本實(shí)用新型屬于一種能將角度位移以差分電容的形式轉(zhuǎn)化為電壓的傳感器，尤其涉及一種差分電容角位移傳感器。

背景技術(shù)：

目前普遍使用旋轉(zhuǎn)變壓器來實(shí)現(xiàn)角度位置測量的功能，但旋轉(zhuǎn)變壓器不僅使用成本高，在機(jī)械安裝和電氣連接上都有很高的要求，并且其本身的磁場比較弱，當(dāng)外部有強(qiáng)磁場靠近時(shí)（例如在電動(dòng)機(jī)中），會(huì)影響旋轉(zhuǎn)變壓器的磁場和其繞組端的磁狀態(tài)，進(jìn)而產(chǎn)生誤差電勢。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型為了解決上述技術(shù)問題，提供了一種結(jié)構(gòu)相對簡單、成本低且不受磁場影響的差分電容角位移傳感器，具有低成本、低功耗、高精度、抗機(jī)械沖擊和抗擾度，確保了在強(qiáng)磁場環(huán)境下傳感器可靠正常的工作。

本實(shí)用新型是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種差分電容角位移傳感器，包括外殼、空氣差分可變電容和差動(dòng)電容-電壓轉(zhuǎn)換電路；空氣差分可變電容和差動(dòng)電容-電壓轉(zhuǎn)換電路封裝在外殼內(nèi)并進(jìn)行電氣連接，空氣差分可變電容包括動(dòng)子、定子和軸；外殼中心軸處設(shè)有軸，定子相對固定在軸上，定子上下端均設(shè)置有相互配合來保證與軸和外殼的相對位置不變的限位器和軸承，軸上固定有動(dòng)子，動(dòng)子嵌于定子內(nèi)腔，動(dòng)子和定子通過各自的引出端與差動(dòng)電容-電壓轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行電氣連接，差動(dòng)電容-電壓轉(zhuǎn)換電路的外引腿由外殼底部引出。

所述的動(dòng)子嵌于定子內(nèi)腔，通過軸承和限位器配合，與定子腔壁保持0.375mm間距并可通過軸的轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。

所述的動(dòng)子和定子分別通過各自的動(dòng)子引出端和定子引出端與差動(dòng)電容-電壓轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行電氣連接。

所述的外殼為金屬外殼。

所述的差動(dòng)電容-電壓轉(zhuǎn)換電路包括三角波發(fā)生器、電容檢測電路、兩個(gè)運(yùn)算放大器和比較器；所述的比較器的輸入端正極與三角波發(fā)生器連接后，一同接入恒流源，比較器的輸入端負(fù)極與輸出端連接后，一同與電容檢測電路相連，電容檢測電路與運(yùn)算放大器相連，運(yùn)算放大器與另一個(gè)運(yùn)算放大器連接。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下有益的技術(shù)效果：

該傳感器以差動(dòng)電容的旋轉(zhuǎn)反應(yīng)為電壓的變化，經(jīng)計(jì)算可得出角度的變化。該器件特點(diǎn)是：體積小、結(jié)構(gòu)簡單，抗沖擊能強(qiáng)，可靠性高，壽命長，低耗電，工作溫度≥200℃。在使用中，只需提供±15V電源即可工作?？商娲D(zhuǎn)變壓器測角用。

該傳感器可實(shí)現(xiàn)±15V供電，能將360°最小細(xì)分到0.1°，以電壓的形式從-15V到+15V線性輸出。具有低成本、低功耗、高精度、抗機(jī)械沖擊和抗擾度，確保在強(qiáng)磁場環(huán)境下傳感器可靠正常的工作，且最高工作溫度≥200℃。同時(shí)，差分電容角位移傳感器，結(jié)構(gòu)相對簡單，在降低使用成本的同時(shí)也降低了對機(jī)械安裝和電氣連接的要求，也不受磁場的影響。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型提供的差分電容角位移傳感器結(jié)構(gòu)剖面示意圖；

圖2為本實(shí)用新型提供的差動(dòng)電容-電壓轉(zhuǎn)換電路功能圖；

圖3為本實(shí)用新型提供的差分電容角位移傳感器封裝圖一；

圖4為本實(shí)用新型提供的差分電容角位移傳感器封裝圖二；

圖5為本實(shí)用新型提供的差分電容角位移傳感器應(yīng)用結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，1為軸；2為軸承；3為限位器；4為動(dòng)子；5為定子；6為動(dòng)子引出端；7為差動(dòng)電容-電壓轉(zhuǎn)換電路；8為外引退；9為定子引出端；10為外殼。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體的實(shí)施例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，所述是對本實(shí)用新型的解釋而不是限定。

參見圖1至圖5，一種差分電容角位移傳感器，包括外殼10、空氣差分可變電容和差動(dòng)電容-電壓轉(zhuǎn)換電路7；空氣差分可變電容和差動(dòng)電容-電壓轉(zhuǎn)換電路7封裝在外殼10內(nèi)并進(jìn)行電氣連接，空氣差分可變電容包括動(dòng)子4、定子5和軸1；外殼10中心軸處設(shè)有軸1，定子5相對固定在軸1上，定子5上下端均設(shè)置有相互配合來保證與軸和外殼的相對位置不變的限位器3和軸承2，軸1上固定有動(dòng)子4，動(dòng)子4嵌于定子內(nèi)腔，動(dòng)子4和定子5通過各自的引出端與差動(dòng)電容-電壓轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行電氣連接，差動(dòng)電容-電壓轉(zhuǎn)換電路的外引腿8由外殼底部引出。

