的具有对径双窗口极板结构的圆柱型双向电容传感器，以解决传统接触式测量法及现有非接触式测量法在测量精度、实用性方面存在的各种缺陷，传感器可测深径比可达到和超过50∶1，瞄准分辨力达到纳米量级，可用于直径φ3mm以上的深小孔孔径与形状的精密测量及其它大深宽小内尺寸测量场合。
本发明的技术解决方案是：
一种具有对径双窗口极板结构的圆柱型双向电容位移传感器，包括电容测头和信号转换与处理电路，该电容测头为圆柱型双向电容测头结构，圆柱形双向电容测头由测杆、极板屏蔽件、左极板、右极板、销钉、信号导杆组成；在测杆端部上安装整体呈圆柱形的极板屏蔽件，左极板和右极板对径设置在极板屏蔽件上，两极板相互对称，在左极板和右极板与极板屏蔽件之间设有绝缘间隙；在极板屏蔽件内配装一根销钉，在测杆内配装一根信号导杆，销钉的两端分别与左极板和右极板连接，信号导杆的一端与销钉连接；或者在极板屏蔽件内配装两根销钉，在测杆内配装两根信号导杆，两根销钉各自的一端分别与左极板和右极板连接，两根销钉的另一端分别与两根信号导杆各自的一端连接。
所述信号转换与处理电路是由前振信号发生器、本振信号发生器、混频单元、中频滤波器、信号切换开关、信号整形单元、鉴频单元、微处理器、显示单元与计算机接口组成的外差调频式信号转换与处理电路；其中，圆柱型双向电容测头与前振信号发生器连接，前振信号发生器依次与混频单元、中频滤波器、信号切换开关、信号整形单元、鉴频单元、微处理器连接，前振信号发生器又直接与信号切换开关连接，本振信号发生器与混频单元连接，微处理器包含有显示单元和计算机接口。
所述左极板和右极板形状为方形、或长方形、或椭圆形、或圆形。
在所述测杆和极板屏蔽件的腔内设有定位件。
所述测杆、极板屏蔽件、左极板、右极板、销钉和信号导杆为良导体。
所述测杆、极板屏蔽件、左极板和右极板是在绝缘材料上镀金属膜构成。
所述定位件是由环氧树脂材料制作。
所述左极板和右极板与极板屏蔽件之间的绝缘间隙的宽度为20μm～200μm。
所述前振信号发生器采用克拉泼振荡电路，并安装在金属屏蔽盒内。
本发明提供了一种具有对径双窗口极板结构的圆柱型双向电容位移传感器，本发明的电容测头的极板屏蔽件对径方向上对称分布两个柱面窗口形极板，在被测孔径两端对被测件进行瞄准时，传感器具有对称的传感特性，从而具有双向瞄准触发能力；进行孔径测量时，由传感器测得两侧的瞄准间隙并给出触发信号，由其它宏尺寸测量传感器测得两次触发之间测头的位移，被测内孔径等于两侧瞄准间隙、测头直径与测头位移量之和；传感器既可用于尺寸测量中的触发式瞄准，又可用于圆度、圆柱度等形状参数的高精度测量。
本发明的技术创新性及具有的良好效果如下：
(1)本发明针对大深径比小孔孔径及其它大深宽比小内尺寸测量的难题，提供了一种具有大可测深径比的非接触式传感方法，其原理是通过测头极板与被测件形成的空间三维瞄准电场，测头从径向对被测件进行高精度非接触式瞄准，传感器兼有触发与测微双重功能，其最大可测深径比可达到和超过50∶1，高于任何一种现有的方法与技术，可解决传统接触式测量法测量力引起测杆挠曲和测端变形、可测深径比与测量精度受到严重限制的问题。
(2)本发明提出了一种具有对径双柱面窗口极板结构的双向电容瞄准测头，在圆柱形极板屏蔽件上对径、对称分布两个柱面窗口形极板，通过对称的极板与测头结构设计，测头在被测孔直径两端对被测件进行瞄准时具有相互对称的传感特性，从而具有双向瞄准触发能力，传感器具有一定量程，其位移分辨力可达到纳米量级，既可用于大深径比小孔孔径及其它大深宽比小内尺寸的精密测量，又可用于内结构、内腔体形状参数的高精度测量。
