一種電容式角位移傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種角位移傳感技術(shù)領(lǐng)域，更具體的說，涉及一種電容式角位移傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]角位移傳感器為傳感器的一種，是將旋轉(zhuǎn)角位置、角位移等物理量轉(zhuǎn)換為電信號的位移傳感器。是自動(dòng)化領(lǐng)域中用來檢測角度、速度、長度、位移和加速度的傳感器。其應(yīng)用大到數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、包裝機(jī)械、印刷機(jī)械、電梯、工廠自動(dòng)化相關(guān)設(shè)備的位置檢測、傳輸速度控制，小到磁盤、打印機(jī)等辦公自動(dòng)化設(shè)備的旋轉(zhuǎn)量的測量和控制，已成為各個(gè)領(lǐng)域不可或缺的一部分。
[0003]目前，市面上已有多種旋轉(zhuǎn)角位移傳感器，按照檢測的原理可分為光學(xué)編碼器、磁性編碼器等。其中，光學(xué)旋轉(zhuǎn)編碼器應(yīng)用較多，磁性編碼器次之。
[0004]光學(xué)編碼器分為絕對編碼器和增量編碼器，輸出為二進(jìn)制的方波信號。增量式的編碼器應(yīng)用更普遍，原因是其結(jié)構(gòu)平整、造價(jià)低廉，但它具有以下缺點(diǎn):光學(xué)編碼器必須將光束集中在光盤上的特定點(diǎn)，因此這類編碼器對機(jī)械裝配和安裝誤差較為敏感。這類編碼器的結(jié)構(gòu)僅能夠提供有限的機(jī)械使用壽命。在惡劣環(huán)境下，如經(jīng)常受到機(jī)械沖擊、振動(dòng)或處于高溫環(huán)境下等，編碼器內(nèi)的光電碼盤很容易受到外部因素的影響而損壞。
[0005]磁編碼器一般包括永磁材料和磁敏感元件，通過永磁材料元件轉(zhuǎn)動(dòng)引起磁通強(qiáng)弱變化，變化的磁通經(jīng)過敏感元件后被轉(zhuǎn)換成為相應(yīng)的數(shù)字或脈沖信號。這類編碼器采用永磁材料作為核心部件因此比較耐用。由于采用磁性材料與敏感元件，因此極易受周圍電磁環(huán)境影響。
[0006]因此，提供一種抗干擾性好、結(jié)構(gòu)簡單、體積小的電容式角位移傳感器，成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種抗干擾性好、結(jié)構(gòu)簡單、體積小的電容式角位移傳感器。
[0008]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:一種電容式角位移傳感器，包括:電容式敏感件，所述電容式敏感件包括定子、轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)引起與所述定子之間的電場有規(guī)律的變化，所述定子檢測所述電場的變化并轉(zhuǎn)化為周期的模擬信號輸出；信號處理電路，用于采集所述模擬信號并輸出角位移數(shù)字量;所述電容式敏感件和所述信號處理電路連接，所述電容式敏感件外套設(shè)有屏蔽環(huán)，所述屏蔽環(huán)用于屏蔽傳感器周圍的電場干擾源。
[0009]優(yōu)選的，所述定子包括一個(gè)或多個(gè)，所述定子包括電場接收裝置和電場發(fā)射裝置，所述電場發(fā)射裝置用于發(fā)射電場，所述電場發(fā)射裝置包括電場發(fā)射電路和金屬發(fā)射極板，所述金屬發(fā)射極板上包括至少一個(gè)發(fā)射通道，所述電場接收裝置用于接收電場，所述電場接收裝置包括電場接收電路和金屬接收極板。
[0010]優(yōu)選的，所述定子為一個(gè)，所述電場發(fā)射電路采用正交激勵(lì)，所述金屬發(fā)射極板采用扇形柵格的形式分成單元，將每個(gè)所述單元分為等份的四柵格，分別對應(yīng)于四相正交激勵(lì)的四路激勵(lì)，所述四柵格分別連接相位為0°，90°，180°，270°。
