高精度电容式角位移传感器测量方法

量方 法 进行 了详 细分 析 ，希 望对 有 关人 员起到一定的帮助。
时针 ０转动时 ，Ｈ点会在虚 线圆轨迹上面不断 运 动 ， 并 出 现 Ｈ’ 点 和 Ｈ”点 。 因 此 ，被 测 弧 面垂 直移 动距离 通常 为 ２ ｘ（ ａ ｘ ｓ ｉ ｎ ０ ）。如果 ａ ＝ｌ ｍｍ，通 过对测量行程线性度进行分析 ，可 以得 出 ± ５ 。 整 个 行 程 内的 非 线性度可 以控制在 ０ ． ０ １ ％ 以内。
后 将 Ａ’ 点 作 为 圆 心 ， 画 出半 径 为 与 偏 心 距 ａ １ Ｔ Ｌ ｒ ｎ相 同 的虚 线 圆 ， 这 时 ，Ｈ 点 会 在 虚 线 圆 上 面 进 行 圆周 运 动 ， 当 被 测 弧 面 顺 时 针 ０角 、逆
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高精度 电容式角位移传感器测量方法
文／ 张业 华
在 一 起 ，那 么 就 会 得 到 Ａ’点 ， 见 如 图 ２ 。之
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随着 电容 式传 感 器 的广 泛普 及 ， 已经 在 角度 、 角速 度 、压 力 、 液位 以及 位 置的 测量 中实现 了很 好 的 应 用， 文章 以此 为 基础 ，对 高精度 电容 式角位 移 传感 器 的测
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文 章重 点 分析 了高精 度 电容 式角位 移传 感器 的测 量方 法，对角位移传感器 的发展 具有 促进作用 。
在 该项 目中 ，所采 用 的电容 式角位 移传 感 器 工 作 原 理 即将 安 装 面 和 检 测 面 的距 离 改变
图 ２ ： 偏 心 法 测 量 角位 移原 理 图
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【 关键 词 】高精度 电容 式 角位移传感 器 测 ２ 实 验 研 究
量 方 法
２ ． １ 实验 设 计
图１ ：电容式角位移传 感器的安装图
转换成为角度改变 ，所 以在 设计 时，其相应装 置应该对传感器安装面和检测面 的距 离进行分 １ 电容式 角位 移传感器测量方法分析 析，使其跟随着角度 的变化而不 断变化 ，与此 同时，还应该消除轴系旋转精度对 电容式角位 电容式 角位 移传 感器 就是 将角 度测 量转 移传感 器测量精度所产生的影响 ，其实验设计 换 成 为 其 他 物 理 量 的 测 量 方 式 ，主 要 是 采 用 非 图 如 图 ３所示 。 接触式专利进行 设计 ，和同步分析器 、电位计 上 述 实验设 计 中的 装置 是在偏 心法 的基 等传 统角 位移 测 量方法 相 比具 有较 强 的可靠 础 上来 确保传 感器安装面和检测面距离在角度 性，而且其精度 性高也是不容忽视 。现阶段 ， 变化 的同时不断变化 ，而且还设置 了两个偏心 用来测量角位移 的方法 有很多 ，经常采用 的方 距相反 的内外球面，在此基础上保证两个传感 法 有 旋 转 变 压 器 、 电涡 流 传 感 器 以及 光 电 编 码 器消除轴系旋转精度对 电容式角度传感器测量 器等 。而机载光 电侦查平 台在 以往 的角位移测 峨 ｎ＝ 二 ］ 精度所产生 的影 响相 同。 厂 量 中通常会采用编码器测量方位和 俯仰，在这 瓣 ～ 种情 况下，要使编码器 安装在 轴系中，只有这 ２ ． ２ 实验 结 果 样编 码器的 内外 圈才会 随着轴 系的转动而不断 在 进行 相应 实验 时 ，其 传感 器 型号采 用 转动 ， 从而对轴系 的角度 变化进 行高精度测量。 