(3)本发明提供了一种数字式外差调频信号转换与处理技术，本振信号发生器采用直接数字合成方式构成，鉴频单元采用多周期同步测频技术，避免了传统模拟式电路由于元器件温漂、老化引入的零点漂移及模拟调制与解调中信号幅值与频率稳定性差、谐波失真大等不足，可明显提高传感器的精度水平，使之能够满足精密孔径测量、尤其是大深径比小孔孔径非接触测量的要求。
附图说明
图1(a)为接触式测头对被测工件进行测量的示意图，(b)为测杆发生挠曲变形的示意图；
图2为接触式测头最大可测深径比的仿真结果；
图3为天津大学研制的电容测孔传感器测头的结构示意图；
图4为本发明的具有对径双窗口极板结构的圆柱型双向电容位移传感器示意图；
图5为本发明的圆柱型双向电容测头实施例1的正视图，即单销钉、单信号导杆结构的示意图；
图6为图5的侧视图；
图7为图6中A-A向的剖视图；
图8为本发明的圆柱型双向电容测头实施例2的剖视图，即双销钉与双信号导杆结构的示意图；
图9为本发明的双向电容测头实施例3的正视图；
图10为图9的侧视图；
图11为圆柱型双向电容测头与被测工件在一侧瞄准的示意图。
图中，1绝缘环、2保护环、3绝缘体、4小孔、5测量电极、6保护环、7绝缘环、8测头的端部、9空心圆柱体、10测量电极的导线、11测头的端部、12圆柱型双向电容测头、13信号转换与处理电路、14前振信号发生器、15本振信号发生器、16混频单元、17中频滤波器、18信号切换开关、19信号整形单元、20鉴频单元、21微处理器、22显示单元、23计算机接口、24信号导杆、25测杆、26极板屏蔽件、27左极板、28右极板、29销钉、30绝缘间隙、31定位件、32被测件、33大地。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明，并给出实施例。
一种具有对径双窗口极板结构的圆柱型双向电容位移传感器，包括电容测头12和信号转换与处理电路13，其特征在于：该电容测头12为圆柱型双向电容测头结构，圆柱形双向电容测头12由测杆25、极板屏蔽件26、左极板27、右极板28、销钉29、信号导杆24组成；在测杆25端部上安装整体呈圆柱形的极板屏蔽件26，左极板27和右极板28对径设置在极板屏蔽件26上，两极板相互对称，在左极板27和右极板28与极板屏蔽件26之间设有绝缘间隙30；在极板屏蔽件26内配装一根销钉29，在测杆25内配装一根信号导杆24，销钉29的两端分别与左极板27和右极板28连接，信号导杆24的一端与销钉29连接；或者在极板屏蔽件26内配装两根销钉29，在测杆25内配装两根信号导杆24，两根销钉(29)各自的一端分别与左极板27和右极板28连接，两根销钉(29)的另一端分别与两根信号导杆(24)各自的一端连接。本发明是通过极板与被测件间形成的空间三维瞄准电场，测头从径向对被测件进行非接触式瞄准，最大可测长径比可达到和超过50∶1；左极板、右极板在被测尺寸两端瞄准被测件时，传感器具有左右对称的传感特性，从而具有双向瞄准触发能力；传感器进行内尺寸测量时，由传感器测得两侧的瞄准间隙并给出触发信号，由其它宏尺寸测量传感器测得两次触发之间测头的位移，则被测内尺寸等于两侧瞄准间隙、测头直径与测头位移量之和；传感器具有一定的量程，既可用于尺寸测量中的触发式瞄准，又可用于圆度、圆柱度等形状参数的高精度测量。
