[发明专利]一种单极性一维、二维电容式偏摆角度传感器

权利要求书

1.一种单极性一维电容式偏摆角度传感器，包括传感器探头和信号调理电路，传感器探头包括探头壳体(1)和安装在探头壳体一端的感应极板(2)；其特征在于：

所述感应极板(2)包括基底(21)和设置在基底上且关于偏摆轴对称的两组传感阵列；

所述信号调理电路包括集成在调制电路板(3)上的两个载波调制电路以及集成在解调电路板(4)上的差动放大器和两个解调电路，调制电路板(3)安装在探头壳体(1)内，两个载波调制电路分别通过同轴电缆与两组传感阵列连接，解调电路板(4)安装在探头壳体(1)外，两个解调电路分别通过多芯电缆与两个载波调制电路连接，差动放大器的两个输入端分别与两个解调电路的传感电压输出端连接。

2.根据权利要求1所述的单极性一维电容式偏摆角度传感器，其特征在于：每组传感阵列由一个或者两个传感单元(22)构成，每个传感单元(22)包括位于基底(21)正面的感应电极(221)、等势电极(222)和位于基底(21)背面的感应连接电极(223)、等势连接电极(224)，等势电极同轴包围感应电极且与感应电极之间具有绝缘环，感应电极通过第一过孔(23)与感应连接电极连接，等势电极通过第二过孔(24)与等势连接电极连接，等势连接电极同轴包围感应连接电极且与感应连接电极之间具有绝缘环。

3.根据权利要求2所述的单极性一维电容式偏摆角度传感器，其特征在于：每个所述载波调制电路包括加法器X2、参考电容C_r和电压跟随器X1，加法器X2的一个输入端与解调电路的载波电压输出端连接、另一个输入端与电压跟随器X1的输出端连接，加法器X2的输出端与参考电容C_r的一端连接，参考电容C_r的另一端与电压跟随器X1的输入端连接，电压跟随器X1的输出端通过多芯电缆与一个解调电路的输入端连接；一组传感阵列中的感应连接电极(223)通过同轴电缆的中心导体与一个载波调制电路内的电压跟随器X1的输入端连接，该组传感阵列中的等势连接电极(224)通过该同轴电缆的外层导体与该电压跟随器X1的输出端连接；另一组传感阵列中的感应连接电极(223)通过同轴电缆的中心导体与另一个载波调制电路内的电压跟随器X1的输入端连接，该组传感阵列中的等势连接电极(224)通过该同轴电缆的外层导体与该电压跟随器X1的输出端连接。

4.根据权利要求3所述的单极性一维电容式偏摆角度传感器，其特征在于：

所述的两个载波调制电路内的电压跟随器X1的输出端分别输出调制电压V₃、V₄，调制电压V₃、V₄之差与被测偏摆极板的偏摆角度θ₂呈线性关系，表示为：

其中，V_r表示解调电路的载波电压输出端输出的载波电压，ε表示一组传感阵列与被测偏摆极板之间介质的介电常数，S表示该组传感阵列与被测偏摆极板相互覆盖面积，k表示比例系数。

5.根据权利要求4所述的单极性一维电容式偏摆角度传感器，其特征在于：所述的两个载波调制电路内的电压跟随器X1的输出端与一根多芯电缆(6)的一端连接，该多芯电缆(6)的另一端具有电缆接头(7)，电缆接头(7)与两个解调电路的输入端连接，两个解调电路的传感电压输出端分别与差动放大器的两个输入端连接，差动放大器的输出端与一根BNC电缆(8)的一端连接，该BNC电缆(8)的另一端具有BNC转SMA接头(9)。

6.根据权利要求2至5任一所述的单极性一维电容式偏摆角度传感器，其特征在于：所述感应极板(2)采用PCB工艺制作而成，感应电极(221)呈圆形、等势电极(222)呈圆环形，或者感应电极(221)呈矩形、等势电极(222)呈矩形环状。