[發明專利]一種基于雙調制法的雙軸電容位移檢測裝置和方法

有效

• 申請號: 202010594023.5
• 申請日: 2020-06-24
• 公開（公告）號: CN111811385B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發明（設計）人: 許強偉;涂良成;嚴世濤;伍文杰
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01B7/02
• 分類號: G01B7/02;G01B7/04
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 祝丹晴;李智

1.一種基于雙調制法的雙軸電容位移檢測裝置，其特征在于，包括：定極板、動極板、第一驅動電壓模塊、第二驅動電壓模塊、電荷放大器、第一同步解調模塊和第二同步解調模塊；

所述第一驅動電壓模塊產生用于調制水平方向位移變化的正負驅動載波，加載于所述定極板上；

所述第二驅動電壓模塊產生用于調制間距變化方向的單路驅動載波，也加載于所述定極板上，以頻分復用的方式與所述第一驅動電壓模塊一起工作；

所述電荷放大器與所述動極板相連，用于將水平方向位移及間距變化引起的差分電容信號轉化為電壓信號；

所述第一同步解調模塊和所述第二同步解調模塊用于對轉化得到的所述電壓信號進行同步解調，分別得到含有水平方向位移變化量和間距變化量的直流信號；

所述定極板包括正定極板和負定極板；所述正定極板和負定極板以平行且交錯的等間距陣列形式排布；

所述第一驅動電壓模塊產生的所述正負驅動載波±V_p1sin(ω₁t)中，正相載波+V_p1sin(ω₁t)加載于所述正定極板上，負相載波-V_p1sin(ω₁t)加載于所述負定極板上，其中V_p1為所述正負驅動載波的幅值，ω₁為所述正負驅動載波的頻率；

所述第二驅動電壓模塊產生的所述單路驅動載波V_p2sin(ω₂t)，同樣加載在所述正定極板和負定極板上，其中V_p2為所述單路驅動載波的幅值，ω₂為所述單路驅動載波的頻率。

2.如權利要求1所述的雙軸電容位移檢測裝置，其特征在于，所述動極板與所述定極板呈正對狀排布，組成差分電容。

3.如權利要求1所述的雙軸電容位移檢測裝置，其特征在于，所述第一同步解調模塊以V_p1sin(ω₁t)為參考信號對所得的電壓信號進行同步解調，從而得到含有水平方向位移變化量的直流信號。

4.如權利要求1所述的雙軸電容位移檢測裝置，其特征在于，所述第二同步解調模塊以所述單路驅動載波為參考信號對所得的電壓信號進行同步解調，從而得到含有間距變化量的直流信號。

5.如權利要求1-4任一項所述的雙軸電容位移檢測裝置，其特征在于，所述第一同步解調模塊和所述第二同步解調模塊均包括依次連接的帶通濾波器、乘法器和低通濾波器。

6.如權利要求1-4任一項所述的雙軸電容位移檢測裝置，其特征在于，所述電荷放大器包括運算放大器、反饋電容和反饋電阻。

7.一種基于雙調制法的雙軸電容位移檢測方法，應用于如權利要求1-6任一項所述的雙軸電容位移檢測裝置，其特征在于，包括以下步驟：

在電容的定極板上加載用于調制水平方向位移變化的正負驅動載波；

將用于調制間距變化方向的單路驅動載波，也加載于所述定極板上，以頻分復用的方式與所述正負驅動載波一起工作；

將水平方向位移及間距變化引起的差分電容信號轉化為電壓信號；

對轉化得到的所述電壓信號進行同步解調，分別得到含有水平方向位移變化量和間距變化量的直流信號。

8.如權利要求7所述的雙軸電容位移檢測方法，其特征在于，進行所述同步解調時，以V_p1sin(ω₁t)為參考信號對所得的電壓信號進行同步解調，得到含有水平方向位移變化量的直流信號；以所述單路驅動載波為參考信號對所得的電壓信號進行同步解調，得到含有間距變化量的直流信號。