[發(fā)明專利]一種單極性一維、二維電容式偏擺角度傳感器有效
| 申請(qǐng)?zhí)枺?/td> | 201810944061.1 | 申請(qǐng)日： | 2018-08-18 |
| 公開（公告）號(hào)： | CN110701994B | 公開（公告）日： | 2021-04-20 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 王代華;梁亮;莫孔嘉 | 申請(qǐng)（專利權(quán)）人： | 重慶大學(xué) |
| 主分類號(hào)： | G01B7/30 | 分類號(hào)： | G01B7/30 |
| 代理公司： | 重慶華科專利事務(wù)所 50123 | 代理人： | 康海燕;唐錫嬌 |
| 地址： | 400030 *** | 國省代碼： | 重慶;50 |
| 權(quán)利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 極性 二維 電容 式偏擺 角度 傳感器 | ||
1.一種單極性一維電容式偏擺角度傳感器，包括傳感器探頭和信號(hào)調(diào)理電路，傳感器探頭包括探頭殼體(1)和安裝在探頭殼體一端的感應(yīng)極板(2)；其特征在于：
所述感應(yīng)極板(2)包括基底(21)和設(shè)置在基底上且關(guān)于偏擺軸對(duì)稱的兩組傳感陣列；
所述信號(hào)調(diào)理電路包括集成在調(diào)制電路板(3)上的兩個(gè)載波調(diào)制電路以及集成在解調(diào)電路板(4)上的差動(dòng)放大器和兩個(gè)解調(diào)電路，調(diào)制電路板(3)安裝在探頭殼體(1)內(nèi)，兩個(gè)載波調(diào)制電路分別通過同軸電纜與兩組傳感陣列連接，解調(diào)電路板(4)安裝在探頭殼體(1)外，兩個(gè)解調(diào)電路分別通過多芯電纜與兩個(gè)載波調(diào)制電路連接，差動(dòng)放大器的兩個(gè)輸入端分別與兩個(gè)解調(diào)電路的傳感電壓輸出端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單極性一維電容式偏擺角度傳感器，其特征在于：每組傳感陣列由一個(gè)或者兩個(gè)傳感單元(22)構(gòu)成，每個(gè)傳感單元(22)包括位于基底(21)正面的感應(yīng)電極(221)、等勢(shì)電極(222)和位于基底(21)背面的感應(yīng)連接電極(223)、等勢(shì)連接電極(224)，等勢(shì)電極同軸包圍感應(yīng)電極且與感應(yīng)電極之間具有絕緣環(huán)，感應(yīng)電極通過第一過孔(23)與感應(yīng)連接電極連接，等勢(shì)電極通過第二過孔(24)與等勢(shì)連接電極連接，等勢(shì)連接電極同軸包圍感應(yīng)連接電極且與感應(yīng)連接電極之間具有絕緣環(huán)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的單極性一維電容式偏擺角度傳感器，其特征在于：每個(gè)所述載波調(diào)制電路包括加法器X2、參考電容Cr和電壓跟隨器X1，加法器X2的一個(gè)輸入端與解調(diào)電路的載波電壓輸出端連接、另一個(gè)輸入端與電壓跟隨器X1的輸出端連接，加法器X2的輸出端與參考電容Cr的一端連接，參考電容Cr的另一端與電壓跟隨器X1的輸入端連接，電壓跟隨器X1的輸出端通過多芯電纜與一個(gè)解調(diào)電路的輸入端連接；一組傳感陣列中的感應(yīng)連接電極(223)通過同軸電纜的中心導(dǎo)體與一個(gè)載波調(diào)制電路內(nèi)的電壓跟隨器X1的輸入端連接，該組傳感陣列中的等勢(shì)連接電極(224)通過該同軸電纜的外層導(dǎo)體與該電壓跟隨器X1的輸出端連接；另一組傳感陣列中的感應(yīng)連接電極(223)通過同軸電纜的中心導(dǎo)體與另一個(gè)載波調(diào)制電路內(nèi)的電壓跟隨器X1的輸入端連接，該組傳感陣列中的等勢(shì)連接電極(224)通過該同軸電纜的外層導(dǎo)體與該電壓跟隨器X1的輸出端連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的單極性一維電容式偏擺角度傳感器，其特征在于：
所述的兩個(gè)載波調(diào)制電路內(nèi)的電壓跟隨器X1的輸出端分別輸出調(diào)制電壓V3、V4，調(diào)制電壓V3、V4之差與被測(cè)偏擺極板的偏擺角度θ2呈線性關(guān)系，表示為：
其中，Vr表示解調(diào)電路的載波電壓輸出端輸出的載波電壓，ε表示一組傳感陣列與被測(cè)偏擺極板之間介質(zhì)的介電常數(shù)，S表示該組傳感陣列與被測(cè)偏擺極板相互覆蓋面積，k表示比例系數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的單極性一維電容式偏擺角度傳感器，其特征在于：所述的兩個(gè)載波調(diào)制電路內(nèi)的電壓跟隨器X1的輸出端與一根多芯電纜(6)的一端連接，該多芯電纜(6)的另一端具有電纜接頭(7)，電纜接頭(7)與兩個(gè)解調(diào)電路的輸入端連接，兩個(gè)解調(diào)電路的傳感電壓輸出端分別與差動(dòng)放大器的兩個(gè)輸入端連接，差動(dòng)放大器的輸出端與一根BNC電纜(8)的一端連接，該BNC電纜(8)的另一端具有BNC轉(zhuǎn)SMA接頭(9)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2至5任一所述的單極性一維電容式偏擺角度傳感器，其特征在于：所述感應(yīng)極板(2)采用PCB工藝制作而成，感應(yīng)電極(221)呈圓形、等勢(shì)電極(222)呈圓環(huán)形，或者感應(yīng)電極(221)呈矩形、等勢(shì)電極(222)呈矩形環(huán)狀。
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