电容式旋转编码器设计
发布时间：2021-06-19 18:12
设计一种用于角度和角速度测量的电容式旋转编码器。发射极施加四个相位相差90°的方波电压提供调制电场。基于正弦函数图案化的动板可以将角度位置编码正交调制到相位/频率调制信号。然后,基于正交解调和坐标旋转数字计算机算法,在现场可编程门阵列处理器中,将机械角度调制为正余弦信号的相位。
【文章来源】：传感器与微系统. 2020,39(02)CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
定板与动板
多电极的电容角位移传感器是依靠电感应原理工作的相位调制系统。总的来说是根据电容的变化，来获取不同的信号C=(εεα/d)S。其中，C为两电极板之间形成的电容;ε为空气中或者真空中的介电常数，为一常数;εα为转子的介电常数;S为两极板在转子的影响下的有效面积;d为两板间的距离。在发射极上加载相位相差π/2的方波激励信号，在接收极接收感应信号的变化，调制出接收极信号相位的变化，计算出转子旋转的角度。归一化后的激励信号如下:当0≤t<T/2时，U=1;当T/2≤t<T时，U=0。T为激励信号的周期。波形如图3。动板是基于正弦函数图案化的函数，其方程式为r(φ1φ)=R+Am×cos(N×(θ+φ1))。其中，R为圆的半径;Am为正弦函数的幅值，N为电极的组数;φ1为正弦转子转过的机械角度;本文基本设计参数如表1。
随着动板的旋转来改变2个电极板之间的正对面积和等效介电系数。其原理图如图4(a)。图4(a)代表着动板的转动和发射极定板的位置变化的简易图，φ1为转子转过的机械角度，当发射极定板产生激励信号，经过转子的转动来影响两定板间的电容值C的变化，从而在接收极定板接收区上产生感应的信号Q=Ci×Vi。其中，Ci为各个电极产生的电容的变化(i=1,2,3…);Vi为各个电极施加的激励信号(i=1,2,3…);动板的旋转改变两个电极板之间的正对面积和电解质系数。其简化等效电路方式如图4(b)，其中Ui为激励信号源(i=1,2,3…N),Zi为电容的阻抗(i=1,2.3…N)。Zl为信号处理电路的输入阻抗。
【参考文献】：
期刊论文
[1]圆容栅传感器设计及可靠性验证[J]. 任宇佳,尤文斌,马铁华. 中国测试. 2016(07)
[2]容栅式旋转编码器的设计及应用[J]. 侯俊,周欢喜,肖伸平,李德,刘建阳. 湖南工业大学学报. 2015(05)
[3]基于FPGA的电容式编码器数据采集系统设计与实现[J]. 李锋,祝玉芳,程坤. 计算机测量与控制. 2015(01)
[4]电容式角位移传感器[J]. 彭鹏,邵淦,杨恩臻. 电子技术与软件工程. 2014(15)
[5]高精度电容式角位移传感器测量方法[J]. 张宇鹏,徐钰蕾,王昱棠. 仪器仪表学报. 2014(S1)
[6]正余弦编码器细分装置的设计[J]. 李予全,刘新正,邱德锋,梁得亮,高琳,邝俊生. 微电机. 2010(12)
[7]一种新型实现高倍编码器细分的软件设计[J]. 贺传敏,杨健武. 电子测量技术. 2008(08)
[8]差动变压器式大量程精密角位移传感器的设计[J]. 柏受军,张荣标,胡海燕,尹成竹. 传感器与微系统. 2006(11)
本文编号：3238297
【文章来源】：传感器与微系统. 2020,39(02)CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
定板与动板
多电极的电容角位移传感器是依靠电感应原理工作的相位调制系统。总的来说是根据电容的变化，来获取不同的信号C=(εεα/d)S。其中，C为两电极板之间形成的电容;ε为空气中或者真空中的介电常数，为一常数;εα为转子的介电常数;S为两极板在转子的影响下的有效面积;d为两板间的距离。在发射极上加载相位相差π/2的方波激励信号，在接收极接收感应信号的变化，调制出接收极信号相位的变化，计算出转子旋转的角度。归一化后的激励信号如下:当0≤t<T/2时，U=1;当T/2≤t<T时，U=0。T为激励信号的周期。波形如图3。动板是基于正弦函数图案化的函数，其方程式为r(φ1φ)=R+Am×cos(N×(θ+φ1))。其中，R为圆的半径;Am为正弦函数的幅值，N为电极的组数;φ1为正弦转子转过的机械角度;本文基本设计参数如表1。
随着动板的旋转来改变2个电极板之间的正对面积和等效介电系数。其原理图如图4(a)。图4(a)代表着动板的转动和发射极定板的位置变化的简易图，φ1为转子转过的机械角度，当发射极定板产生激励信号，经过转子的转动来影响两定板间的电容值C的变化，从而在接收极定板接收区上产生感应的信号Q=Ci×Vi。其中，Ci为各个电极产生的电容的变化(i=1,2,3…);Vi为各个电极施加的激励信号(i=1,2,3…);动板的旋转改变两个电极板之间的正对面积和电解质系数。其简化等效电路方式如图4(b)，其中Ui为激励信号源(i=1,2,3…N),Zi为电容的阻抗(i=1,2.3…N)。Zl为信号处理电路的输入阻抗。
【参考文献】：
期刊论文
[1]圆容栅传感器设计及可靠性验证[J]. 任宇佳,尤文斌,马铁华. 中国测试. 2016(07)
[2]容栅式旋转编码器的设计及应用[J]. 侯俊,周欢喜,肖伸平,李德,刘建阳. 湖南工业大学学报. 2015(05)
[3]基于FPGA的电容式编码器数据采集系统设计与实现[J]. 李锋,祝玉芳,程坤. 计算机测量与控制. 2015(01)
[4]电容式角位移传感器[J]. 彭鹏,邵淦,杨恩臻. 电子技术与软件工程. 2014(15)
[5]高精度电容式角位移传感器测量方法[J]. 张宇鹏,徐钰蕾,王昱棠. 仪器仪表学报. 2014(S1)
[6]正余弦编码器细分装置的设计[J]. 李予全,刘新正,邱德锋,梁得亮,高琳,邝俊生. 微电机. 2010(12)
[7]一种新型实现高倍编码器细分的软件设计[J]. 贺传敏,杨健武. 电子测量技术. 2008(08)
[8]差动变压器式大量程精密角位移传感器的设计[J]. 柏受军,张荣标,胡海燕,尹成竹. 传感器与微系统. 2006(11)
本文编号：3238297
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