本实用新型专利技术公开了一种基于单交变电场的角位移传感器，包括定子和与定子同轴安装的转子，转子的基体表面设有感应电极，定子的基体表面设有激励电极，设有感应电极的转子的基体表面与设有激励电极的定子的基体表面正对平行，并留有间隙。本实用新型专利技术中激励电极为单激励相，采用单相交流激励信号激励，将多场激励的多极片对极形式变为单极片对极形式，能消除多路激励电场之间相互干扰和复杂绕线问题，提高测量精度；同时在有限的传感器尺寸范围内成倍数增加了传感器的对极数，增加了整周期测量的对极数，能有效提高传感器测量的空间分辨率，提高信噪比。提高信噪比。提高信噪比。
【技术实现步骤摘要】
一种基于单交变电场的角位移传感器
[0001]本技术属于精密角位移测量领域，具体涉及一种基于单交变电场的角位移传感器。
技术介绍
[0002]近年来国内研制出了一种以时钟脉冲作为位移测量基准的时栅角位移传感器，比如CN103968750A公开的一种电场式时栅角位移传感器(也可称为电容式角位移传感器)。并在此基础上，CN113008128A又公开了一种电容式角位移传感器及其转子，其采用多测头结构的多场激励测量方法，这些专利采用多路交流信号进行激励，在转子电极上感应一路行波信号，经相关处理实现角位移测量。但其仍然存在如下问题：(1)多相激励会增加激励信号产生的复杂度，且多相激励极片之间的引线会增加引线复杂度，同时因制造误差的影响，不可避免的会造成信号之间的引线串扰，影响信号质量；(2)多相激励使得角位移测量的对极为多个极片空间之和，导致在有限的传感器尺寸范围内，角位移测量极对数难以提高，限制了传感器信噪比的进一步提高。
技术实现思路
[0003]本技术的目的是提供一种基于单交变电场的角位移传感器，以提高信噪比和测量精度。
[0004]本技术所述的一种基于单交变电场的角位移传感器，包括定子和与定子同轴安装的转子，转子的基体表面设有感应电极，定子的基体表面设有激励电极，设有感应电极的转子的基体表面与设有激励电极的定子的基体表面正对平行，并留有间隙。
[0005]所述激励电极由径向高度相同、圆心角为的M2个扇环形极片沿周向等间隔排成一圈组成，M2个扇环形极片连成一组，构成单激励相，相邻两个扇环形极片的间隔所对的圆心角为激励电极的对极数为M2，一个对极对应的圆心角为
[0006]所述感应电极由4M1个感应极片沿周向等间隔排成一圈组成，编号为4n+1号的感应极片连成一组，组成A感应组，编号为4n+2号的感应极片Ⅰ连成一组，组成B感应组，编号为4n+3号的感应极片Ⅰ连成一组，组成C感应组，编号为4n+4号的感应极片Ⅰ连成一组，组成D感应组，n依次取0至M1‑
1的所有整数，4M1:M2＝4:3；感应极片的形状为两条倾斜的线段在起止点与同圆心的内外圆弧相交而围成的封闭图形，两条倾斜的线段的起始点所夹的圆心角为每条倾斜的线段的起止点所夹的圆心角为感应极片所对的圆心角为相邻两个感应极片在内圆上的间隔所对的圆心角为
[0007]测量时，在单激励相中通入单相交流激励信号，转子相对定子转动，A、B、C、D感应组输出的感应信号经角位移解算系统解算得到角位移值。
[0008]本技术所述的另一种基于单交变电场的角位移传感器，包括定子和与定子同
轴安装的转子，转子的基体表面设有感应电极，定子的基体表面设有激励电极，设有感应电极的转子的基体表面与设有激励电极的定子的基体表面正对平行，并留有间隙。
[0009]所述激励电极由径向高度相同、圆心角为的M2个扇环形极片沿周向等间隔排成一圈组成，M2个扇环形极片连成一组，构成单激励相，相邻两个扇环形极片的间隔所对的圆心角为激励电极的对极数为M2，一个对极对应的圆心角为
[0010]所述感应电极由4M1个感应极片沿周向等间隔排成一圈组成，编号为4n+1号的感应极片连成一组，组成A感应组，编号为4n+2号的感应极片Ⅰ连成一组，组成B感应组，编号为4n+3号的感应极片Ⅰ连成一组，组成C感应组，编号为4n+4号的感应极片Ⅰ连成一组，组成D感应组，n依次取0至M1‑
1的所有整数，4M1:M2＝4:5；感应极片的形状为两条倾斜的线段在起止点与同圆心的内外圆弧相交而围成的封闭图形，两条倾斜的线段的起始点所夹的圆心角为每条倾斜的线段的起止点所夹的圆心角为感应极片所对的圆心角为相邻两个感应极片在内圆上的间隔所对的圆心角为
[0011]测量时，在单激励相中通入单相交流激励信号，转子相对定子转动，A、B、C、D感应组输出的感应信号经角位移解算系统解算得到角位移值。
[0012]优选的，所述的两条倾斜的线段有两种形式：第一种为极坐标下的区间或者区间的两条相同的半周期余弦曲线段；第二种为两条斜线段。
