一种智能角度测量仪的研究与设计
发布时间：2021-08-30 11:38
随着工业4.0、智慧智造等概念逐年深化,如何精确获取并量化体现机械设备角度改变成为必须解决的问题,设备寿命,产品质量等生产成本指标与测量值的准确性息息相关。因此,高灵敏、高精度、多功能的新型角度传感器的研发与打造智能化生产之路的发展不谋而合。角度测量技术发展不断成熟,出现了多种多样的角度传感器。其中电容式角度传感器具有分辨率高、动态响应好、稳定性好、结构简单和成本低等特性,非常具有研究意义。由于电容式传感器传统的测量电路复杂、难以消除寄生电容、输出非线性的缺点,造成了电容式角度传感器的分辨率低、成本高和测量范围小。本文设计了一种电容式角度传感器结构,研究了传感器的性能,使其能实现0°～360°的大范围测量。采用了一种PCAP01电容测量方案,改善了传感器输出非线性的现象,减少了寄生电容,简化了复杂的电路设计。智能角度测量仪是一种智能的测量角度的仪器,具有角度值的实时测量、液晶屏实时显示、上位机角度显示与记录功能。系统由角度传感器、电容测量模块、STM32控制器模块、OLED显示模块、电源模块、下载模块和上位机软件模块组成。采用C语言在MDK5编程环境下完成智能角度测量仪的软件功能设计,...
【文章来源】：山东科技大学山东省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图３．３定片与动片处于零位置??Ｆｉｇ．?３．３?Ｔｈｅ?ｓｔａｔｏｒ?ａｎｄ?ｔｈｅ?ｒｏｔｏｒ?ｓｔｏｐ?ａｔ?ｔｈｅ?ｚｅｒｏ?ｐｏｓｉｔｉｏｎ??
３．２．１角度传感器的结构设计??角度传感器被设计为差动式变面积型电容结构，由两组定片极板和一组动??片极板组成，能实现０。？３６０。的测量。其内部结构设计如图３．２所示。图中Ａ、??Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ为电容的电极，电极Ａ、Ｂ与电极Ｅ形成可变电容ｑ、Ｃ２，电??极Ｃ、Ｄ与电极Ｆ形成可变电容、Ｃ４。极板上的电极采用ＰＣＢ板覆铜工艺制??成，平整度较高，极板间距为２ｍｍ。??（????ｙ?电极Ｃ???定片】??嫌???动片??＾定片?２??Ｉ??图３．２角度传感器内部结构设计??Ｆｉｇ．?３．２?Ｉｎｔｅｒｎａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ－ｄｅｓｉｇｎ?ｏｆ?ａｎｇｌｅ?ｓｅｎｓｏｒ??３．２．２角度测量算法研宄??％、咖：??图３．３定片与动片处于零位置??Ｆｉｇ．?３．３?Ｔｈｅ?ｓｔａｔｏｒ?ａｎｄ?ｔｈｅ?ｒｏｔｏｒ?ｓｔｏｐ?ａｔ?ｔｈｅ?ｚｅｒｏ?ｐｏｓｉｔｉｏｎ??图３．３为角度传感器定片与动片处于零位置时的图。通过测量可变电容值??１０??
图３．５电容测量模块原理图??Ｆｉｇ．?３．５?Ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ?ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ?ｍｏｄｕｌｅ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ??图３．５是电容测量模块的原理图。图中ＣＡＰ１、ＣＡＰ２、ＣＡＰ３、ＣＡＰ４为待??测电容，与ＰＣＡＰ０１芯片的２７￣３０引脚相连，另一端接地。这种测量模式叫测??量电容接地模式。另外一种模式为漂移模式，将电容两端接在ＰＣＡＰ０１芯片的??两个引脚上使用。角度传感器有定极板和动极板，如果选择漂移模式，动极板??１３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于虚拟仪器的网络测控技术的研究[J]. 段立峰. 电子设计工程. 2015(18)
[2]基于89C51单片机的调速系统在遥控汽车模型中的应用[J]. 吕萌,李丹. 中小企业管理与科技(中旬刊). 2015(04)
[3]基于Pcap01的电容式液位传感器系统设计[J]. 夏吉,杨业汕,陈兴. 电子科技. 2014(10)
[4]基于PCap01的电容式冰层测厚传感器系统设计[J]. 王志春,王健行,李文涛,李忠虎,丁晓霖. 传感器世界. 2014(06)
[5]基于STM8S的单片机实验教学平台开发[J]. 高强,邓少华,王铁流. 电气电子教学学报. 2014(02)
[6]一种高精度电容式360°角度传感器的设计[J]. 牛青,王建勇. 江苏科技信息. 2014(03)
[7]图像式光电编码器的测角技术及其硬件实现[J]. 齐荔荔,万秋华. 光学学报. 2013(04)
[8]传感器技术的发展及其在电子领域的意义[J]. 阙伟超. 民营科技. 2013(03)
[9]89C52单片机系统的USB接口[J]. 吴波. 中国科技信息. 2012(16)
[10]一种新型霍尔角度传感器的设计与分析[J]. 季汉川,杨文焕. 仪表技术与传感器. 2012(08)
博士论文
[1]基于CMOS工艺的集成微电容式传感器研究[D]. 王阳.安徽大学 2012
硕士论文
[1]基于射频直接采样可重构滤波器的研究与实现[D]. 梅超.电子科技大学 2015
[2]基于MSP430的智能家居报警系统中央控制单元的设计与研究[D]. 魏征辉.哈尔滨工程大学 2014
[3]模型直升机自动飞行控制系统的设计与实现[D]. 王一超.南京航空航天大学 2013
[4]数字扫频仪USB2.0主从控制器设计[D]. 孙学君.西安电子科技大学 2012
[5]基于平板式电容的微位移测量系统设计[D]. 郑银涛.大连理工大学 2010
[6]高精度微弱电容检测技术研究[D]. 邢本凤.哈尔滨工业大学 2010
[7]USB接口设计及其在控制系统中的应用[D]. 杨锴.北京邮电大学 2010
[8]高精度激光陀螺测角仪测控系统的研制[D]. 金洵.国防科学技术大学 2009
[9]基于Cortex-M3的煤矿监测控制系统设计[D]. 边兴田.北京交通大学 2009
[10]基于微变电容的角度振动传感器的研究与实现[D]. 贺渊明.湖南大学 2009
本文编号：3372706
【文章来源】：山东科技大学山东省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图３．３定片与动片处于零位置??Ｆｉｇ．?３．３?Ｔｈｅ?ｓｔａｔｏｒ?ａｎｄ?ｔｈｅ?ｒｏｔｏｒ?ｓｔｏｐ?ａｔ?ｔｈｅ?ｚｅｒｏ?ｐｏｓｉｔｉｏｎ??
