一种电容式角度传感器制造技术

一种电容式角度传感器，包括前极板、轴、陶瓷介质、后极板、垫片，陶瓷介质固定在轴上，前极板和后极板穿过轴通过垫片保持极板间的间隙固定，并保持与陶瓷介质的间隙相同，前极板和后极板采用碳氢化合物陶瓷材料，前极板上设置激磁信号电路，激磁信号电路由外部自动增益控制电路提供激磁电源，后极板上设置电容差分调幅电路。本实用新型专利技术采用低线胀系数的碳氢化合物陶瓷极板材料，有效减小了电容式角度传感器固有温度漂移，在两极板上分别设置激磁信号电路和电容差分调幅电路，简化了传感器的结构，激磁信号电路产生更高频率的激磁信号，提高了传感器的灵敏度与角度精度，同时利用外部自动增益控制电路，使传感器的灵敏度在高温情况下基本不变。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种电容式角度传感器，特别是一种高灵敏度低温漂电容式角度 传感器，可作为工业级温度(-40°C +85°C)环境下的无接触有限角测角传感器，摆动电机 的角度传感器。
技术介绍
目前，国内外采用的电容式角度传感器分为变间隙，变面积，变介质等，同时在还 采用差分式结构，但均会有温漂现象，由于电容本身的特点，在高温条件下极板材料的变 形，极板间隙的改变，极板间有效面积的改变，元器件固有的温度特性等，都会带来温漂。用 在幀扫电机上的角度传感器，是一个随动系统，对角位置要求非常严格，要求在工业级温度 范围内输入控制电压与位置反馈严格成一定比例关系，如果角度传感器出现大的温度漂移 将会直接影响电机的扫描精度。
技术实现思路
本技术的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供一种电容式角度传感 器，该传感器结构简单、温漂低、灵敏度高。 本技术的技术解决方案是一种电容式角度传感器，包括前极板、轴、陶瓷介质、后极板、垫片，陶瓷介质固定在轴上，前极板和后极板穿过轴通过垫片保持极板间的间隙固定，并保持与陶瓷介质的间隙相同，所述的前极板为1/4扇形极板，陶瓷介质的形状与前极板的形状相同，前极板和后极板采用碳氢化合物陶瓷材料，前极板上设置电容差分调幅电路将角度传感器的输出电容进行差分转换成电压值，后极板上设置激磁信号电路为角度传感器提供激磁信号，激磁信号电路由外部自动增益控制电路提供激磁电源。 所述的前极板、后极板为R04350B型碳氢化合物陶瓷材料。 所述的后极板中激磁信号电路产生的激磁信号频率为2Mhz、峰峰值为500V。 所述的垫片、轴采用钛合金材料。 本技术与现有技术相比的有益效果是本技术通过采用低线胀系数的碳 氢化合物陶瓷极板材料，有效减小了电容式角度传感器固有温度漂移，在两极板上分别设 置激磁信号电路和电容差分调幅电路，简化了传感器的结构，激磁信号电路产生更高频率 的激磁信号，提高了电容式角度传感器的灵敏度与角度精度，同时利用外部自动增益控制 电路，使电容式角度传感器的灵敏度在高温情况下基本不变，使电容式角度传感器在工业 级温度范围内从以前漂移的50角分减小到了 2角分。附图说明图1为本技术的结构示意图； 图2为本技术前极板的平面图； 图3为本技术后极板的平面图； 图4为本技术电容差分调幅电路图； 图5为本技术激磁信号电路图； 图6为本技术采用的自动增益控制电路图； 图7为本技术高低温漂移测试原理图。具体实施方式如图1所示，轴2事先安装在电机上，先将图2所示的前极板1通过两个销钉定位 贴在电机的底板壳体上，然后将陶瓷介质3套在轴2上，用四个垫片5把图2所示的前极板 1与图3所示的后极板4之间的间隙固定，并用螺钉固定拧紧，把外接电路控制板的信号通 过DB9连接器连接传感器，构成整个测角系统，最后用顶丝将陶瓷介质3与轴2固定，并保 证陶瓷介质3与两极板间的间隙dl，d2 —样。其中图2所示的前极板1的形状为1/4扇形 极板，陶瓷介质3的形状与图2所示的前极板1的形状、大小相同，轴2带动陶瓷介质3转 动，使图1所示的电容式角度传感器的极板面积发生改变，从而使输出电容值改变即可以 测量角度。该电容式角度传感器为绝缘介质分开的两个平行金属板组成的差分式平板电容 器，旋转陶瓷介质3在两个定极板间形成一个介质，它的旋转导致介质的改变，电容也随之 改变，再由前极板1上设置的电容差分调幅电路6对其两路电容进行容值的电压变换，然后 再采用差分放大将陶瓷介质3旋转角度转换为电压量，由差分放大两路信号与基准电压形 成一个自动增益控制电路为后极板4上的激磁信号电路7提供激磁电源。 目前，国内极板一般采用低温度线胀系数的陶瓷材料，或者石英材料，由于本传感 器的后极板4上还带有激磁信号电路7，前极板1上设置有电容差分调幅电路6，所以前、后 极板材料采用低介电常数、低线胀系数的高频复合陶瓷材料，本技术主要采用R04350B 型碳氢化合物陶瓷材料。 