[0013]优选的，所述角位移解算系统包括第一差分模块、第二差分模块、RC移相电路、第三差分模块、信号转换电路和信号处理系统，A感应组的信号输出端、C感应组的信号输出端分别与第一差分模块的两个输入端连接，B感应组的信号输出端、D感应组的信号输出端分别与第二差分模块的两个输入端连接，第二差分模块的输出端与RC移相电路的输入端连接，RC移相电路的输出端、第一差分模块的输出端分别与第三差分模块的两个输入端连接，第三差分模块的输出端与信号转换电路的输入端连接，信号转换电路的输出端与信号处理系统的输入端连接，信号处理系统输出所述角位移值。角位移测量周期为即1个激励对极空间对应一个测量周期。
[0014]本技术中激励电极为单激励相，采用单相交流激励信号激励，简化了激励电极以及激励信号的结构和产生形式，将多场激励的多极片对极形式变为单极片对极形式，消除了多路激励电场之间相互干扰和复杂绕线问题，提高了测量精度；同时在有限的传感器尺寸范围内成倍数增加了传感器的对极数，增加了整周期测量的对极数，有效提高了传感器测量的空间分辨率，提高了信噪比。
附图说明
[0015]图1为实施例1中的定子的俯视图。
[0016]图2为实施例1中的转子的仰视图。
[0017]图3为实施例1中转子与定子的对应关系示意图。
[0018]图4为实施例1中的感应电极与激励电极的投影关系的局部示意图。
[0019]图5为实施例1中的角位移解算系统的原理框图。
[0020]图6为实施例2中的转子的仰视图。
[0021]图7为实施例2中转子与定子的对应关系示意图。
[0022]图8为实施例2中的感应电极与激励电极的投影关系的局部示意图。
[0023]图9为实施例3中的转子的仰视图。
[0024]图10为实施例3中转子与定子的对应关系示意图。
[0025]图11为实施例3中的感应电极与激励电极的投影关系的局部示意图。
[0026]图12为实施例4中的转子的仰视图。
[0027]图13为实施例4中转子与定子的对应关系示意图。
[0028]图14为实施例4中的感应电极与激励电极的投影关系的局部示意图。
具体实施方式
[0029]实施例1：如图1至图5所示，本实施例中的基于单交变电场的角位移传感器，包括定子1和与定子1同轴安装的转子2；转子2的基体下表面设有感应电极，定子1的基体上表面设有激励电极，转子2的基体下表面与定子1的基体上表面正对平行，并留有0.5mm间隙，感应电极与激励电极正对。转子2的基体、定子1的基体均采用PCB制造工艺，通过在PCB板覆铜来制作激励电极的极片和感应电极的极片。
[0030]如图1、图3、图4所示，激励电极由60个(即M2＝60)内圆半径为15mm、外圆半径为25mm、径向高度为10mm、圆心角为3
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于单交变电场的角位移传感器，包括定子(1)和与定子同轴安装的转子(2)，转子(2)的基体表面设有感应电极，定子(1)的基体表面设有激励电极，设有感应电极的转子的基体表面与设有激励电极的定子的基体表面正对平行，并留有间隙；其特征在于：所述激励电极由径向高度相同、圆心角为的M2个扇环形极片(11)沿周向等间隔排成一圈组成，M2个扇环形极片(11)连成一组，构成单激励相，相邻两个扇环形极片(11)的间隔所对的圆心角为所述感应电极由4M1个感应极片(21)沿周向等间隔排成一圈组成，编号为4n+1号的感应极片连成一组，组成A感应组，编号为4n+2号的感应极片Ⅰ连成一组，组成B感应组，编号为4n+3号的感应极片Ⅰ连成一组，组成C感应组，编号为4n+4号的感应极片Ⅰ连成一组，组成D感应组，n依次取0至M1‑
1的所有整数，4M1:M2＝4:3；感应极片(21)的形状为两条倾斜的线段在起止点与同圆心的内外圆弧相交而围成的封闭图形，两条倾斜的线段的起始点所夹的圆心角为每条倾斜的线段的起止点所夹的圆心角为感应极片(21)所对的圆心角为相邻两个感应极片在内圆上的间隔所对的圆心角为测量时，在单激励相中通入单相交流激励信号，转子(2)相对定子(1)转动，A、B、C、D感应组输出的感应信号经角位移解算系统解算得到角位移值。2.一种基于单交变电场的角位移传感器，包括定子(1)和与定子同轴安装的转子(2)，转子(2)的基体表面设有感应电极，定子(1)的基体表面设有激励电极，设有感应电极的转子的基体表面与设有激励电极的定子的基体表面正对平行，并留有间隙；其特征在于：所述激励电极由径向高度相同、圆心角为的M2个扇环形极片(11)沿周向等间隔排成一圈组成，M2个扇环形极片(11)连成一组，构成单激励相，相邻两个扇环形极片(11)的间隔所对的圆心角为所述感应电极由4M1个感应极片(21)沿周向等间隔排成一圈组成，编号为4n...
【专利技术属性】
技术研发人员：高忠华，刘小康，付敏，杨继森，
申请(专利权)人：重庆理工大学，
类型：新型
国别省市：
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