[0011]優(yōu)選的，所述金屬發(fā)射極板采用多個(gè)單元，所述單元的個(gè)數(shù)為2的η次方，η為大于零的整數(shù)，所述單元均勻的設(shè)置在金屬發(fā)射極板的表面。
[0012]優(yōu)選的，所述定子為兩個(gè)，所述電場接收裝置設(shè)置在一個(gè)定子上，所述電場發(fā)射裝置設(shè)置在另一個(gè)定子上，所述金屬發(fā)射極板包括兩個(gè)發(fā)射通道和中央圓環(huán)，所述兩發(fā)射通道以所述中央圓環(huán)為中心，均勻的分布在所述中央圓環(huán)的外側(cè)，所述轉(zhuǎn)子采用塑性材料，所述轉(zhuǎn)子邊緣設(shè)有多個(gè)均勻布置的凹槽。
[0013]優(yōu)選的，兩個(gè)所述金屬發(fā)射通道分別為第一發(fā)射通道和第二發(fā)射通道，所述第一發(fā)射通道包括2ml-l個(gè)單元，ml為大于零的整數(shù)，所述第二發(fā)射通道包括2m2個(gè)單元，m2為大于零的整數(shù)，所述兩發(fā)射通道的每個(gè)單元與所述中央圓環(huán)的中心對應(yīng)。
[0014]優(yōu)選的，所述的轉(zhuǎn)子采用塑性材料，所述轉(zhuǎn)子上附有金屬導(dǎo)電層，所述金屬導(dǎo)電層包括周期性圖案，所述轉(zhuǎn)子邊緣設(shè)有周期性的凹槽。
[0015]優(yōu)選的，所述電場接收電路與所述金屬接收極板連接，所述接收極板與所述發(fā)射極板兩個(gè)通道的中央圓環(huán)分別對應(yīng)，所述金屬接收極板對應(yīng)第一發(fā)射通道的形狀為網(wǎng)格狀，所述金屬接收極板對應(yīng)第二發(fā)射通道的形狀為蜂窩狀。
[0016]優(yōu)選的，所述的信號處理電路集成于信號處理電路板上，所述信號處理電路與所述電場接收裝置電連接。
[0017]優(yōu)選的，所述定子和轉(zhuǎn)子都為環(huán)形，所述定子和轉(zhuǎn)子之間設(shè)有間隙，所述定子和轉(zhuǎn)子外周套設(shè)有屏蔽環(huán)，所述屏蔽環(huán)用于屏蔽傳感器周圍的電場干擾源，所述定子和轉(zhuǎn)子以及屏蔽環(huán)收納與環(huán)形的屏蔽外殼內(nèi)。
[0018]本發(fā)明的有益效果為，通過轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)引起與定子之間有規(guī)律的電場變化，定子對調(diào)制后的電容進(jìn)行解調(diào)、檢測，最后通過信號處理電路使電容變化量與旋轉(zhuǎn)角度一一對應(yīng)，得到旋轉(zhuǎn)角度，采用電容檢測方式，通過對電容進(jìn)行周期性的調(diào)制與解調(diào)來獲取角位移信號，因?yàn)殡娙輽z測本身的特性，間距越小越容易檢測，因此電容式角位移傳感器體積很小、結(jié)構(gòu)簡單，同時(shí)，電容式敏感件外套設(shè)有屏蔽環(huán)用于屏蔽傳感器周圍的電場干擾源，因此該電容式角位移傳感器具有良好的抗電磁干擾性，同時(shí)本發(fā)明中傳感器材料沒有采用光刻盤等易于損壞的部件，因此具有良好的抗振、抗沖擊性。
[0019]—種電容式角位移傳感器檢測方法，其特征在于，包括如下步驟:
[0020]A將轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)軸安裝連接；
[0021]B將定子與信號處理電路連接，所述信號處理電路與上位機(jī)處理軟件連接；
[0022]C轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)、帶動(dòng)轉(zhuǎn)子，引起定子之間電容量發(fā)射變化；
[0023]D電容式敏感件中的接受裝置將檢測到的電容量變化量轉(zhuǎn)變?yōu)橹芷谛盘栞敵觯?br>[0024]E電路處理電路對電容式敏感件所生成的信號進(jìn)行采集處理并輸出角位移數(shù)字量；
[0025]F上位機(jī)軟件完成電容式敏感件定子與轉(zhuǎn)子之間誤差檢測、分析與補(bǔ)償。
