一種分瓣電容式角位移傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種分瓣電容式角位移傳感器，它包括解調(diào)電路和敏感結(jié)構(gòu)，解調(diào)電路產(chǎn)生正弦激勵信號作用于敏感結(jié)構(gòu)，由敏感結(jié)構(gòu)將電容變化信息返回至解調(diào)電路進而獲得轉(zhuǎn)角信息。敏感結(jié)構(gòu)包括定子和轉(zhuǎn)子，在定子表面設(shè)置有保護電極、激勵電極和采集電極；在定子表面最內(nèi)側(cè)和最外側(cè)均設(shè)置有保護電極，緊鄰內(nèi)環(huán)保護電極的外側(cè)設(shè)置有激勵電極，激勵電極的外側(cè)設(shè)置有采集電極。轉(zhuǎn)子包括保護電極、耦合電極和敏感電極，在轉(zhuǎn)子表面最內(nèi)側(cè)和最外側(cè)也均設(shè)置有保護電極，緊鄰內(nèi)環(huán)保護電極外側(cè)設(shè)置有耦合電極，耦合電極外側(cè)設(shè)置有敏感電極。采集電極和敏感電極呈正對設(shè)置，組成測量電容。本發(fā)明可減小因徑向跳動而導致的測量誤差。
【專利說明】
一種分瓣電容式角位移傳感器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種傳感器，特別是關(guān)于一種在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)、儀器儀表和電 子產(chǎn)品制造業(yè)等領(lǐng)域中使用的分瓣電容式角位移傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，主軸角位移信息和角速度信息在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)、儀器儀表和電子產(chǎn) 品制造業(yè)中都是極為重要的測量參數(shù)，因此開發(fā)廉價、高精度、高動態(tài)的角位移傳感器對于 工業(yè)化自動化有很大的促進作用;現(xiàn)有許多類型的角位移測量傳感器、并且精度較高，但是 存在體積比較大，加工復雜，成本較高、對環(huán)境要求苛刻，動態(tài)特性差等缺點。
[0003] 電感式角位移傳感器精度高、溫度特性好、安裝要求低，但加工復雜、成本高且對 電磁環(huán)境敏感；電容式角位移傳感器穩(wěn)定性較高、可以用于非接觸式測量、動態(tài)響應好、適 應惡劣環(huán)境等，已被越來越多的人認為是最有發(fā)展前途的傳感器。
[0004] 國內(nèi)外對于電容式傳感器用于測量角位移的研究很多，也取得了很大的突破:主 要集中在敏感結(jié)構(gòu)改進，常規(guī)的敏感結(jié)構(gòu)是扇形分瓣式的，對角位移信息的獲取能力有限， 靈敏度也受限制與加工精度且解調(diào)電路復雜。基于上面的分析，需要研發(fā)一種角位移傳感 器，使其具有高精度、高環(huán)境適應性、低成本等特點;這里結(jié)合傳統(tǒng)電容式角位移傳感器和 電感式角位移傳感器設(shè)計一種新的形狀的分瓣式電容，提高對角位移信息獲取能力，同時 差動設(shè)計克服溫度對電容式傳感器的影響，改進電路，借鑒電感式旋轉(zhuǎn)編碼器的原理，簡化 電路，減低噪聲提高測量精度和動態(tài)特性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種分瓣電容式角位移傳感器，其減小因徑 向跳動而導致的測量誤差，測量精度高，而且抗干擾、抗污染能力強，具有較高的可靠性。