所述的動(dòng)子4嵌于定子內(nèi)腔，通過軸承和限位器配合，與定子腔壁保持0.375mm間距并可通過軸的轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。

所述的動(dòng)子4和定子5分別通過各自的動(dòng)子引出端6和定子引出端9與差動(dòng)電容-電壓轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行電氣連接。

所述的外殼10為金屬外殼。

圖2中，IO為恒流源，C為三角波發(fā)生器，A3為比較器，IC為電容檢測電路，A1、A2為運(yùn)算放大器。

其中，所述的差動(dòng)電容-電壓轉(zhuǎn)換電路7包括三角波發(fā)生器C、電容檢測電路IC、兩個(gè)運(yùn)算放大器A1、A2和比較器A3；所述的比較器A3的輸入端正極與三角波發(fā)生器C連接后，一同接入恒流源IO，比較器A3的輸入端負(fù)極與輸出端連接后，一同與電容檢測電路IC相連，電容檢測電路IC與運(yùn)算放大器A1相連，運(yùn)算放大器A1與另一個(gè)運(yùn)算放大器A2連接。

具體的，1，將空氣差分可變電容的容值變化轉(zhuǎn)化為角度的變化。

傳感器機(jī)械部分即空氣差分可變電容包括定子、動(dòng)子、軸承、軸和限位器等，需要做到容值分配均勻性和一致性，并且耐高溫、耐沖擊、抗電磁干擾等能力；電路結(jié)構(gòu)需將微小電容變化轉(zhuǎn)成電壓變化，并實(shí)現(xiàn)單片集成化。

2，本實(shí)用新型提供的差分電容角位移傳感器，用集成裝配的方式，將空氣差分可變電容的機(jī)械部分精確設(shè)計(jì)和裝配，與差動(dòng)電容-電壓轉(zhuǎn)換電路封裝在一個(gè)金屬外殼內(nèi)并進(jìn)行電氣連接，構(gòu)成機(jī)械與電路一體化的差分電容角位移傳感器。差分電容角位移傳感器內(nèi)包含空氣差分可變電容和差動(dòng)電容-電壓轉(zhuǎn)換電路。

圖1為差分電容角位移傳感器結(jié)構(gòu)剖面圖，圖2是差動(dòng)電容-電壓轉(zhuǎn)換電路功能圖。其中定子與外殼固定，并配合軸承和限位器來保證與軸和外殼的相對位置不變；動(dòng)子與軸固定，并嵌于定子內(nèi)腔，通過軸承和限位器配合，與定子腔壁保持0.375mm間距；定子和動(dòng)子通過各自的引出端與差動(dòng)電容-電壓轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行電氣連接；差動(dòng)電容-電壓轉(zhuǎn)換電路的外引腿由外殼底部引出。

圖4所示的典型應(yīng)用中，給出的阻值、容值僅供參考，用戶可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整；R1設(shè)置第一級放大倍數(shù)，反相比例放大形式，內(nèi)部集成輸入電阻2.5K左右，放大倍數(shù)R1/2.5k；R4和R3設(shè)置第二級放大器放大倍數(shù)，同相比例放大形式，放大倍數(shù)（1+R4/R3）；CT是頻率調(diào)整電容，通常不需要，引腳懸空。若需降低頻率或調(diào)節(jié)12和13腳的三角波斜率，可以對地外接幾十pF級的陶瓷電容。R5、R6是調(diào)零電阻，在12腳和13腳電容相同時(shí)，調(diào)節(jié)R6使得Vo=0V。電路11腳與gnd之間內(nèi)置3個(gè)串聯(lián)二極管，外接R0電阻到Vcc可以測試溫度。依據(jù)pn結(jié)電壓隨溫度升高而降低的特性。由于是3個(gè)二極管串聯(lián)，常溫下電壓2V左右，溫度每升高1℃，電壓降低6mV左右。

本實(shí)用新型屬于一種能將角度位移以差分電容的形式轉(zhuǎn)化為電壓的傳感器，可單獨(dú)作為測角元件用，直接和角度信號(hào)變換單元連接，有角度變換單元輸出角度信號(hào)數(shù)據(jù)。具體是將一個(gè)精密空氣差分可變電容和差動(dòng)電容-電壓轉(zhuǎn)換電路集成在一個(gè)金屬腔體內(nèi)。

該傳感器以差動(dòng)電容的旋轉(zhuǎn)反應(yīng)為電壓的變化，經(jīng)計(jì)算可得出角度的變化。該器件特點(diǎn)是：體積小、結(jié)構(gòu)簡單，抗沖擊能強(qiáng)，可靠性高，壽命長，低耗電，工作溫度≥200℃。在使用中，只需提供±15V電源即可工作。可替代旋轉(zhuǎn)變壓器測角用。

該傳感器可實(shí)現(xiàn)±15V供電，能將360°最小細(xì)分到0.1°，以電壓的形式從-15V到+15V線性輸出。具有低成本、低功耗、高精度、抗機(jī)械沖擊和抗擾度，確保在強(qiáng)磁場環(huán)境下傳感器可靠正常的工作，且最高工作溫度≥200℃。同時(shí)，差分電容角位移傳感器，結(jié)構(gòu)相對簡單，在降低使用成本的同時(shí)也降低了對機(jī)械安裝和電氣連接的要求，也不受磁場的影響。

以上顯示和描述了本實(shí)用新型的基本原理和主要特征和本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實(shí)用新型不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本實(shí)用新型的原理，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的前提下，本實(shí)用新型還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實(shí)用新型范圍內(nèi)。本實(shí)用新型要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。