本技術(shù)屬于傳感測量，涉及一種電容式角度測量方法，具體涉及一種變面積式電容結(jié)構(gòu)的差動角度傳感器。

背景技術(shù)：

1、角位移測量在工業(yè)、航空、船舶等多個領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。按照測量原理的不同，可以分為光電式、磁電式、電容式、電感式和電阻式等類型。

2、現(xiàn)有的角度傳感器或角位移傳感器如rvdt旋轉(zhuǎn)可變差動變壓器式角位移傳感器，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造難度高，價格昂貴；再如電阻式電位器角位移傳感器，電位器繞制難度高，有機械觸點抗振動性能差等。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、實用新型目的：

2、為了解決上述問題，提供了一種變面積式電容結(jié)構(gòu)的差動角度傳感器，該傳感器工作穩(wěn)定可靠，而且實施方便，經(jīng)濟效益好，能夠消除傳感器的測量誤差。

3、實用新型技術(shù)解決方案：

4、一種變面積式電容結(jié)構(gòu)的差動角度傳感器，包含兩片平行間隔放置的極板，一片為定片，另一片為動片，定片包含定片電極一和定片電極二，動片包含動片電極；動片電極與定片電極一形成電容c1，動片電極與定片電極二形成電容c2；定片固定不動，動片旋轉(zhuǎn)形成電容c1和電容c2的電容值變化，根據(jù)電容值變化與角度的變化的對應(yīng)關(guān)系完成動片轉(zhuǎn)動角度的測量。

5、進一步的，定片和動片的外形結(jié)構(gòu)尺寸相同，均為pcb板材，厚度為1mm，定片電極一、定片電極二和動片電極均為pcb板覆銅。

6、進一步的，定片和動片的中心均設(shè)有通孔，中心軸穿過兩極板的通孔，覆銅的電極相對，電極間隙不大于1mm，整個傳感器封裝于金屬殼體內(nèi)。

7、進一步的，定片電極一、定片電極二的覆銅部分為形狀和面積相同的90°扇形；定片電極一和定片電極二對稱設(shè)在定片上。

8、進一步的，動片電極為180°半圓，動片電極的半圓與定片電極一、定片電極二的扇形半徑r相同。

9、進一步的，半徑r≤50mm。

10、進一步的，所述兩片平行極板構(gòu)成的傳感器一般封裝于金屬殼體內(nèi)，定片與殼體固定連接，動片可采用軸承與中心軸連接，電極不與金屬殼體導(dǎo)通，3個電極分別通過焊接導(dǎo)線引出。

11、進一步的，所述兩片平行極板的安裝應(yīng)保證同軸度和平行度。

12、進一步的，所述兩片平行極板間的介質(zhì)一般為空氣，特殊情況下也可以采用其它非導(dǎo)電性介質(zhì)。介質(zhì)以介電常數(shù)大和溫度穩(wěn)定性好為優(yōu)。

13、一種基于介質(zhì)電容的差動角度傳感器的測量方法：

14、兩個平行極板組成的電容器，其電容量為：c＝εs/d。式中ε為介質(zhì)的介電常數(shù)，s為極板的面積，d極板的距離。

15、當(dāng)定片不動，動片順時針旋轉(zhuǎn)角度為θ(0≤θ≤90°)時，電容值c1和c2也將發(fā)生變化。

16、旋轉(zhuǎn)角度為θ與電容值c1和c2的差值c形成對應(yīng)關(guān)系，通過外部電路可測量電容值，將其轉(zhuǎn)換角度信號輸出，從而實現(xiàn)角度測量。

17、進一步的，上述的差動測量方案，可消除附加電容和外部干擾信號對測量精度的影響，抗干擾能力強，測量精度高。

18、本實用新型的優(yōu)點如下：

19、1、本實用新型針對常用的電容式角度傳感器抗干擾能力差和精度低的問題，提出了一種變面積式電容結(jié)構(gòu)的差動角度傳感器及其測量方法，可通過外部測量電路實現(xiàn)差動式測量，具有抗干擾能力強和精度高的優(yōu)點；測量方法和結(jié)構(gòu)簡單可靠，成本低。

