設(shè)計(jì)一種用于角度和角速度測量的電容式旋轉(zhuǎn)編碼器。發(fā)射極施加四個(gè)相位相差90°的方波電壓提供調(diào)制電場�；谡液瘮�(shù)圖案化的動(dòng)板可以將角度位置編碼正交調(diào)制到相位/頻率調(diào)制信號。然后,基于正交解調(diào)和坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)數(shù)字計(jì)算機(jī)算法,在現(xiàn)場可編程門陣列處理器中,將機(jī)械角度調(diào)制為正余弦信號的相位。 

【文章來源】：傳感器與微系統(tǒng). 2020,39(02)CSCD

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

定板與動(dòng)板

多電極的電容角位移傳感器是依靠電感應(yīng)原理工作的相位調(diào)制系統(tǒng)�？偟膩碚f是根據(jù)電容的變化，來獲取不同的信號C=(εεα/d)S。其中，C為兩電極板之間形成的電容;ε為空氣中或者真空中的介電常數(shù)，為一常數(shù);εα為轉(zhuǎn)子的介電常數(shù);S為兩極板在轉(zhuǎn)子的影響下的有效面積;d為兩板間的距離。在發(fā)射極上加載相位相差π/2的方波激勵(lì)信號，在接收極接收感應(yīng)信號的變化，調(diào)制出接收極信號相位的變化，計(jì)算出轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的角度。歸一化后的激勵(lì)信號如下:當(dāng)0≤t<T/2時(shí)，U=1;當(dāng)T/2≤t<T時(shí)，U=0。T為激勵(lì)信號的周期。波形如圖3。動(dòng)板是基于正弦函數(shù)圖案化的函數(shù)，其方程式為r(φ1φ)=R+Am×cos(N×(θ+φ1))。其中，R為圓的半徑;Am為正弦函數(shù)的幅值，N為電極的組數(shù);φ1為正弦轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的機(jī)械角度;本文基本設(shè)計(jì)參數(shù)如表1。

隨著動(dòng)板的旋轉(zhuǎn)來改變2個(gè)電極板之間的正對面積和等效介電系數(shù)。其原理圖如圖4(a)。圖4(a)代表著動(dòng)板的轉(zhuǎn)動(dòng)和發(fā)射極定板的位置變化的簡易圖，φ1為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的機(jī)械角度，當(dāng)發(fā)射極定板產(chǎn)生激勵(lì)信號，經(jīng)過轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)來影響兩定板間的電容值C的變化，從而在接收極定板接收區(qū)上產(chǎn)生感應(yīng)的信號Q=Ci×Vi。其中，Ci為各個(gè)電極產(chǎn)生的電容的變化(i=1,2,3…);Vi為各個(gè)電極施加的激勵(lì)信號(i=1,2,3…);動(dòng)板的旋轉(zhuǎn)改變兩個(gè)電極板之間的正對面積和電解質(zhì)系數(shù)。其簡化等效電路方式如圖4(b)，其中Ui為激勵(lì)信號源(i=1,2,3…N),Zi為電容的阻抗(i=1,2.3…N)。Zl為信號處理電路的輸入阻抗。

【參考文獻(xiàn)】：
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