一種差分電容角位移傳感器制造技術(shù)

本實用新型專利技術(shù)公開的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電容?電壓轉(zhuǎn)換電路；空氣差分可變電容和差動電容?電壓轉(zhuǎn)換電路封裝在金屬外殼內(nèi)并進行電氣連接，空氣差分可變電容包括動子、定子和軸；外殼中心軸處設(shè)有軸，定子上下端均設(shè)置有限位器和軸承使其與軸的位置相對固定，軸上固定有動子，動子嵌于定子內(nèi)腔，動子和定子通過各自的引出端與差動電容?電壓轉(zhuǎn)換電路進行電氣連接，差動電容?電壓轉(zhuǎn)換電路的外引腿由外殼底部引出。該傳感器低成本、低功耗、高精度、抗機械沖擊和抗擾度，確保了在強磁場環(huán)境下傳感器可靠正常的工作。

Differential capacitive angular displacement sensor

The utility model discloses a differential capacitive angular displacement sensor, which comprises a casing, air differential variable capacitance and differential capacitance voltage conversion circuit; the air differential variable capacitor and differential capacitance voltage conversion circuit sealed in the metal shell and electrical connections, the air differential variable capacitor comprises a rotor, a stator and a shaft shell; the center shaft is provided with a shaft, the stator set lower limit device and the bearing and the shaft is relatively fixed in position, shaft are fixed on the rotor, rotor is embedded in the inner cavity of the stator, rotor and stator terminals through respective and differential capacitance voltage conversion circuit electrical connection, differential capacitance voltage conversion circuit introduced by the housing bottom lead leg. The sensor has the advantages of low cost, low power consumption, high precision, anti mechanical shock and immunity, and ensures the reliable and normal operation of the sensor in the strong magnetic field.

