一种基于介质电容的差动角度传感器及测量方法技术

本发明专利技术属于传感测量技术领域，具体涉及一种基于介质电容的差动角度传感器及测量方法。包括左上极板和右上极板、转轴、介质、左下极板和右下极板、上轴承、下轴承，该发明专利技术的电容式角度传感器的下极板可设置激磁电路产生电容式传感器用高频激磁信号，上极板设置电容差分调幅电路将与输入角度对应的容值转换成电压值输出。该发明专利技术的电容式差动角度传感器，还可通过提高激磁信号频率来提升传感器的灵敏度，且利用外部自动增益控制电路，保证传感器在温度变化时其灵敏度基本不变。变化时其灵敏度基本不变。变化时其灵敏度基本不变。

【技术实现步骤摘要】
一种基于介质电容的差动角度传感器及测量方法


[0001]本专利技术属于传感测量
，涉及一种新型电容式角度测量方法，具体涉及一种基于介质电容的差动角度传感器及测量方法。

技术介绍

[0002]角位移测量在工业、航空、船舶等多个领域具有广泛的应用。按照测量原理的不同，可以分为光电式、磁电式、电容式、电感式和电阻式等类型。
[0003]本专利技术针对常用的电容式角度传感器抗干扰能力差和高温漂的问题，设计了一种基于介质电容的差动角度传感器及测量方法，可通过外部测量电路实现差动式测量，具有抗干扰能力强和低温漂的性能；测量方法和结构简单可靠，成本低。
[0004]该专利技术的电容式角度传感器的下极板可设置激磁电路产生电容式传感器用高频激磁信号，上极板设置电容差分调幅电路将与输入角度对应的容值转换成电压值输出。
[0005]该专利技术的电容式差动角度传感器，还可通过提高激磁信号频率来提升传感器的灵敏度，且利用外部自动增益控制电路，保证传感器在温度变化时其灵敏度基本不变。该专利技术可应用于飞机飞行控制系统的攻角、迎角、侧滑角等角位移测量设备，有望在航空、航天、导弹发射及民用测控设备的自动化控制领域得到推广和应用，特别是飞机和船舶等方向舵、车辆的方向角和倾斜角等测量设备的应用。

