[發明專利]一種單極性一維、二維電容式偏擺角度傳感器

有效

• 申請號: 201810944061.1
• 申請日: 2018-08-18
• 公開（公告）號: CN110701994B
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發明（設計）人: 王代華;梁亮;莫孔嘉
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01B7/30
• 分類號: G01B7/30
• 代理公司: 重慶華科專利事務所 50123
• 代理人: 康海燕;唐錫嬌

本發明公開了一種單極性一維、二維電容式偏擺角度傳感器，一維電容式偏擺角度傳感器包括傳感器探頭和信號調理電路，傳感器探頭包括探頭殼體和感應極板，感應極板包括基底和兩組傳感陣列，信號調理電路包括集成在調制電路板上的兩個載波調制電路以及集成在解調電路板上的差動放大器和兩個解調電路，調制電路板安裝在探頭殼體內，兩個載波調制電路分別通過同軸電纜與兩組傳感陣列連接，解調電路板安裝在探頭殼體外，兩個解調電路與兩個載波調制電路連接，差動放大器與兩個解調電路連接，經載波調制后輸出的調制電壓的差與被測對象的偏擺角度呈線性關系；二維電容式偏擺角度傳感器的結構與前述相似。本發明能減小空間占用，提高抗干擾能力。

技術領域

本發明屬于傳感器測量領域，具體涉及一種單極性一維、二維電容式偏擺角度傳感器。

背景技術

電容式微位移傳感器具有非接觸測量、結構簡單、精度高、動態特性好、頻帶寬等特點，在工業生產和科學研究中得到了廣泛應用。目前，具有高測量靈敏度的電容式微位移傳感器有兩類：一類是雙極性電容，這種電容的兩個極板都需要自己的特定導線，電容的測量來自于這兩個非接地的極板；另一類是單極性電容，這種電容的一個極板接地，該接地極板無需特定導線，電容的測量來自于非接地的另外一個極板。

在主動光學系統、精密制造、微納操作等領域中，某些部件需要進行X向偏擺和/或Y向偏擺，為了測量偏擺角度的大小，目前采用的方式是：利用兩個相同的單極性電容式微位移傳感器對稱組成一維電容式偏擺角度傳感器，利用四個相同的單極性電容式微位移傳感器對稱組成二維電容式偏擺角度傳感器；這種方式形成的電容式偏擺角度傳感器結構復雜，需要比較大的安裝空間，并且其對單極性電容式微位移傳感器的安裝位置精度要求高。

另外，現有的單極性電容式微位移傳感器，包括傳感器探頭和信號調理電路，傳感器探頭包括探頭殼體和安裝在探頭殼體一端的感應極板，信號調理電路包括載波調制電路和解調電路，載波調制電路和解調電路都集成在信號調理電路板上，信號調理電路板安裝在探頭殼體外，載波調制電路與感應極板連接，由于載波調制電路與感應極板之間的距離較遠，感應極板輸出的信號容易被干擾，影響測量精度；為了減小干擾，需要進行電容匹配，從而使得信號調理電路復雜，并且進行電容匹配后的電容式微位移傳感器不能隨意改變其連接線纜的長度，使用不夠靈活，并且成本也較高。

發明內容

本發明的目的是提供一種單極性一維、二維電容式偏擺角度傳感器，以減小空間占用，提高抗干擾能力，并且簡化信號調理電路。

本發明所述的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調理電路，傳感器探頭包括探頭殼體和安裝在探頭殼體一端的感應極板；所述感應極板包括基底和設置在基底上且關于偏擺軸對稱的兩組傳感陣列；所述信號調理電路包括集成在調制電路板上的兩個載波調制電路以及集成在解調電路板上的差動放大器和兩個解調電路，調制電路板安裝在探頭殼體內，兩個載波調制電路分別通過同軸電纜與兩組傳感陣列連接，解調電路板安裝在探頭殼體外，兩個解調電路分別通過多芯電纜與兩個載波調制電路連接，差動放大器的兩個輸入端分別與兩個解調電路的傳感電壓輸出端連接，差動放大器的輸出端輸出反映偏擺角度的電壓信號。

每組傳感陣列由一個或者兩個傳感單元構成，每個傳感單元包括位于基底正面的感應電極、等勢電極和位于基底背面的感應連接電極、等勢連接電極，等勢電極同軸包圍感應電極且與感應電極之間具有絕緣環，感應電極通過第一過孔與感應連接電極連接，等勢電極通過第二過孔與等勢連接電極連接，等勢連接電極同軸包圍感應連接電極且與感應連接電極之間具有絕緣環。