比例測(cè)量原理的電容角位移傳感器的研究及其應(yīng)用.pdf

1、電容角位移傳感器是一種將機(jī)械角度的變化轉(zhuǎn)換為電容量變化并給出相應(yīng)電信號(hào)輸出的測(cè)量裝置，它具有非接觸、高可靠性、靈敏度高、精度高和低功耗、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適應(yīng)惡劣環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，這使得它成為最具有發(fā)展前途的傳感器之一。但也存在一些缺點(diǎn)，如由于電場(chǎng)邊緣效應(yīng)而引入輸出特性的非線性以及寄生電容和分布電容對(duì)靈敏度和測(cè)量精度的影響，與傳感器連接的電路比較復(fù)雜等，影響到它的應(yīng)用的可靠性；尤其是電容傳感器對(duì)溫度敏感，當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，引起電容介質(zhì)、面積、距離等特

2、性變化，從而導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)，這些都影響了電容角位移傳感的使用。為了更好的設(shè)計(jì)電容角位移傳感器，需要對(duì)以上問(wèn)題采取一定的補(bǔ)償和校正措施。 采用比例測(cè)量原理可以在理論上實(shí)現(xiàn)差動(dòng)補(bǔ)償，提高了溫度特性，并且可以克服機(jī)械安裝所引起的誤差，例如軸偏移、傾斜、電極傾斜等等。本課題采用8瓣形式的敏感元件結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了180度范圍的測(cè)量；對(duì)測(cè)量時(shí)序進(jìn)行了優(yōu)化，使在不增加硬件成本的基礎(chǔ)上實(shí)時(shí)性得到提高。 此外，本課題將MSP430單片機(jī)應(yīng)用于角

3、位移傳感器中，由于430單片機(jī)具有集成度高，內(nèi)置硬件乘法器和AD模塊，具有運(yùn)算速度快，功耗低等優(yōu)點(diǎn)，因此能夠快速地進(jìn)行大量運(yùn)算，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的硬件電路，提高了系統(tǒng)的可靠性和實(shí)時(shí)性。傳感器的精度也有所提高，不確定度在0.53％時(shí)，可以做到測(cè)量值與標(biāo)準(zhǔn)值相差1度以內(nèi)；溫度從-10℃到+55℃變化時(shí)，角度偏移最大誤差為0.136％/10℃，優(yōu)于國(guó)外同類型傳感器±0.3％/10k的水平。 為了使角位移傳感器的使用更加方便，課題將串行輸出，