３．２．１角度传感器的结构设计??角度传感器被设计为差动式变面积型电容结构，由两组定片极板和一组动??片极板组成，能实现０。？３６０。的测量。其内部结构设计如图３．２所示。图中Ａ、??Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ为电容的电极，电极Ａ、Ｂ与电极Ｅ形成可变电容ｑ、Ｃ２，电??极Ｃ、Ｄ与电极Ｆ形成可变电容、Ｃ４。极板上的电极采用ＰＣＢ板覆铜工艺制??成，平整度较高，极板间距为２ｍｍ。??（????ｙ?电极Ｃ???定片】??嫌???动片??＾定片?２??Ｉ??图３．２角度传感器内部结构设计??Ｆｉｇ．?３．２?Ｉｎｔｅｒｎａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ－ｄｅｓｉｇｎ?ｏｆ?ａｎｇｌｅ?ｓｅｎｓｏｒ??３．２．２角度测量算法研宄??％、咖：??图３．３定片与动片处于零位置??Ｆｉｇ．?３．３?Ｔｈｅ?ｓｔａｔｏｒ?ａｎｄ?ｔｈｅ?ｒｏｔｏｒ?ｓｔｏｐ?ａｔ?ｔｈｅ?ｚｅｒｏ?ｐｏｓｉｔｉｏｎ??图３．３为角度传感器定片与动片处于零位置时的图。通过测量可变电容值??１０??
图３．５电容测量模块原理图??Ｆｉｇ．?３．５?Ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ?ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ?ｍｏｄｕｌｅ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ??图３．５是电容测量模块的原理图。图中ＣＡＰ１、ＣＡＰ２、ＣＡＰ３、ＣＡＰ４为待??测电容，与ＰＣＡＰ０１芯片的２７￣３０引脚相连，另一端接地。这种测量模式叫测??量电容接地模式。另外一种模式为漂移模式，将电容两端接在ＰＣＡＰ０１芯片的??两个引脚上使用。角度传感器有定极板和动极板，如果选择漂移模式，动极板??１３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于虚拟仪器的网络测控技术的研究[J]. 段立峰. 电子设计工程. 2015(18)
[2]基于89C51单片机的调速系统在遥控汽车模型中的应用[J]. 吕萌,李丹. 中小企业管理与科技(中旬刊). 2015(04)
[3]基于Pcap01的电容式液位传感器系统设计[J]. 夏吉,杨业汕,陈兴. 电子科技. 2014(10)
[4]基于PCap01的电容式冰层测厚传感器系统设计[J]. 王志春,王健行,李文涛,李忠虎,丁晓霖. 传感器世界. 2014(06)
[5]基于STM8S的单片机实验教学平台开发[J]. 高强,邓少华,王铁流. 电气电子教学学报. 2014(02)
[6]一种高精度电容式360°角度传感器的设计[J]. 牛青,王建勇. 江苏科技信息. 2014(03)
[7]图像式光电编码器的测角技术及其硬件实现[J]. 齐荔荔,万秋华. 光学学报. 2013(04)
[8]传感器技术的发展及其在电子领域的意义[J]. 阙伟超. 民营科技. 2013(03)
[9]89C52单片机系统的USB接口[J]. 吴波. 中国科技信息. 2012(16)
[10]一种新型霍尔角度传感器的设计与分析[J]. 季汉川,杨文焕. 仪表技术与传感器. 2012(08)
博士论文
[1]基于CMOS工艺的集成微电容式传感器研究[D]. 王阳.安徽大学 2012
硕士论文
[1]基于射频直接采样可重构滤波器的研究与实现[D]. 梅超.电子科技大学 2015
[2]基于MSP430的智能家居报警系统中央控制单元的设计与研究[D]. 魏征辉.哈尔滨工程大学 2014
[3]模型直升机自动飞行控制系统的设计与实现[D]. 王一超.南京航空航天大学 2013
[4]数字扫频仪USB2.0主从控制器设计[D]. 孙学君.西安电子科技大学 2012
[5]基于平板式电容的微位移测量系统设计[D]. 郑银涛.大连理工大学 2010
[6]高精度微弱电容检测技术研究[D]. 邢本凤.哈尔滨工业大学 2010
[7]USB接口设计及其在控制系统中的应用[D]. 杨锴.北京邮电大学 2010
[8]高精度激光陀螺测角仪测控系统的研制[D]. 金洵.国防科学技术大学 2009
[9]基于Cortex-M3的煤矿监测控制系统设计[D]. 边兴田.北京交通大学 2009
[10]基于微变电容的角度振动传感器的研究与实现[D]. 贺渊明.湖南大学 2009
本文编号：3372706
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