[发明专利]一种类旋转变压器的倾角传感器

权利要求书

1.一种类旋转变压器的倾角传感器，其特征在于，包括敏感结构和壳体；

所述敏感结构包括第一接受极板、发射极板和第二接受极板；

所述第一接受极板、发射极板和第二接受极板顺序依次间隔堆叠形成类似三明治结构并放置于所述壳体内，所述第一接受极板、发射极板和第二接受极板大小相同且相邻两所述极板之间间距相同，所述第一接受极板、第二接受极板和壳体构成封闭圆柱空间；

所述封闭圆柱空间内设置有电介质液体，在任意角度下，所述电介质液体液面与三块所述极板中心重合。

2.根据权利要求1所述的倾角传感器，其特征在于，所述发射极板采用双面圆环状结构，每一面所述圆环状结构均包括第一内外保护电极，所述第一内外保护电极之间设置为发射电极。

3.根据权利要求1所述的倾角传感器，其特征在于，所述第一接受极板和第二接受极板均采用圆环状结构，所述第一接受极板顶部和第二接受极板底部均采用玻璃密封。

4.根据权利要求1所述的倾角传感器，其特征在于，所述第一接受极板包括第二内外保护电极，所述第二内外保护电极之间依次设置第一接受电极、第二接受电极和第三接受电极，所述第一接受电极和第三接受电极相互连接与所述发射极板构成平行极板电容C1，所述第二接受电极和发射极板构成平行极板电容C2；其中，三个所述接受电极分别被两个偏心圆沿着X轴方向分割形成，两个偏心圆分别为：

(x-a)²+y²＝r₁²

式中，a表示两个偏心圆的偏心距，r₁表示第一偏心圆的半径，r₂表示第二偏心圆的半径，其中，X轴与待测量的倾角面平行，Y轴与待测量的倾角面垂直。

5.根据权利要求4所述的倾角传感器，其特征在于，所述第二接受极板采用圆环状结构，包括第三内外保护电极，所述第三内外保护电极之间依次设置第四接受电极，第五接受电极和第六接受电极，所述第四接受电极和第六接受电极相互连接与所述发射极板构成平行极板电容C3，所述第五接受电极和发射极板构成测量电容C4，其中，三个所述接受电极分别被第三偏心圆和第四偏心圆沿着Y轴方向分割形成，第三偏心圆和第四偏心圆为：

(y-a)²+x²＝r₁²

式中，a表示两个偏心圆的偏心距，r₁表示第三偏心圆的半径，r₂表示第四偏心圆的半径。

6.根据权利要求5所述的倾角传感器，其特征在于，根据积分定理和等效电路图得到四路电容值大小为：

式中：ε表示电介质液体的介电常数，S₁、S₂、S₃、S₄分别表示上述电容C1、C2、C3、C4的等效正对面积，θ表示所测倾角。

7.根据权利要求6所述的倾角传感器，其特征在于，该倾角传感器还包括解调电路，所述解调电路包括一个控制模块、一个DDS载波生成模块、四个C-V转换和高通滤波模块、两个开关解调模块、两个差分放大和低通滤波模块以及两个ADC量化模块；

所述控制模块控制所述DDS载波生成模块产生设定频率的载波信号，载波信号输出到所述发射电极和开关解调模块；

四个所述C-V转换和高通滤波模块用于将四路受倾角信息调制的电容信号换为电压信号，并将电压信号中的直流和低频信号去除；

每一所述开关解调模块根据所述DDS载波生成模块的开关切换时序对两路电压信号进行减法和滤波处理，得到一路去除载波的电压差信号；

每一所述差分放大和低通滤波模块用于将所述开关解调输出的电压差信号进行差分放大和低通滤波，得到相互正交的模拟电压信号；

每一所述ADC量化模块将两路正交的模拟电压信号转换为数字信号；

所述控制模块接收所述ADC量化模块的数字信号完成对正交信号的解算，得到的倾角信息。