[實(shí)用新型]一種電容式角度傳感器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200920109710.2
• 申請(qǐng)日: 2009-07-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN201463833U
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-05-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 肖躍華;李建春;譚映戈;孫昕;鄭浩然;才小士
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航天控制儀器研究所
• 主分類號(hào): G01B7/30
• 分類號(hào): G01B7/30
• 代理公司: 中國(guó)航天科技專利中心 11009
• 代理人: 安麗

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種電容式角度傳感器，特別是一種高靈敏度低溫漂電容式角度傳感器，可作為工業(yè)級(jí)溫度(-40℃～+85℃)環(huán)境下的無(wú)接觸有限角測(cè)角傳感器，擺動(dòng)電機(jī)的角度傳感器。

背景技術(shù)

目前，國(guó)內(nèi)外采用的電容式角度傳感器分為變間隙，變面積，變介質(zhì)等，同時(shí)在還采用差分式結(jié)構(gòu)，但均會(huì)有溫漂現(xiàn)象，由于電容本身的特點(diǎn)，在高溫條件下極板材料的變形，極板間隙的改變，極板間有效面積的改變，元器件固有的溫度特性等，都會(huì)帶來(lái)溫漂。用在幀掃電機(jī)上的角度傳感器，是一個(gè)隨動(dòng)系統(tǒng)，對(duì)角位置要求非常嚴(yán)格，要求在工業(yè)級(jí)溫度范圍內(nèi)輸入控制電壓與位置反饋嚴(yán)格成一定比例關(guān)系，如果角度傳感器出現(xiàn)大的溫度漂移將會(huì)直接影響電機(jī)的掃描精度。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的技術(shù)解決問(wèn)題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種電容式角度傳感器，該傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、溫漂低、靈敏度高。

本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是：一種電容式角度傳感器，包括前極板、軸、陶瓷介質(zhì)、后極板、墊片，陶瓷介質(zhì)固定在軸上，前極板和后極板穿過(guò)軸通過(guò)墊片保持極板間的間隙固定，并保持與陶瓷介質(zhì)的間隙相同，所述的前極板為1/4扇形極板，陶瓷介質(zhì)的形狀與前極板的形狀相同，前極板和后極板采用碳?xì)浠衔锾沾刹牧希皹O板上設(shè)置電容差分調(diào)幅電路將角度傳感器的輸出電容進(jìn)行差分轉(zhuǎn)換成電壓值，后極板上設(shè)置激磁信號(hào)電路為角度傳感器提供激磁信號(hào)，激磁信號(hào)電路由外部自動(dòng)增益控制電路提供激磁電源。

所述的前極板、后極板為RO4350B型碳?xì)浠衔锾沾刹牧稀?/p>

所述的后極板中激磁信號(hào)電路產(chǎn)生的激磁信號(hào)頻率為2Mhz、峰峰值為500V。

所述的墊片、軸采用鈦合金材料。

本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是：本實(shí)用新型通過(guò)采用低線脹系數(shù)的碳?xì)浠衔锾沾蓸O板材料，有效減小了電容式角度傳感器固有溫度漂移，在兩極板上分別設(shè)置激磁信號(hào)電路和電容差分調(diào)幅電路，簡(jiǎn)化了傳感器的結(jié)構(gòu)，激磁信號(hào)電路產(chǎn)生更高頻率的激磁信號(hào)，提高了電容式角度傳感器的靈敏度與角度精度，同時(shí)利用外部自動(dòng)增益控制電路，使電容式角度傳感器的靈敏度在高溫情況下基本不變，使電容式角度傳感器在工業(yè)級(jí)溫度范圍內(nèi)從以前漂移的50角分減小到了2角分。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型前極板的平面圖；

圖3為本實(shí)用新型后極板的平面圖；

圖4為本實(shí)用新型電容差分調(diào)幅電路圖；

圖5為本實(shí)用新型激磁信號(hào)電路圖；

圖6為本實(shí)用新型采用的自動(dòng)增益控制電路圖；

圖7為本實(shí)用新型高低溫漂移測(cè)試原理圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，軸2事先安裝在電機(jī)上，先將圖2所示的前極板1通過(guò)兩個(gè)銷釘定位貼在電機(jī)的底板殼體上，然后將陶瓷介質(zhì)3套在軸2上，用四個(gè)墊片5把圖2所示的前極板1與圖3所示的后極板4之間的間隙固定，并用螺釘固定擰緊，把外接電路控制板的信號(hào)通過(guò)DB9連接器連接傳感器，構(gòu)成整個(gè)測(cè)角系統(tǒng)，最后用頂絲將陶瓷介質(zhì)3與軸2固定，并保證陶瓷介質(zhì)3與兩極板間的間隙d1，d2一樣。其中圖2所示的前極板1的形狀為1/4扇形極板，陶瓷介質(zhì)3的形狀與圖2所示的前極板1的形狀、大小相同，軸2帶動(dòng)陶瓷介質(zhì)3轉(zhuǎn)動(dòng)，使圖1所示的電容式角度傳感器的極板面積發(fā)生改變，從而使輸出電容值改變即可以測(cè)量角度。該電容式角度傳感器為絕緣介質(zhì)分開(kāi)的兩個(gè)平行金屬板組成的差分式平板電容器，旋轉(zhuǎn)陶瓷介質(zhì)3在兩個(gè)定極板間形成一個(gè)介質(zhì)，它的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致介質(zhì)的改變，電容也隨之改變，再由前極板1上設(shè)置的電容差分調(diào)幅電路6對(duì)其兩路電容進(jìn)行容值的電壓變換，然后再采用差分放大將陶瓷介質(zhì)3旋轉(zhuǎn)角度轉(zhuǎn)換為電壓量，由差分放大兩路信號(hào)與基準(zhǔn)電壓形成一個(gè)自動(dòng)增益控制電路為后極板4上的激磁信號(hào)電路7提供激磁電源。

目前，國(guó)內(nèi)極板一般采用低溫度線脹系數(shù)的陶瓷材料，或者石英材料，由于本傳感器的后極板4上還帶有激磁信號(hào)電路7，前極板1上設(shè)置有電容差分調(diào)幅電路6，所以前、后極板材料采用低介電常數(shù)、低線脹系數(shù)的高頻復(fù)合陶瓷材料，本實(shí)用新型主要采用RO4350B型碳?xì)浠衔锾沾刹牧稀?/p>

本實(shí)用新型在前極板1上設(shè)置電容差分調(diào)幅電路6，如圖4所示，電路由四個(gè)二極管D1、D2、D3、D4和電容C1、C2組成，差分電容S1通過(guò)正接二極管D1或D2和C1組成的整流電路轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)成電壓信號(hào)V1，差分電容S2通過(guò)正接二極管D3或D4和C2組成的整流電路轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)成電壓信號(hào)V2，其中電容C1、C2起濾波作用。