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:一種分瓣電容式角位移傳感器，其特 征在于它包括解調(diào)電路和敏感結(jié)構(gòu)，所述解調(diào)電路產(chǎn)生正弦激勵信號作用于所述敏感結(jié) 構(gòu)，由所述敏感結(jié)構(gòu)將電容變化信息返回至所述解調(diào)電路進而獲得轉(zhuǎn)角信息;所述敏感結(jié) 構(gòu)包括定子和轉(zhuǎn)子，所述定子和所述轉(zhuǎn)子同軸平行設(shè)置，在所述定子表面設(shè)置有保護電極、 激勵電極和采集電極;在所述定子表面最內(nèi)側(cè)和最外側(cè)均設(shè)置有圓環(huán)狀的所述保護電極， 緊鄰內(nèi)環(huán)所述保護電極的外側(cè)設(shè)置有圓環(huán)狀的所述激勵電極，所述激勵電極的外側(cè)設(shè)置 有圓環(huán)狀的所述采集電極;所述轉(zhuǎn)子包括保護電極、耦合電極和敏感電極，在所述轉(zhuǎn)子表面 最內(nèi)側(cè)和最外側(cè)也均設(shè)置有圓環(huán)狀的所述保護電極，緊鄰內(nèi)環(huán)所述保護電極外側(cè)設(shè)置有圓 環(huán)狀的所述耦合電極，所述耦合電極外側(cè)設(shè)置有所述敏感電極，所述耦合電極和所述敏感 電極部分相連;所述采集電極和所述敏感電極呈正對設(shè)置，組成測量電容。
[0007] 優(yōu)選地，所述定子表面設(shè)置有48個內(nèi)外均勻分布的扇形采集電極;其中，24個所述 扇形采集電極均勻分布在一個外圓環(huán)上，并由第一扇形采集電極、第二扇形采集電極、第三 扇形采集電極、第四扇形采集電極為一組構(gòu)成6組電極;另外24個所述扇形采集電極均勻分 布在另一個與外圓環(huán)緊鄰的內(nèi)圓環(huán)上，也由所述第一扇形采集電極、所述第二扇形采集電 極、所述第三扇形采集電極、所述第四扇形采集電極為一組構(gòu)成6組電極;外圓環(huán)上的一組 電極中的所述第一扇形采集電極與內(nèi)圓環(huán)上的一組電極中所述第三扇形采集電極緊鄰，外 圓環(huán)上的一組電極中的所述第二扇形采集電極與內(nèi)圓環(huán)上的一組電極中所述第四扇形采 集電極緊鄰，外圓環(huán)上的一組電極中的所述第三扇形采集電極與內(nèi)圓環(huán)上的一組電極中所 述第一扇形采集電極緊鄰，外圓環(huán)上的一組電極中的所述第四扇形采集電極與內(nèi)圓環(huán)上的 一組電極中所述第二扇形采集電極緊鄰。
[0008] 優(yōu)選地，外圓環(huán)和內(nèi)圓環(huán)上的所述第一扇形采集電極均依次連接組成一個電極， 并與所述敏感電極組成第一電容，外圓環(huán)和內(nèi)圓環(huán)上的所述第二扇形采集電極均依次連接 組成一個電極，并與所述敏感電極組成第二電容，外圓環(huán)和內(nèi)圓環(huán)上的所述第三扇形采集 電極均依次連接組成一個電極，并與所述敏感電極組成第三電容，外圓環(huán)和內(nèi)圓環(huán)上的所 述第四扇形采集電極均依次連接組成一個電極，并與所述敏感電極組成第四電容。
[0009] 優(yōu)選地，所述轉(zhuǎn)子表面的所述敏感電極采用兩瓣以上的花瓣構(gòu)成，所述敏感電極 由函數(shù)fi(9)和f2(9)圍成的區(qū)域；
[0010] fi(9) = ri+Tsin(N* <}> )，f2(9) = r2+Tsin(N* <}>)，
[0011] 其中，N表示花瓣的瓣數(shù)，ri表示敏感電極的內(nèi)環(huán)的基準半徑，r2表示敏感電極的外 環(huán)的基準內(nèi)半徑，參數(shù)t滿足關(guān)系：T = (ri+r2)/2。
[0012] 優(yōu)選地，所述激勵電極與所述耦合電極呈正對設(shè)置，組成耦合電容。
[0013 ]優(yōu)選地，所述定子和所述轉(zhuǎn)子均采用印制電路板，所述定子采用四層板，其中第一 層為敏感結(jié)構(gòu)層，第二層為地，第三層為連線，第四層為元件;所述轉(zhuǎn)子采用兩層板，第一層 為敏感結(jié)構(gòu)層，第二層為地。