的是 Ｐ ｈ ｙ ｓ ｉ ｋ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｒ ｕ ｍｅ ｎ ｔ 公 司 所 生 产 的 单 极 电容 如 果采 用 以往 的编 码器进 行 角位 移的 测 量 ，其优 点是具有较为精准 的测量精度 ，但 是 式微位移传感器 。 通过利用 图 ３中的实验装置 ，可以将 ± ５ 。 与此 同时 也存在 相应的缺点 ，即务必要将编码 作为一个旋转步 ，并对系统 中所测量 的精度 进 器 安装在 机 载光 电侦 查平 台方 位和 俯仰 轴 系 一。 ～。 醯 ５ 。 范 围 中进 行 测 量 ，最 终 测 中 ，如果这样 的话，就会 占用相应 的空间，进 行 有 效 验 证 。 在 ± 所示 ，其 中转角 的实 际大小能够 而导致整个 光电平台体积不断增大 。因为某预 量结果如表 １ 研 机 载 光 电侦 查 平 台 内框 架 旋 转 轴 中心 和 外 框 从编码 器 中得 出，而 电容式微位移传感器 中的 架 旋转轴 中心没有 重合 ，如果再使用 以往的测 输 出电压 能够 从实际测量 中得到 。除此之外 ， ５ 。 中进行 量 方法， 已经不 能准确 测出角位移 。这时采用 通 过实验结果好 可 以得 出，如果在 ± 电容式微位移传感器 的测量精度 比较好 ， 电容式角位移传感器 能够 对机 载光 电侦查平 台 测量 ， 甚 至 优 于 １ ５ ” ， 其 测 量 误 差 要 小 于 ｌ ０ ” ， 与 实 内方位和 内俯仰框架角位 移进行非常精准的测 验设计要求相符合 。 量 ，其安装 图和原理 图如 图 １ 、图 ２所示 。
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图３ ： 实验 设 计 图
表 １ ：实验测量结果 角位 移的 测量 步骤 为：设 定 Ｏ 点是被 测 ３结束语 Ａ ｇ ｌ ｅ Ｍ。 ｆ ｅ ｄ 。ｉ 。 。 ｆ Ｌ ｙ 弧 面 中 的几何 中心，其 半 径为 １ ５ ０ ｍｍ，Ａ 点 为 被 测弧 面 的旋 转 中 心，和 。 点 中心相 差 ａ 通过 实 验结果 可知 ， 在偏 心原 理下 进行 ： ！ ！ 竺 ： ！ ！ ！ 竺 ！ ！ ： ｍｍ， 围绕俯仰轴 作旋转 运动 。所 以，在被 测 电容式角位移传感器 的角位移 测量 ，其精度要 弧 面 围 绕 着 Ａ 点 旋 转 中 心 进 行 转 动 时 ，０ 点 高 出以往测 量方法 的 １ ５ ” ，而且在 ± ５ 。 范 围 中 也 会 围绕 着 虚 线 圆 进 行 相 应 的运 动 ，其 半 径 与 其 线 性 度 比较 高 ， 与 机 载 光 电侦 查 平 台 内方 位 、 实线 圆半径 享用 。在被测弧面顺 时针 旋转 ０角 内俯 仰 框 架 的 转 动 角 度 测 量 要 求 完 全 符 合 。 时，球 心 。 点会 慢慢 运动 到 Ｏ’点，并 且 以 Ｏ’为 圆心 画 出半 径为 １ ５ ０ ｍｍ 的弧面 ；在被 参考文 献 法 【 Ｊ ］ ．传 感 器 与微 系统 ， ２ ０ １ ０ （ ０ ２ ） ： １ ０ ４ — 测球 体逆 时针 旋 转 ０角 时，球 心 。点会 慢慢 … １ 张宇鹏 ， 徐钰 蕾 ， 王昱 棠 ．高精 度 电容 式 １ ０ ７ ． 运 动 到 ０”点 ， 并 在 Ｏ” 点 的 基 础 上 画 出 半 径 角位 移传 感 器测量 方法 ［ Ｊ ］ ． 仪 器仪 表 学 为１ ５ ０ ｍｍ 弧 面 。通 过 对 图 中标 注 的 被 测 弧 上 报 ， ２ ０ １ ４ （ Ｓ １ ） ： １ ４ ７ － ｉ ５ ０ ． 作者单位 的 Ｈ 点 进 行 分 析 ， 可 以 得 出相 应 的 轨 迹 ， 如 ［ ２ ］ 周华鹏 ， 毛建 国 ， 顾筠 ， 李芳培 ， 柏 方超 ， 中 国航 天 空 气 动 力 技 术 研 究 院 北 京 市 果将 Ｈ点 的纵坐 标和 偏心 Ａ点 的横坐标 交接 卢文玉 ．高精度 电容式压 力传 感器测量 方 １ ０ Ｏ ０ ７ ４