[发明专利]一种单极性一维、二维电容式偏摆角度传感器

说明书

本发明公开了一种单极性一维、二维电容式偏摆角度传感器，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和感应极板，感应极板包括基底和两组传感阵列，信号调理电路包括集成在调制电路板上的两个载波调制电路以及集成在解调电路板上的差动放大器和两个解调电路，调制电路板安装在探头壳体内，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，解调电路板安装在探头壳体外，两个解调电路与两个载波调制电路连接，差动放大器与两个解调电路连接，经载波调制后输出的调制电压的差与被测对象的偏摆角度呈线性关系；二维电容式偏摆角度传感器的结构与前述相似。本发明能减小空间占用，提高抗干扰能力。

技术领域

本发明属于传感器测量领域，具体涉及一种单极性一维、二维电容式偏摆角度传感器。

背景技术

电容式微位移传感器具有非接触测量、结构简单、精度高、动态特性好、频带宽等特点，在工业生产和科学研究中得到了广泛应用。目前，具有高测量灵敏度的电容式微位移传感器有两类：一类是双极性电容，这种电容的两个极板都需要自己的特定导线，电容的测量来自于这两个非接地的极板；另一类是单极性电容，这种电容的一个极板接地，该接地极板无需特定导线，电容的测量来自于非接地的另外一个极板。

在主动光学系统、精密制造、微纳操作等领域中，某些部件需要进行X向偏摆和/或Y向偏摆，为了测量偏摆角度的大小，目前采用的方式是：利用两个相同的单极性电容式微位移传感器对称组成一维电容式偏摆角度传感器，利用四个相同的单极性电容式微位移传感器对称组成二维电容式偏摆角度传感器；这种方式形成的电容式偏摆角度传感器结构复杂，需要比较大的安装空间，并且其对单极性电容式微位移传感器的安装位置精度要求高。

另外，现有的单极性电容式微位移传感器，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和安装在探头壳体一端的感应极板，信号调理电路包括载波调制电路和解调电路，载波调制电路和解调电路都集成在信号调理电路板上，信号调理电路板安装在探头壳体外，载波调制电路与感应极板连接，由于载波调制电路与感应极板之间的距离较远，感应极板输出的信号容易被干扰，影响测量精度；为了减小干扰，需要进行电容匹配，从而使得信号调理电路复杂，并且进行电容匹配后的电容式微位移传感器不能随意改变其连接线缆的长度，使用不够灵活，并且成本也较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种单极性一维、二维电容式偏摆角度传感器，以减小空间占用，提高抗干扰能力，并且简化信号调理电路。

本发明所述的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和安装在探头壳体一端的感应极板；所述感应极板包括基底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上的两个载波调制电路以及集成在解调电路板上的差动放大器和两个解调电路，调制电路板安装在探头壳体内，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，解调电路板安装在探头壳体外，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，差动放大器的输出端输出反映偏摆角度的电压信号。

每组传感阵列由一个或者两个传感单元构成，每个传感单元包括位于基底正面的感应电极、等势电极和位于基底背面的感应连接电极、等势连接电极，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与感应连接电极连接，等势电极通过第二过孔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。