[0014] 優(yōu)選地，所述解調(diào)電路包括旋變解調(diào)芯片、差分放大模塊、低通濾波模塊、激勵驅(qū) 動模塊、C-V轉(zhuǎn)換模塊、后置差分放大模塊、同相放大模塊、反相放大模塊和后置低通濾波模 塊;所述旋變解調(diào)芯片產(chǎn)生兩組正弦激勵信號均經(jīng)所述差分放大模塊進行放大后，由所述 低通濾波模塊濾除低頻信號，然后通過所述激勵驅(qū)動模塊作用于所述定子的所述激勵電 極;所述轉(zhuǎn)子在主軸的帶動下轉(zhuǎn)動，使得所述敏感電極和所述采集電極正對面積發(fā)生改變， 進而獲得4路電量變化信號，4路電量變化信號分別通過所述C-V轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為4路電壓信 號，4路電壓信號均經(jīng)所述后置差分放大模塊放大后，其中兩路電壓信號進行所述同相放大 模塊放大，另外兩路電壓信號進行所述反相放大模塊放大，最后均通過所述后置低通濾波 模塊濾除低通信號后，傳輸至所述旋變解調(diào)芯片。
[0015] 本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點：1、本發(fā)明采用分瓣電容式角位 移傳感器，精度高，成本低，電路更簡單。2、本發(fā)明采用分瓣電容式角位移傳感器，差動測 量，良好的魯棒性，動態(tài)特性良好、具有一定容錯特性。3、本發(fā)明采用分瓣電容式角位移傳 感器，對機械和物理污染表現(xiàn)優(yōu)異。4、本發(fā)明采用旋變解調(diào)芯片，互換性更好，跟常用的旋 變編碼器的接口融合，便于推廣和互換。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明的原理不意圖；
[0017]圖2是本發(fā)明的敏感結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖3是本發(fā)明定子結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019] 圖4是本發(fā)明轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020] 圖5是本發(fā)明解調(diào)電路等效電路示意圖；
[0021] 圖6是本發(fā)明敏感結(jié)構(gòu)經(jīng)電路調(diào)制后輸出的標準SIN函數(shù)波形圖；
[0022] 圖7是本發(fā)明敏感結(jié)構(gòu)經(jīng)電路調(diào)制后輸出的標準C0S函數(shù)波形圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細的描述。
[0024]如圖1~圖4所示，本發(fā)明提供一種分瓣電容式角位移傳感器，其包括解調(diào)電路和 敏感結(jié)構(gòu)1，解調(diào)電路產(chǎn)生正弦激勵信號作用于敏感結(jié)構(gòu)1，由敏感結(jié)構(gòu)1將電容變化信息返 回至解調(diào)電路進而獲得轉(zhuǎn)角信息。敏感結(jié)構(gòu)1包括定子2和轉(zhuǎn)子3,定子2和轉(zhuǎn)子3同軸平行設(shè) 置，在定子2表面設(shè)置有保護電極4、激勵電極5和采集電極;在定子2表面最內(nèi)側(cè)和最外側(cè)均 設(shè)置有圓環(huán)狀的保護電極4,用于消除平板電容的邊緣效應，緊鄰內(nèi)環(huán)保護電極4的外側(cè)設(shè) 置有圓環(huán)狀的激勵電極5,激勵電極5的外側(cè)設(shè)置有圓環(huán)狀的采集電極。轉(zhuǎn)子3包括保護電極 4、親合電極6和敏感電極7，在轉(zhuǎn)子3表面最內(nèi)側(cè)和最外側(cè)也均設(shè)置有圓環(huán)狀的保護電極4， 緊鄰內(nèi)環(huán)保護電極4外側(cè)設(shè)置有圓環(huán)狀的耦合電極6,耦合電極6外側(cè)設(shè)置有敏感電極7,耦 合電極6和敏感電極7部分相連。采集電極和敏感電極7呈正對設(shè)置，組成測量電容，用于將 轉(zhuǎn)角信息轉(zhuǎn)換為電容變化。