本技术在前极板1上设置电容差分调幅电路6，如图4所示，电路由四个二极 管D1、D2、D3、D4和电容C1、C2组成，差分电容Sl通过正接二极管Dl或D2和Cl组成的整 流电路转转成电压信号VI，差分电容S2通过正接二极管D3或D4和C2组成的整流电路转 转成电压信号V2，其中电容C1、C2起滤波作用。 本技术在后极板4上设置激磁信号电路7，如图5所示，电路由电阻R10、R11、 三极管Q3、 Q4以及罐型磁芯变压器JP2组成，该电路可以通过罐型磁芯变压器JP2输出激 磁振荡信号，该电路采用自激推挽式产生高频交流信号，通过改变变压器JP2磁芯电感改变激磁频率，由于容抗^ = ^T随着频率升高，容抗减小，输出电压增大，传感器灵敏度的提高依靠传感器激磁信号的频率，所以提高激磁频率也就意味着提高传感器的灵敏度， 高变压比将交流信号峰峰值放大到几百伏，这样的信号在两路差分电容极板上感应出峰峰 值几伏的同频率交流信号，本技术激磁信号电路产生的激磁信号频率为2Mhz、峰峰值 为500V。 图5所示的激磁信号电路7的输入电压AGC由如图6所示的AGC电路输出，AGC电 路由可变电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、可变电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、 由二极管D5、电容C3和运算放大器LM324组成的反向比例放大电路以及三极管Ql组成，可 变电阻Rl的两端接±5伏电压，电阻R7的一端接_5伏电压，另一端连接放大器LM324的伏输入端、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电容C3以及二极管D5的正极，三极管的集电 极接正15伏电压，放大器LM324的正输入端接地。提高本技术的灵敏度是降低温漂的 一种重要手段，只有灵敏度高了电容才能敏感微小变化，采用自动增益控制电路(即AGC) 对传感器的灵敏度进行校正。该电路的工作原理是当环境温度升高时，由于极板材料的膨 胀电容间隙减小，电容增大，附图4中两相调幅信号VI、 V2也增大，经过低通滤波相应放大 成附图6电路中的VA和VB， VA与VB和基准电压进行求和，得到的误差就减小，将误差进行 积分，积分结果连接到三极管Q1的基极，三极管将此电流放大并通过电阻R9输出AGC电压 给电容角度传感器做激磁电源，激磁电压变小，则两路调幅后的信号VA和VB也减小，所以 AGC电路始终可以保证传感器的灵敏度不变，也就是保证VA与VB不变。 本技术的元器件采用低温漂元器件，检波二极管Dl、 D2、 D3、 D4、 D5均采用 阵列二极管，运算放大器LM324采用工业级的四运放，其余电阻、电容均采用温度系数为 50卯m广C以下的元器件。 对本技术进行高低温漂移测试，测试原理如图7所示，将本技术所述的 电容式角度传感器安装在帧扫电机72上并与电路控制板放入高低温箱71，将帧扫电机72 上电，用激光器73发出的激光光束透过高低温箱的玻璃74打到电机负载镜片75上，并反 射到对面的坐标纸76上。在常温通电5分钟后，用精密直流稳流器调节给定电压值Ul (该 试验中给定士5V， 士7V， 士9V)，分别在坐标纸76上做出这6个电压值相应的刻线标记，标 记完关机。然后先高温+60°C本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电容式角度传感器，其特征在于：包括前极板（１）、轴（２）、陶瓷介质（３）、后极板（４）、垫片（５），陶瓷介质（３）固定在轴（２）上，前极板（１）和后极板（４）穿过轴（２）通过垫片（５）保持极板间的间隙固定，并保持与陶瓷介质（３）的间隙相同，所述前极板（１）为１／４扇形极板，陶瓷介质（３）的形状与前极板（１）的形状相同，前极板（１）和后极板（４）采用碳氢化合物陶瓷材料，前极板（１）上设置电容差分调幅电路（６）将角度传感器的输出电容进行差分转换成电压值，后极板（４）上设置激磁信号电路（７）为角度传感器提供激磁信号，激磁信号电路（７）由外部自动增益控制电路提供激磁电源。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：肖跃华，李建春，谭映戈，孙昕，郑浩然，才小士，
申请(专利权)人：北京航天控制仪器研究所，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]