[发明专利]一种绝对式电容角位移测量传感器

摘要

本发明涉及一种绝对式电容角位移测量传感器，其特征在于包括敏感结构、信号调制解调电路和误差补偿及融合模块；敏感结构包括纵向平行设置的第一定子、转子和第二定子；第一定子顶部外侧设置精测采集电极，第一定子顶部内侧设置精测激励电极；转子底部外侧设置精测敏感电极，转子底部内侧设置精测耦合电极，转子顶部外侧设置粗测敏感电极，转子顶部内侧设置粗测耦合电极，精测/和粗测敏感电极及精测/和粗测耦合电极为等势体；第二定子底部外侧设置粗测采集电极，第二定子底部内侧设置粗测激励电极；信号调制解调电路用于测量精测角位移和粗测角位移；误差补偿及融合模块用于进行误差补偿后计算绝对角位移，本发明可广泛用于角位移测量传感器中。

主权项

1.一种绝对式电容角位移测量传感器，其特征在于，该角位移测量传感器包括敏感结构、信号调制解调电路、误差补偿及融合模块和电源模块；所述敏感结构包括定子和转子，所述定子包括第一定子和第二定子，所述第一定子、转子和第二定子依次纵向平行设置；所述第一定子包括精测采集电极、精测激励电极和第一电荷放大器，所述第一定子底部固定设置所述第一电荷放大器，所述第一定子顶部外侧设置所述精测采集电极，所述第一定子顶部内侧设置所述精测激励电极；所述转子包括精测敏感电极、精测耦合电极、粗测敏感电极和粗测耦合电极，所述转子通过主轴固定连接运动件，所述转子底部外侧设置所述精测敏感电极，所述转子底部内侧设置所述精测耦合电极，且所述精测敏感电极和精测耦合电极为等势体；所述转子顶部外侧设置所述粗测敏感电极，所述转子顶部内侧设置所述粗测耦合电极，且所述粗测敏感电极和粗测耦合电极为等势体；所述第二定子包括粗测采集电极、粗测激励电极和第二电荷放大器，所述第二定子顶部固定设置所述第二电荷放大器，所述第二定子底部外侧设置所述粗测采集电极，所述第二定子底部内侧设置所述粗测激励电极；所述精测采集电极和精测敏感电极正对形成精测测量电容，所述精测激励电极和精测耦合电极正对形成精测耦合电容，所述粗测采集电极和粗测敏感电极正对形成粗测测量电容，所述粗测激励电极和粗测耦合电极正对形成粗测耦合电容；所述信号调制解调电路包括精测/和粗测旋变解调模块及精测/和粗测转角信号调制模块，所述精测/和粗测旋变解调模块将输出的载波信号经处理后作用到所述精测/和粗测激励电极并通过精测/和粗测耦合电容作用到所述精测/和粗测耦合电极，所述精测/和粗测耦合电极将载波信号传递到所述精测/和粗测敏感电极，并通过精测/和粗测测量电容作用到所述精测/和粗测采集电极得到精测/和粗测电容信号，精测/和粗测电容信号通过相应电荷放大器及精测/和粗测转角信号调制模块获得精测/和粗测正交旋变信号后经所述精测/和粗测旋变解调模块解算得到精测/和粗测角位移；其中，所述定子与转子的转角变化通过精测/和粗测的测量电容变化进而将转角信息转换为正交测量信号，具体过程为：所述精测敏感电极为函数和函数围成的环形花瓣结构区域，其中，R表示花瓣状所述精测敏感电极的极坐标圆半径，τ表示所述精测敏感电极宽度的一半，N表示所述精测敏感电极所包含的正弦周期个数，表示所述转子与定子的机械转角；在所述精测敏感电极的一个正弦周期内，每间隔90°将正对的环形所述精测采集电极分割成一扇形区域，一个正弦周期内分割成的四个扇形区域分别表示为S₀、S₉₀、S₁₈₀和S₂₇₀，四个扇形区域又被半径为R的圆内外分割成八个扇形区域，分别表示为：其中，θ表示测量输出角，且有关系式：将区域S_0内连接区域S_180外、区域S_90内连接区域S_270外、区域S_180内连接区域S_0外以及区域S_270内连接区域S_90外获得所述精测敏感电极和精测采集电极的正对面积随转角变化的四个正对区域分别表示为：其中，A表示正对面积的直流分量，B表示由参数R、τ决定的幅度；将每一正弦周期中所述精测敏感电极和精测采集电极形成的四个正对区域相应连接得到：将一个正弦周期内的四个正对区域形成的多级电容分别表示为C₁、C₂、C₃和C₄，并将所述精测敏感电极中N个正弦周期的多级电容C₁、C₂、C₃和C₄均相应连接得到四路精测电容信号C_N1、C_N2、C_N3和C_N4；所述误差补偿及融合模块用于对精测角位移和粗测角位移进行误差补偿，经补偿后的精测角位移和粗测角位移通过计算得到绝对位移；所述电源模块用于为各部件进行供电。