[0025]上述實施例中，定子2表面設(shè)置有48個內(nèi)外均勻分布的扇形采集電極。其中，24個 扇形采集電極均勻分布在一個外圓環(huán)上，并由第一扇形采集電極8、第二扇形采集電極9、第 三扇形采集電極10、第四扇形采集電極11為一組構(gòu)成6組電極，如圖3所示，第一扇形采集電 極8為白色、第二扇形采集電極9為深灰色、第三扇形采集電極10為淺灰色，第四扇形采集電 極11為黑色，在本實施例中，第一扇形采集電極8、第二扇形采集電極9、第三扇形采集電極 10、第四扇形采集電極11用于限定排列順序。另外24個扇形采集電極均勻分布在另一個與 外圓環(huán)緊鄰的內(nèi)圓環(huán)上，也由第一扇形采集電極8、第二扇形采集電極9、第三扇形采集電極 10、第四扇形采集電極11為一組構(gòu)成6組電極。外圓環(huán)上的一組電極中的第一扇形采集電極 8與內(nèi)圓環(huán)上的一組電極中第三扇形采集電極10緊鄰，外圓環(huán)上的一組電極中的第二扇形 采集電極9與內(nèi)圓環(huán)上的一組電極中第四扇形采集電極11緊鄰，外圓環(huán)上的一組電極中的 第三扇形采集電極10與內(nèi)圓環(huán)上的一組電極中第一扇形采集電極8緊鄰，外圓環(huán)上的一組 電極中的第四扇形采集電極11與內(nèi)圓環(huán)上的一組電極中第二扇形采集電極9緊鄰。內(nèi)圓環(huán) 的扇形采集電極可以由外圓環(huán)的扇形采集電極順時針旋轉(zhuǎn)30°得到。外圓環(huán)和內(nèi)圓環(huán)上的 第一扇形采集電極8均依次連接組成一個電極，并與敏感電極7組成第一電容Q，外圓環(huán)和 內(nèi)圓環(huán)上的第二扇形采集電極9均依次連接組成一個電極，并與敏感電極7組成第二電容 C 2,外圓環(huán)和內(nèi)圓環(huán)上的第三扇形采集電極10均依次連接組成一個電極，并與敏感電極7組 成第三電容C3,外圓環(huán)和內(nèi)圓環(huán)上的第四扇形采集電極11均依次連接組成一個電極，并與 敏感電極7組成第四電容C4。
[0026] 上述各實施例中，轉(zhuǎn)子3表面的敏感電極7采用兩瓣以上的花瓣構(gòu)成，敏感電極7由 函數(shù)fi(9)和f2(9)圍成的區(qū)域；
[0027] fi(9) =ri+Tsin(N*<}) ) (1)
[0028] f2(0) =r2+TSin(N*(}) ) (2)
[0029] 其中，N表示花瓣的瓣數(shù)，ri表示敏感電極的內(nèi)環(huán)的基準半徑，r2表示敏感電極的外 環(huán)的基準內(nèi)半徑，參數(shù)t滿足關(guān)系：T = (ri+r2)/2。
[0030] 在一個優(yōu)選實施例中，轉(zhuǎn)子3表面的敏感電極7設(shè)置為近似六角形，敏感電極7由函 數(shù)f3(0)和f4(0)圍成的區(qū)域。敏感電極7的每個角為標準的半個周期正弦波形，并共包含6個 半個周期的正弦波形。
[0031] f3(9) =ri+Tsin(6*<}) ) (3)
[0032] f4(0) =r2+TSin(6*(j> ) (4)
[0033] 上述實施例中，激勵電極5與耦合電極6呈正對設(shè)置，組成耦合電容Co。耦合電容Co 的有效正對面積不隨轉(zhuǎn)子3的轉(zhuǎn)動而改變，耦合電容Co的電壓相位與激勵信號的相位相同。