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本技術(shù)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。
技術(shù)介紹
目前普遍使用旋轉(zhuǎn)變壓器來實現(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)外部有強磁場靠近時（例如在電動機中），會影響旋轉(zhuǎn)變壓器的磁場和其繞組端的磁狀態(tài)，進而產(chǎn)生誤差電勢。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本技術(shù)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、抗機械沖擊和抗擾度，確保了在強磁場環(huán)境下傳感器可靠正常的工作。本技術(shù)是通過以下技術(shù)方案來實現(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電容-電壓轉(zhuǎn)換電路；空氣差分可變電容和差動電容-電壓轉(zhuǎn)換電路封裝在外殼內(nèi)并進行電氣連接，空氣差分可變電容包括動子、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，軸上固定有動子，動子嵌于定子內(nèi)腔，動子和定子通過各自的引出端與差動電容-電壓轉(zhuǎn)換電路進行電氣連接，差動電容-電壓轉(zhuǎn)換電路的外引腿由外殼底部引出。所述的動子嵌于定子內(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)動進行旋轉(zhuǎn)。所述的動子和定子分別通過各自的動子引出端和定子引出端與差動電容-電壓轉(zhuǎn)換電路進行電氣連接。所述的外殼為金屬外殼。所述的差動電容-電壓轉(zhuǎn)換電路包括三角波發(fā)生器、電容檢測電路、兩個運算放大器和比較器；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，電容檢測電路與運算放大器相連，運算放大器與另一個運算放大器連接。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本技術(shù)具有以下有益的技術(shù)效果：該傳感器以差動電容的旋轉(zhuǎn)反應(yīng)為電壓的變化，經(jīng)計算可得出角度的變化。該器件特點是：體積小、結(jié)構(gòu)簡單，抗沖擊能強，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。該傳感器可實現(xiàn)±15V供電，能將360°最小細分到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、抗機械沖擊和抗擾度，確保在強磁場環(huán)境下傳感器可靠正常的工作，且最高工作溫度≥200℃。同時，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也降低了對機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為本技術(shù)提供的差分電容角位移傳感器結(jié)構(gòu)剖面示意圖；圖2為本技術(shù)提供的差動電容-電壓轉(zhuǎn)換電路功能圖；圖3為本技術(shù)提供的差分電容角位移傳感器封裝圖一；圖4為本技術(shù)提供的差分電容角位移傳感器封裝圖二；圖5為本技術(shù)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為動子；5為定子；6為動子引出端；7為差動電容-電壓轉(zhuǎn)換電路；8為外引退；9為定子引出端；10為外殼。具體實施方式下面結(jié)合具體的實施例對本技術(shù)做進一步的詳細說明，所述是對本技術(shù)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電容-電壓轉(zhuǎn)換電路7；空氣差分可變電容和差動電容-電壓轉(zhuǎn)換電路7封裝在外殼10內(nèi)并進行電氣連接，空氣差分可變電容包括動子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上固定有動子4，動子4嵌于定子內(nèi)腔，動子4和定子5通過各自的引出端與差動電容-電壓轉(zhuǎn)換電路進行電氣連接，差動電容-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)動進行旋轉(zhuǎn)。所述的動子4和定子5分別通過各自的動子引出端6和定子引出端9與差動電容-電壓轉(zhuǎn)換電路進行電氣連接。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為運算放大器。其中，所述的差動電容-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、兩個運算放大器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與運算放大器A1相連，運算放大器A1與另一個運算放大器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。傳感器機械部分即空氣差分可變電容包括定子、動子、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，并實現(xiàn)單片集成化。2，本技術(shù)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械部分精確設(shè)計和裝配，與差動電容-電壓轉(zhuǎn)換電路封裝在一個金屬外殼內(nèi)并進行電氣連接，構(gòu)成機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；定子和動子通過各自的引出端與差動電容-電壓轉(zhuǎn)換電路進行電氣連接；差動電容-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，調(diào)節(jié)R6使得Vo=0V。電路11腳與gnd之間內(nèi)置3個串聯(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。本技術(shù)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，可單獨作為測角元件用，直接和角度信號變換單元連接，有角度變換單元輸出角度信號數(shù)據(jù)。具體是將一個精密空氣差分可變電容和差動電容-電壓轉(zhuǎn)換電路集成在一個金屬腔體內(nèi)。該傳感器以差動電容的旋轉(zhuǎn)反應(yīng)為電壓的變化，經(jīng)計算可得出角度的變化。該器件特點是：體積小、結(jié)構(gòu)簡單，抗沖擊能強，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。該傳感器可實現(xiàn)±15V供電，能將360°最小細分到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、抗機械沖擊和抗擾度，確保在強磁場環(huán)境下傳感器可靠正常的工作，且最高工作溫度≥200℃。同時，差分電容角位移傳感器，結(jié)構(gòu)相本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種差分電容角位移傳感器，其特征在于，包括外殼(10)、空氣差分可變電容和差動電容?電壓轉(zhuǎn)換電路(7)；空氣差分可變電容和差動電容?電壓轉(zhuǎn)換電路(7)封裝在外殼(10)內(nèi)并進行電氣連接，空氣差分可變電容包括動子(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)上固定有動子(4)，動子(4)嵌于定子內(nèi)腔，動子(4)和定子(5)通過各自的引出端與差動電容?電壓轉(zhuǎn)換電路進行電氣連接，差動電容?電壓轉(zhuǎn)換電路的外引腿(8)由外殼底部引出。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種差分電容角位移傳感器，其特征在于，包括外殼(10)、空氣差分可變電容和差動電容-電壓轉(zhuǎn)換電路(7)；空氣差分可變電容和差動電容-電壓轉(zhuǎn)換電路(7)封裝在外殼(10)內(nèi)并進行電氣連接，空氣差分可變電容包括動子(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)上固定有動子(4)，動子(4)嵌于定子內(nèi)腔，動子(4)和定子(5)通過各自的引出端與差動電容-電壓轉(zhuǎn)換電路進行電氣連接，差動電容-電壓轉(zhuǎn)換電路的外引腿(8)由外殼底部引出。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的差分電容角位移傳感器，其特征在于，所述的動子(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...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王寬厚，陳堅，趙瑩，
申請(專利權(quán))人：陜西航晶微電子有限公司，
類型：新型
國別省市：陜西;61