所述信号转换与处理电路13是由前振信号发生器14、本振信号发生器15、混频单元16、中频滤波器17、信号切换开关18、信号整形单元19、鉴频单元20、微处理器21、显示单元22与计算机接口23组成的外差调频式信号转换与处理电路；其中，圆柱型双向电容测头12与前振信号发生器14连接，前振信号发生器14依次与混频单元16、中频滤波器17、信号切换开关18、信号整形单元19、鉴频单元20、微处理器21连接，前振信号发生器14又直接与信号切换开关18连接，本振信号发生器15与混频单元16连接，微处理器21包含有显示单元22和计算机接口23。被测位移信号对前振信号发生器产生的高频载波信号产生频率调制，调频信号与本振信号发生器产生的本振信号进行混频，对中频信号进行鉴频处理，从中解调出被测位移量的信息。
所述左极板27和右极板28形状为方形、或长方形、或椭圆形、或圆形。
在所述测杆25和极板屏蔽件26的腔内设有定位件31。
所述测杆25、极板屏蔽件26、左极板27、右极板28、销钉29和信号导杆24为良导体。
所述测杆25、极板屏蔽件26、左极板27和右极板28是在绝缘材料上镀金属膜构成。
所述定位件31是由环氧树脂材料制作。
所述左极板27和右极板28与极板屏蔽件26之间的绝缘间隙30的宽度为20μm～200μm。
所述前振信号发生器14采用克拉泼振荡电路，并安装在金属屏蔽盒内。
所述本振信号发生器15可采用直接数字频率合成方式获得，以获得高幅度、频率稳定性的本振信号；所述鉴频单元20可以采用多周期同步测频方式构成，以进行高精度数字测频。
下面结合一个实施例对本发明的结构和工作原理进行详细介绍：
附图4给出了本发明的具有对径双窗口极板结构的圆柱型双向电容位移传感器的示意图，附图11是双向电容测头与被测工件在被测直径的一侧瞄准的截面示意图，在本实施例中，极板所在圆柱面的直径为φ2.5mm，被测工件孔径为φ3mm～φ20mm。被测工件接地作为一个极板，测头的一个极板对其进行瞄准，二者间形成一个瞄准电容场，瞄准间隙为20μm～100μm。由于极板与被测工件间的瞄准间隙相对于测头尺寸非常小，所以可近似认为电力线均垂直于极板，则极板与被测工件形成的每个微元电容都可看作是一个平板电容，每个微元电容的容值为：
dC=ϵ·r·lδdθ---(1)]]>
以极板横截面所在圆的圆心O₂为原点、测量方向为x轴建立直角坐标系xO₂y。瞄准时极板所在圆柱面轴线与被测工件的轴线平行且x轴垂直平分极板横截面。设被测孔半径为R，极板所在圆柱面半径为r，极板高度为l，瞄准间隙为δ_x，如附图11所示。
以原点为起点，取任意角度θ作射线分别与被测孔截面圆和极板交于点A和B，从图中几何关系有|O₁A|＝R、|O₁O₂|＝R-r-δ_x。设|AB|＝δ，则|O₂A|＝r+δ，令L＝r+δ_x，根据余弦定理在三角形O₁O₂A中有：
R²＝(R-L)²+(r+δ)²+2cosθ·(R-L)(r+δ)                  (2)
整理得：
δ=cos2θ·(R-L)2+(2RL-L2)-cosθ·(R-L)-r---(3)]]>
设极板横截面所对圆心角为2ξ，则θ取值区间为[-ξ，ξ]，对所有微元求积分可得瞄准电容量为：
C=∫-ξξϵ·r·lδdθ---(4)]]>
将式(3)代入上式得理想瞄准状态下的瞄准电容量为：
C=∫-ξξϵ·r·lcos2θ·(R-L)2+(2RL-L2)-cosθ·(R-L)-rdθ---(5)]]>
本实施例瞄准电容量的量值在1pF左右。
在本实施例中，前振信号发生器14是一个高稳定度电容三点式振荡电路，由高稳定度线绕电感、云母电容、CBB电容、高稳定度三极管等温度系数小的元器件构成，并安装在金属屏蔽盒内。产生一个频率与幅值稳定的高频正弦波作为载波信号，其频率为4MHz，幅值为1Vpp。测杆与屏蔽盒可靠连接以实现对信号的完全屏蔽，可有效减小空间电磁场的干扰。当双向电容测头与被测件发生相对位移时，瞄准电容量发生变化，相应地会引起前振信号谐振频率的变化，实现被测位移信号对载波信号的频率调制。前振信号f_s的表达式为：
