[发明专利]一种电容式旋变位移传感器

权利要求书

1.一种电容式旋变位移传感器，其特征在于，该位移传感器包括敏感结构和解调电路；

所述敏感结构包括平行设置的动尺和定尺，所述动尺包括两正弦敏感电极和一耦合电极，所述定尺包括两采集电极和一激励电极；所述动尺的内侧平行设置周期个数不同且没有公约数的所述两正弦敏感电极，所述两正弦敏感电极之间设置所述耦合电极，且所述两正弦敏感电极和耦合电极为等势体；所述定尺的内侧平行设置所述两采集电极，所述两采集电极之间设置所述激励电极；所述两采集电极和两正弦敏感电极正对形成粗测量电容和细测量电容，所述激励电极和耦合电极正对形成耦合电容；

所述解调电路包括旋变解调模块、C-V转换模块、差分放大模块、误差补偿模块和电源模块；所述旋变解调模块将输出的载波信号经处理后发送到所述激励电极，并通过所述耦合电容作用到所述耦合电极，所述耦合电极将载波信号传递到所述两正弦敏感电极，并分别通过粗测量电容和细测量电容作用到所述两采集电极得到粗测量电容信号和细测量电容信号，粗测量电容信号和细测量电容信号分别依次经所述C-V转换模块和差分放大模块得到粗测量正交旋变信号和细测量正交旋变信号，粗测量正交旋变信号和细测量正交旋变信号经所述旋变解调模块得到粗测量位移和细测量位移，所述误差补偿模块对粗测量位移和细测量位移进行误差补偿后通过计算得到绝对位移，所述电源模块用于为各部件进行供电。

2.如权利要求1所述的一种电容式旋变位移传感器，其特征在于，所述解调电路还包括放大模块、前置低通滤波模块、载波信号调理模块和后置低通滤波模块；

所述放大模块用于对所述旋变解调模块输出的载波信号进行放大处理；

所述前置低通滤波模块用于对经所述前置放大模块输出的信号进行滤波处理；

所述载波信号调理模块用于对经所述前置低通滤波模块输出的信号进行调理；

所述后置低通滤波模块用于对经所述差分放大模块输出的信号进行滤波处理。

3.如权利要求2所述的一种电容式旋变位移传感器，其特征在于，所述动尺与定尺的相对位移信息通过粗测量电容和细测量电容转换为四路粗测量电容信号和四路细测量电容信号，具体过程为：

所述两正弦敏感电极均为函数f₁(x)＝d+τ(sin(2πN*x/D+1))和函数f₂(x)＝d+τ(sin(2πN*x/D-1))围成的带形区域，其中，d表示所述正弦敏感电极中心偏离所述耦合电极的距离，τ表示所述正弦敏感电极宽度的一半，N表示带形区域内所包含的正弦周期个数，D表示N个正弦周期对应的长度；

在所述正弦敏感电极的一个正弦周期内，每间隔90°将正对的所述采集电极分割成一矩形区域，一个正弦周期内分割成的四个矩形区域分别表示为S₀、S₉₀、S₁₈₀和S₂₇₀，四个矩形区域又被所述正弦敏感电极的中心线上下分割成八个矩形区域，分别表示为S_0上、S_90上、S_180上、S_270上、S_0下、S_90下、S_180下和S_270下，将区域S_0上连接区域S_180下、区域S_90上连接区域S_270下、区域S_180上连接区域S_0下以及区域S_270上连接区域S_90下获得所述正弦敏感电极和采集电极的正对面积随所述动尺与定尺相对位移变化的四个正对区域S₁、S₂、S₃和S₄，分别表示为：

S₁＝A+Bsin(2πN*x/D)；

S₂＝A-Bsin(2πN*x/D)；

S₃＝A+Bcos(2πN*x/D)；

S₄＝A-BCos(2πN*x/D)，

其中，A表示所述正弦敏感电极的直流分量，B表示所述正弦敏感电极的幅度，将每一正弦周期中所述正弦敏感电极和采集电极形成的四个正对区域相应连接得到：

S₁＝N*(A+Bsin(2πN*x/D))；

S₂＝N*(A-Bsin(2πN*x/D))；

S₃＝N*(A+Bcos(2πN*x/D))；

S₄＝N*(A-Bcos(2πN*x/D))，

将一个正弦周期内的四个正对区域形成的多级电容分别表示为C₁、C₂、C₃和C₄，并将所述两正弦敏感电极中N个正弦周期的多级电容C₁、C₂、C₃和C₄均相应连接得到四路粗测量电容信号C_N1、C_N2、C_N3和C_N4，以及四路细测量电容信号C_N1、C_N2、C_N3和C_N4。