[0026]本發(fā)明采用這種角位移傳感檢測方法的有益效果為:通過轉(zhuǎn)子有規(guī)律的轉(zhuǎn)動(dòng)引起與定子之間的電容量變化，定子對調(diào)制后的電容進(jìn)行解調(diào)、檢測，最后通過信號處理電路使電容變化量與旋轉(zhuǎn)角度一一對應(yīng)，得到旋轉(zhuǎn)角度，在傳感器安裝好以后，上位機(jī)軟件與電容式敏感件和信號處理電路配合使用，完成電容式敏感件定子與轉(zhuǎn)子之間的誤差檢車、分析和補(bǔ)償，這樣完善電容式敏感件大的安裝公差，同時(shí)保證電容角位移傳感器的精度。
【附圖說明】
[0027]圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖2是本發(fā)明實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖3是本發(fā)明實(shí)施例的發(fā)射極板單個(gè)單元示意圖；
[0030]圖4是本發(fā)明實(shí)施例的發(fā)射極板不意圖；
[0031 ]圖5是本發(fā)明實(shí)施例的雙通道發(fā)射極板示意圖；
[0032]圖6是本發(fā)明實(shí)施例的雙通道接收極板示意圖。
[0033]其中:1、定子，11、金屬發(fā)射極板，111、第二發(fā)射通道，112、第一發(fā)射通道，12、單元，2、轉(zhuǎn)子，21、金屬接收極板，3、屏蔽環(huán)，4、屏蔽外殼。
【具體實(shí)施方式】
[0034]在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個(gè)或者更多個(gè)該特征。在本發(fā)明的描述中，除非另有說明，“多個(gè)”的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以上。另外，術(shù)語“包括”及其任何變形，意圖在于覆蓋不排他的包含。
[0035]在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接;可以是機(jī)械連接，也可以是電連接;可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。
[0036]下面結(jié)合附圖和較佳的實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0037]實(shí)施例1
[0038]如圖1所示，本實(shí)施例公開一種電容式角位移傳感器，包括電容式敏感件，電容式敏感件包括定子1、轉(zhuǎn)子2，定子1和轉(zhuǎn)子3都為環(huán)形，定子1和轉(zhuǎn)子2之間設(shè)有間隙，定子1和轉(zhuǎn)子2外周套設(shè)有屏蔽環(huán)3，定子1和轉(zhuǎn)子2以及屏蔽環(huán)3收納于環(huán)形的屏蔽外殼4內(nèi)，電容式敏感件與信號處理電路連接，屏蔽環(huán)3和屏蔽外殼4用于屏蔽傳感器周圍的電場干擾源，因此該電容式角位移傳感器能有效提高抗電磁干擾性。
[0039]其中，轉(zhuǎn)子2和定子1同軸、同心且平行安裝，保證彼此互不摩擦，且間隙盡量小，因?yàn)槎ㄗ?和轉(zhuǎn)子2之間為非接觸式傳感器，因此更加方便的應(yīng)用于控制系統(tǒng)中。
[0040]其中，電容式敏感件中，轉(zhuǎn)子2轉(zhuǎn)動(dòng)引起與定子1之間有規(guī)律的電場變化，定子1對調(diào)制后的電容進(jìn)行解調(diào)、檢測，最后通過信號處理電路使電容變化量與旋轉(zhuǎn)角度一一對應(yīng)，得到旋轉(zhuǎn)角度，采用電容檢測方式，通過對電容進(jìn)行周期性的調(diào)制與解調(diào)來獲取角位移信號。
[0041]其中，定子1包括一個(gè)定子1包括一個(gè)或多個(gè)，定子1包括電場接收裝置和電場發(fā)射裝置，電場接收裝置用于接收電場，電場發(fā)射裝置用于發(fā)射電場。電場發(fā)射裝置包括電場發(fā)射電路和金屬發(fā)射極板，金屬發(fā)射極板上包括至少一個(gè)發(fā)射通道，本實(shí)施例中優(yōu)選的方案為一個(gè)定子的電容式角位移傳感器。
[0042]進(jìn)一步的，定子1為一個(gè)，電場接收裝置和電場發(fā)射裝置都設(shè)置