20、2、該實用新型的電容式角度傳感器通過外部電路可測量電容值，將其轉(zhuǎn)換角度信號輸出，從而實現(xiàn)角度測量。

21、3、該實用新型的變面積式電容結(jié)構(gòu)的差動角度傳感器，還可通過提高激磁信號頻率來提升傳感器的靈敏度，且利用外部自動增益控制電路，保證傳感器性能。

22、4、該實用新型可應(yīng)用于飛機飛行控制系統(tǒng)的攻角、迎角、側(cè)滑角等角位移測量設(shè)備，有望在航空、航天、導(dǎo)彈發(fā)射及民用測控設(shè)備的自動化控制領(lǐng)域得到推廣和應(yīng)用，特別是飛機和船舶等方向舵、車輛的方向角和傾斜角等測量設(shè)備的應(yīng)用。

技術(shù)特征：

1.一種變面積式電容結(jié)構(gòu)的差動角度傳感器，其特征在于，包含兩片平行間隔放置的極板，一片為定片(1)，另一片為動片(2)，定片(1)包含定片電極一(3)和定片電極二(4)，動片包含動片電極(5)；動片電極(5)與定片電極一(3)形成電容c1，動片電極(5)與定片電極二(4)形成電容c2；定片(1)固定不動，動片(2)旋轉(zhuǎn)形成電容c1和電容c2的電容值變化，根據(jù)電容值變化與角度的變化的對應(yīng)關(guān)系完成動片(2)轉(zhuǎn)動角度的測量。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種變面積式電容結(jié)構(gòu)的差動角度傳感器，其特征在于，定片(1)和動片(2)的外形結(jié)構(gòu)尺寸相同，均為pcb板材，厚度為1mm，定片電極一(3)、定片電極二(4)和動片電極(5)均為pcb板覆銅。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種變面積式電容結(jié)構(gòu)的差動角度傳感器，其特征在于，定片(1)和動片(2)的中心均設(shè)有通孔，中心軸穿過兩極板的通孔，覆銅的電極相對，電極間隙不大于1mm，整個傳感器封裝于金屬殼體內(nèi)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種變面積式電容結(jié)構(gòu)的差動角度傳感器，其特征在于，定片電極一(3)、定片電極二(4)的覆銅部分為形狀和面積相同的90°扇形；定片電極一(3)和定片電極二(4)對稱設(shè)在定片(1)上。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種變面積式電容結(jié)構(gòu)的差動角度傳感器，其特征在于，動片電極(5)為180°半圓，動片電極(5)的半圓與定片電極一(3)、定片電極二(4)的扇形半徑r相同。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種變面積式電容結(jié)構(gòu)的差動角度傳感器，其特征在于，半徑r≯50mm。

技術(shù)總結(jié)
本技術(shù)屬于傳感測量技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種變面積式電容結(jié)構(gòu)的差動角度傳感器，包含兩片平行間隔放置的極板，一片為定片，另一片為動片，定片包含定片電極一和定片電極二，動片包含動片電極；動片電極與定片電極一形成電容C1，動片電極與定片電極二形成電容C2；定片固定不動，動片旋轉(zhuǎn)形成電容C1和電容C2的電容值變化，根據(jù)電容值變化與角度的變化的對應(yīng)關(guān)系完成動片轉(zhuǎn)動角度的測量。本技術(shù)抗干擾能力強，精度高，結(jié)構(gòu)簡單可靠，成本低，還可通過提高激磁信號頻率來提升傳感器的靈敏度，且利用外部自動增益控制電路，保證傳感器性能。

技術(shù)研發(fā)人員：施文斌,劉亞利,彭偉
受保護的技術(shù)使用者：武漢航空儀表有限責(zé)任公司
技術(shù)研發(fā)日：20231020
技術(shù)公布日：2024/12/19