[0034] 上述各實施例中，定子2和轉(zhuǎn)子3均采用印制電路板，定子2采用四層板，其中第一 層為敏感結(jié)構(gòu)層，第二層為地，第三層為連線，第四層為元件。轉(zhuǎn)子3采用兩層板，第一層為 敏感結(jié)構(gòu)層，第二層為地，能夠減少其他極板和走線之間的耦合。
[0035]上述各實施例中，如圖1、圖5所示，解調(diào)電路包括旋變解調(diào)芯片12、差分放大模塊 13、低通濾波模塊14、激勵驅(qū)動模塊15、C-V轉(zhuǎn)換模塊16、后置差分放大模塊17、同相放大模 塊18、反相放大模塊19和后置低通濾波模塊20。旋變解調(diào)芯片12產(chǎn)生兩組正弦激勵信號均 經(jīng)差分放大模塊13進行放大后，由低通濾波模塊14濾除低頻信號，然后通過激勵驅(qū)動模塊 15作用于定子2的激勵電極5。轉(zhuǎn)子3在主軸21的帶動下轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)角發(fā)生改變，使得敏感電極7 和采集電極正對面積發(fā)生改變，將轉(zhuǎn)角變化轉(zhuǎn)化為電容的變化，進而獲得4路電量變化信 號，4路電量變化信號分別通過C-V轉(zhuǎn)換模塊16轉(zhuǎn)換為4路電壓信號，4路電壓信號均經(jīng)后置 差分放大模塊17放大后，其中兩路電壓信號進行同相放大模塊18放大，另外兩路電壓信號 進行反相放大模塊19放大，最后均通過后置低通濾波模塊20濾除低通信號后，傳輸至旋變 解調(diào)芯片12,得到轉(zhuǎn)角信息。
[0036] 基于上述裝置，本發(fā)明還提供一種分瓣電容式角位移傳感器的使用方法，其具體 步驟如下：
[0037] 1)設(shè)置一解調(diào)電路和敏感結(jié)構(gòu)，解調(diào)電路產(chǎn)生兩組正弦激勵信號作用于敏感結(jié) 構(gòu)，轉(zhuǎn)子在主軸的帶動下轉(zhuǎn)動，外圓環(huán)和內(nèi)圓環(huán)上的第一扇形采集電極均依次連接組成一 個電極，并與敏感電極組成第一電容心，外圓環(huán)和內(nèi)圓環(huán)上的第二扇形采集電極均依次連 接組成一個電極，并與敏感電極組成第二電容C 2，外圓環(huán)和內(nèi)圓環(huán)上的第三扇形采集電極 均依次連接組成一個電極，并與敏感電極組成第三電容C3,外圓環(huán)和內(nèi)圓環(huán)上的第四扇形 采集電極均依次連接組成一個電極，并與敏感電極組成第四C4;
[0038] 2)第一電容&隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的有效面積為：
[0039] Si = N*(A+B sin(N9)) (5)
[0040] 其中，N表示花瓣的瓣數(shù)，A表示測量電容正對面積的常值分量，B表示振幅，0表示 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度；
[0041 ]第二電容&隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的有效面積為：
[0042] S2 = N*(A-B sin(N9)) (6)
[0043]第三電容C3隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的有效面積為：
[0044] S3 = N*(A+B cos(N9)) (7)
[0045] 第四電容C4隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的有效面積為：
[0046] S4=N*(A-B cos(N9)) (8)
[0055] 4)C_V轉(zhuǎn)換模塊將四個電容上的電荷信號放大，并轉(zhuǎn)化為電壓信號輸出：
[0056] Ui = U sin(wt)*(A+B sin(N9)) (13)
[0057] U2 = U sin(wt)*(A_B sin(N9)) (14)