fs=12πL(Cs+C0)---(6)]]>
式中：G_s——瞄准电容；
C₀——前振信号发生器电路中等效杂散电容。
本振信号发生器15可采用标准函数信号发生器(Agilent33120A)，或采用微处理器(MSP430F149)控制直接数字频率合成芯片(AD9953)获得。混频单元16以混频器芯片(MC1496)为核心构成，本振信号f_l与前振信号f_s经混频后，得到一组和频、差频信号f_i：
f_i＝|±nf_s±mf_l|  n、m＝1，2，3...                        (7)
中频滤波器17由中心频率455kHz的陶瓷滤波器构成，混频单元输出信号f_i经中频滤波器滤波后，得到中心频率为455kHz的中频信号f_m：
f_m＝|f_s-f_l|                               (8)
信号切换开关18由继电器或模拟开关构成，控制本振信号或中频信号进入信号整形单元19。当传感器工作在超外差方式、即对中频信号进行整形、鉴频等处理时，测量精度基本不受影响，而测量速度可提高10倍左右。信号整形单元19主要对被测信号进行整形、限幅处理，将其由正弦信号变成同频的方波信号。鉴频单元20主要由CPLD器件(EPM7064SLC44)构成，采用高速多周期同步测频方式进行高精度数字测频，解调出调频信号中的被测位移信号。经微处理器21(AT89C52)进行数据处理后，可得到被测瞄准间隙δ_x的值。测量结果显示在显示单元22(SMS0619)上，同时经基于RS232串行通讯协议的计算机接口23发送给计算机。
附图5～附图10给出了本发明的双向电容测头的3个实施例。在这3个实施例中，测杆25采用满足直线度要求的薄壁钢管，直径为φ2.5mm，壁厚约100μm。极板屏蔽件26同时作为极板加工的基体，采用温度系数小的铍青铜材料经车削加工而成，其外径为φ3mm，壁厚约200μm，测杆25与极板屏蔽件26采用紧配合方式连接。极板屏蔽件26上采用机械加工方法加工出两个对径分布的窗口形极板27和28，极板与极板屏蔽件可靠绝缘，绝缘间隙30宽度为20μm～30μm，宽度均匀。测杆25与极板屏蔽件26内灌注环氧树脂并使之凝固形成定位件31实现测头各部件的机械定位与连接。
附图5为圆柱型双向电容测头的实施例1的正视图，图6为图5的左视图，图7为沿图6中A-A方向的剖视图，在实施例1中，左极板27与右极板28为长方形，对径分布且相互对称，通过一个销钉29与一个信号导杆24相连，通过绝缘间隙30与极板屏蔽件26可靠绝缘。在测杆25与极板屏蔽件26内灌注环氧树脂并使之凝固形成定位部件31。
图8为本发明的双向电容测头实施例2的剖视图，在实施例2中，窗口形极板为长方形，左极板27与右极板28分别通过销钉29的左右两部分与信号导杆24的左右两部分相连，信号导杆的左右两部分可靠绝缘。
图9为本发明的双向电容测头实施例3的正视图，图10为图9的左视图，在实施例3中，左极板27与右极板28为椭圆形，对径分布且相互对称，通过一个销钉29与一个信号导杆24相连，通过绝缘间隙30与极板屏蔽件26可靠绝缘。
测头工作时，测杆25与极板屏蔽件26在电气上接地，由于极板27和28与极板屏蔽件26不等电位，因此会产生寄生电容。可以采用驱动电缆技术，使测杆25、极板屏蔽件26在电位上实现对左极板27和右极板28电位的跟随，可以达到消除寄生电容与边缘效应的目的，在测杆外侧再套一层起屏蔽作用的薄壁金属杆，并在电气上接地。