轉(zhuǎn)動(dòng)極板懸空設(shè)計(jì)的數(shù)字電容角位移傳感器及其溫度特性測(cè)試

2.2 角度計(jì)算方法

給出了轉(zhuǎn)動(dòng)極板為金屬材質(zhì)且為電氣懸空設(shè)計(jì)、測(cè)量范圍0～180°的基于比例式電容測(cè)角原理的角位移傳感器的計(jì)算公式，即：

表2 象限判據(jù)、偏角與輸出角度計(jì)算公式

3 傳感器系統(tǒng)構(gòu)成

傳感器系統(tǒng)原理框圖如圖2所示，由敏感元件、測(cè)量電路、智能部件與接口部件構(gòu)成，敏感元件的結(jié)構(gòu)所示如圖1，測(cè)量部件由選擇單元、激勵(lì)源和電荷檢測(cè)單元組成;智能部件由I/O單元、A/D單元、濾波單元、角度計(jì)算單元等組成;接口部件由電流輸出單元、RS232通訊單元等組成。

圖2 角位移系統(tǒng)原理框圖

敏感元件檢測(cè)反映角度位置的電容值，是傳感器的初始轉(zhuǎn)換單元，測(cè)量單元采用了先進(jìn)的抗雜散微小電容檢測(cè)電路，將電容值轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，智能部件的主要功能是通過(guò)比例式算法計(jì)算出角位移量，最后由接口部件輸出角度計(jì)算結(jié)果。

4 樣機(jī)溫度特性測(cè)試

4.1 測(cè)試系統(tǒng)

實(shí)驗(yàn)在高低溫試驗(yàn)箱中進(jìn)行，試驗(yàn)箱的溫度范圍是-40～+100℃，溫度波動(dòng)度小于士0.5℃，溫度均勻性小于士2℃，試驗(yàn)箱工作室內(nèi)有鼓風(fēng)裝置，可以保證箱內(nèi)的空氣由風(fēng)機(jī)鼓動(dòng)在箱體內(nèi)循環(huán)，使箱內(nèi)溫度均勻，圖3為實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的示意圖，三臺(tái)傳感器樣機(jī)置于試驗(yàn)箱內(nèi)，根據(jù)通訊協(xié)議與上位微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行串行通訊，上位機(jī)控制實(shí)驗(yàn)進(jìn)程、負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采樣、相關(guān)信息儲(chǔ)存與數(shù)據(jù)處理。

圖3 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