[0058] U3 = U sin(wt)*(A+B cos(N9)) (15)
[0059] U4=U sin(wt)*(A_B cos(N9)) (16)
[0060] 5)將獲得的四路電壓信號輸入后置差分放大模塊，可獲得兩路類似于電感變壓器 的正交旋變信號：
[0061] Usin = U sin(wt)sin(N9) (17)
[0062] Uc〇s = U sin(wt)cos(N9) (18)
[0063] 6)信號UPlUs通過反相放大模塊得到信號U-sin、U-ccls;將信號UPlUs通過同相 放大模塊；
[0064] U-sin=-U sin(wt)sin(N9) (19)
[0065] U-c〇s = -U sin(wt)cos(N9) (20)
[0066] 7)將1]心、1]_、1]-&和1]-_均傳輸至后置低通濾波模塊，濾除低頻信號后，傳輸至 旋變解調(diào)芯片；
[0067] 8)旋變解調(diào)芯片SIN引腳接收Usin的信號，;^引腳接收1]-^的信號，C0S引腳接收 U?s的信號，COS引腳接收U-ras的信號，得到精確的轉(zhuǎn)角信息。
[0068]上述實施例中，旋變解調(diào)芯片輸入信號和輸出信號的相位移動必須在：（咐180°-44° )-(N*180°+44° )(N為整數(shù))范圍內(nèi)，旋變解調(diào)芯片輸入差分峰值信號范圍為:最小值為 2.3￥，典型值為3.15￥，最大值為4.(^。
[0069]本發(fā)明在使用時，如圖6、圖7所示，虛線表示理想的旋變器處理的信號，實線表示 的是本發(fā)明獲得的實際信號。
[0070]上述各實施例僅用于說明本發(fā)明，各部件的結(jié)構(gòu)、尺寸、設(shè)置位置及形狀都是可以 有所變化的，在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，凡根據(jù)本發(fā)明原理對個別部件進行的改進和等 同變換，均不應排除在本發(fā)明的保護范圍之外。
【主權(quán)項】
1. 一種分瓣電容式角位移傳感器，其特征在于:它包括解調(diào)電路和敏感結(jié)構(gòu)，所述解調(diào) 電路產(chǎn)生正弦激勵信號作用于所述敏感結(jié)構(gòu)，由所述敏感結(jié)構(gòu)將電容變化信息返回至所述 解調(diào)電路進而獲得轉(zhuǎn)角信息;所述敏感結(jié)構(gòu)包括定子和轉(zhuǎn)子，所述定子和所述轉(zhuǎn)子同軸平 行設(shè)置，在所述定子表面設(shè)置有保護電極、激勵電極和采集電極;在所述定子表面最內(nèi)側(cè)和 最外側(cè)均設(shè)置有圓環(huán)狀的所述保護電極，緊鄰內(nèi)環(huán)所述保護電極的外側(cè)設(shè)置有圓環(huán)狀的所 述激勵電極，所述激勵電極的外側(cè)設(shè)置有圓環(huán)狀的所述采集電極;所述轉(zhuǎn)子包括保護電極、 耦合電極和敏感電極，在所述轉(zhuǎn)子表面最內(nèi)側(cè)和最外側(cè)也均設(shè)置有圓環(huán)狀的所述保護電 極，緊鄰內(nèi)環(huán)所述保護電極外側(cè)設(shè)置有圓環(huán)狀的所述耦合電極，所述耦合電極外側(cè)設(shè)置有 所述敏感電極，所述耦合電極和所述敏感電極部分相連;所述采集電極和所述敏感電極呈 正對設(shè)置，組成測量電容。2. 