技术实现思路

[0006]为了探索基于介质电容的差动角度测量方法，具体涉及一种新型电容式角度测量方法。本专利技术提供了一种新型电容式角度测量方法，工作稳定可靠，而且实施方便，经济效益好。
[0007]技术方案
[0008]一种基于介质电容的差动角度传感器，包括左上极板1和右上极板5、转轴6、介质2、左下极板3和右下极板4、上轴承7、下轴承8，左上极板1和右上极板5通过上轴承7与转轴6滚动连接，左下极板3和右下极板4通过下轴承8与转轴6滚动连接，介质2与转轴6固定连接并位于上轴承7与下轴承8之间，左上极板1、右上极板5、左下极板3、右下极板4均为半圆结构；左上极板1和右上极板5、左下极板3和右下极板4分别180
°
对称分布，且左上极板1和右上极板5、左下极板3和右下极板为金属导电材料，转轴6为非导电材料；上轴承7和下轴承8结构尺寸相同。
[0009]进一步的，所述左上极板1和右上极板5、左下极板3和右下极板4的结构尺寸完全相同，安装后固定不动。
[0010]进一步的，左上极板1和左下极板3构成平板电容器C1，右上极板5和右下极板4构成平板电容器C2。
[0011]进一步的，转轴6它带动介质2转动，当被测转轴6转动一定角度时，两个平板电容器的电容值C1和C2将产生变化。
[0012]进一步的，介质2为半圆结构，尺寸大小与左上极板1相同。
[0013]进一步的，所述介质2具体包括金属固体材料、非金属固定材料和高分子材料，硅最好但造价贵，本专利技术优选陶瓷材料。陶瓷介质介电常数值较大，温度稳定性好。
[0014]进一步的，所述上轴承7和下轴承8应保证同轴度和平行度。
[0015]一种基于介质电容的差动角度传感器的测量方法：
[0016]通过改变电极板覆盖面积S来实现电容量变化。当转轴位于初始位置时，介质2分别与左上极板1和左下极板3、右上极板5和右下极板4的相对覆盖面积相等，同为四分之一扇形，对应的2个电容器C1和C2的电容量为：
[0017][0018]式中：C1和C2为电容量；S为极板间的相互覆盖面积；d为两极板的距离；ε为两极板间介质的介电常数。
[0019]当转轴6转过一定角度θ时，由于介质2与转轴6固定，因此介质2与左上极板1和左下极板3、右上极板5和右下极板4的相对覆盖角度发生变化。此时对应的2个电容器C1和C2的电容量为：
[0020][0021][0022]由此可知，介质2与左上极板1和左下极板3、右上极板5和右下极板4分别构成了差动式电容传感器C1‑
C2，通过后续处理电路即可实现角度的测量：
[0023][0024]或
[0025][0026]角度θ与差动电容值C1‑
C2成线性关系。
[0027]技术效果
[0028]本专利技术针对常用的电容式角度传感器抗干扰能力差和高温漂的问题，设计了一种基于介质电容的差动角度传感器及测量方法，可通过外部测量电路实现差动式测量，具有抗干扰能力强和低温漂的性能；测量方法和结构简单可靠，成本低。
[0029]该专利技术的电容式角度传感器的下极板可设置激磁电路产生电容式传感器用高频激磁信号，上极板设置电容差分调幅电路将与输入角度对应的容值转换成电压值输出。
[0030]该专利技术的电容式差动角度传感器，还可通过提高激磁信号频率来提升传感器的灵敏度，且利用外部自动增益控制电路，保证传感器在温度变化时其灵敏度基本不变。
[0031]该专利技术可应用于飞机飞行控制系统的攻角、迎角、侧滑角等角位移测量设备，有望在航空、航天、导弹发射及民用测控设备的自动化控制领域得到推广和应用。
附图说明
[0032]图1是本专利技术的结构图；
[0033]图2是本专利技术的角位移为0
°
时原理图；
[0034]图3是本专利技术有一定角位移θ时原理图。
[0035]图中：1—左上极板，2—陶瓷介质，3—左下极板，4—右下极板，5—右上极板，6—转轴，7—上轴承，8—下轴承。
[0036]左上极板1和左下极板3构成平板电容器C1，右上极板5和右下极板4构成平板电容器C2，当被测转轴6转动一定角度时，两个平板电容器的电容值C1和C2将产生变化。
具体实施方式
[0037]下面结合实施例对本专利技术作进一步描述。以下所述仅为本专利技术一部分实施例，非全部实施例。基于本专利技术实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0038]根据附图2所示可知，上极板1和下极板3构成平板电容器C1；上极板5和下极板4构成平板电容器C2；
[0039]根据附图3可知，当被测转轴6转动一定角度时，两个平板电容器的电容值将产生变化。其中上、下极板分别通过上、下轴承与被测转轴接触，陶瓷介质固定在被测转轴上并跟随转轴转动。陶瓷介质为二分之一扇形，即圆心角为180
°
；上极板和下极板同为二分之一扇形极板，但两者的安装位置在空间上错开180
°
。被测转轴的初始位置是将陶瓷介质置于上下极板的中心轴线，即四分之一扇形与上极板构成一个平板电容器，四分之一扇形与下极板构成另一个平板电容器。当被测转轴转动一定角度时，两个平板电容器的电容值将产生变化。
[0040]基于介质电容的差动角度传感器，包括左上极板1和右上极板5、转轴6、介质2、左下极板3和右下极板4、上轴承7、下轴承8，左上极板1和右上极板5通过上轴承7与转轴6滚动连接，左下极板3和右下极板4通过下轴承8与转轴6滚动连接，介质2与转轴6固定连接并位于上轴承7与下轴承8之间，左上极板1、右上极本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于介质电容的差动角度传感器，其特征在于，包括左上极板(1)和右上极板(5)、转轴(6)、介质(2)、左下极板(3)和右下极板(4)、上轴承(7)、下轴承(8)，左上极板(1)和右上极板(5)通过上轴承(7)与转轴(6)滚动连接，左下极板(3)和右下极板(4)通过下轴承(8)与转轴(6)滚动连接，介质(2)与转轴(6)固定连接并位于上轴承(7)与下轴承(8)之间，左上极板(1)、右上极板(5)、左下极板(3)、右下极板(4)均为半圆结构；左上极板(1)和右上极板(5)、左下极板(3)和右下极板(4)分别180
°
对称分布，且左上极板(1)和右上极板(5)、左下极板(3)和右下极板为金属导电材料，转轴(6)为非导电材料；上轴承(7)和下轴承(8)结构尺寸相同。2.根据权利要求1所述的一种基于介质电容的差动角度传感器，其特征在于，所述左上极板(1)和右上极板(5)、左下极板(3)和右下极板(4)的结构尺寸完全相同，安装后固定不动。3.根据权利要求1所述的一种基于介质电容的差动角度传感器，其特征在于，左上极板(1)和左下极板(3)构成平板电容器C1，右上极板(5)和右下极板(4)构成平板电容器C2。4.根据权利要求1所述的一种基于介质电容的差动角度传感器，其特征在于，转轴(6)它带动介质(2)转动，当被测转轴(6)转动一定角度时，两个平板电容器的电容值C1和C2将产生变化。5.根据权利要求1所述的一种基于介质电容...

【专利技术属性】
技术研发人员：施文斌，刘亚利，周伟云，
申请(专利权)人：武汉航空仪表有限责任公司，
类型：发明
国别省市：