如權(quán)利要求1所述的一種分瓣電容式角位移傳感器，其特征在于:所述定子表面設(shè)置 有48個內(nèi)外均勾分布的扇形米集電極;其中，24個所述扇形米集電極均勾分布在一個外圓 環(huán)上，并由第一扇形采集電極、第二扇形采集電極、第三扇形采集電極、第四扇形采集電極 為一組構(gòu)成6組電極；另外24個所述扇形采集電極均勻分布在另一個與外圓環(huán)緊鄰的內(nèi)圓 環(huán)上，也由所述第一扇形采集電極、所述第二扇形采集電極、所述第三扇形采集電極、所述 第四扇形采集電極為一組構(gòu)成6組電極;外圓環(huán)上的一組電極中的所述第一扇形采集電極 與內(nèi)圓環(huán)上的一組電極中所述第三扇形采集電極緊鄰，外圓環(huán)上的一組電極中的所述第二 扇形采集電極與內(nèi)圓環(huán)上的一組電極中所述第四扇形采集電極緊鄰，外圓環(huán)上的一組電極 中的所述第三扇形采集電極與內(nèi)圓環(huán)上的一組電極中所述第一扇形采集電極緊鄰，外圓環(huán) 上的一組電極中的所述第四扇形采集電極與內(nèi)圓環(huán)上的一組電極中所述第二扇形采集電 極緊鄰。3. 如權(quán)利要求2所述的一種分瓣電容式角位移傳感器，其特征在于:外圓環(huán)和內(nèi)圓環(huán)上 的所述第一扇形采集電極均依次連接組成一個電極，并與所述敏感電極組成第一電容，外 圓環(huán)和內(nèi)圓環(huán)上的所述第二扇形采集電極均依次連接組成一個電極，并與所述敏感電極組 成第二電容，外圓環(huán)和內(nèi)圓環(huán)上的所述第三扇形采集電極均依次連接組成一個電極，并與 所述敏感電極組成第三電容，外圓環(huán)和內(nèi)圓環(huán)上的所述第四扇形采集電極均依次連接組成 一個電極，并與所述敏感電極組成第四電容。4. 如權(quán)利要求1所述的一種分瓣電容式角位移傳感器，其特征在于:所述轉(zhuǎn)子表面的所 述敏感電極采用兩瓣以上的花瓣構(gòu)成，所述敏感電極由函數(shù)fi (Θ)和f 2 (Θ)圍成的區(qū)域； fi(9) =ri+Tsin(N* Φ ), f2(9) = r2+Tsin(N* Φ )， 其中，N表示花瓣的瓣數(shù)，ri表示敏感電極的內(nèi)環(huán)的基準半徑，^表示敏感電極的外環(huán)的 基準內(nèi)半徑，參數(shù)τ滿足關(guān)系：τ = (ri+r2 )/2。5. 如權(quán)利要求1所述的一種分瓣電容式角位移傳感器，其特征在于:所述激勵電極與所 述耦合電極呈正對設(shè)置，組成耦合電容。6. 如權(quán)利要求1-5任一項所述的一種分瓣電容式角位移傳感器，其特征在于:所述定子 和所述轉(zhuǎn)子均采用印制電路板，所述定子采用四層板，其中第一層為敏感結(jié)構(gòu)層，第二層為 地，第三層為連線，第四層為元件;所述轉(zhuǎn)子采用兩層板，第一層為敏感結(jié)構(gòu)層，第二層為 地。7.如權(quán)利要求1-5任一項所述的一種分瓣電容式角位移傳感器，其特征在于:所述解調(diào) 電路包括旋變解調(diào)芯片、差分放大模塊、低通濾波模塊、激勵驅(qū)動模塊、C-V轉(zhuǎn)換模塊、后置 差分放大模塊、同相放大模塊、反相放大模塊和后置低通濾波模塊;所述旋變解調(diào)芯片產(chǎn)生 兩組正弦激勵信號均經(jīng)所述差分放大模塊進行放大后，由所述低通濾波模塊濾除低頻信 號，然后通過所述激勵驅(qū)動模塊作用于所述定子的所述激勵電極;所述轉(zhuǎn)子在主軸的帶動 下轉(zhuǎn)動，使得所述敏感電極和所述采集電極正對面積發(fā)生改變，進而獲得4路電量變化信 號，4路電量變化信號分別通過所述C-V轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為4路電壓信號，4路電壓信號均經(jīng)所 述后置差分放大模塊放大后，其中兩路電壓信號進行所述同相放大模塊放大，另外兩路電 壓信號進行所述反相放大模塊放大，最后均通過所述后置低通濾波模塊濾除低通信號后， 傳輸至所述旋變解調(diào)芯片。
【文檔編號】G01B7/30GK106052546SQ201610341028
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月20日
【發(fā)明人】張嶸, 周斌, 侯波, 林志輝, 宋明亮
【申請人】清華大學