二维自感知电容式角位移测量系统研究

摘要

角度是机械行业中的重要几何参数之一，它的准确度直接影响着产品的质量与寿命，现有许多类型的角位移测量传感器，往往都是单一角位移量测量且需要把角位移传递到相应传感器中，不能有效实现二维方向上的角位移同时实时测量。
　　本文设计的自感知二维角位移传感器，即可为大尺寸测量的空间位姿信息获取提供有效的角位移测量信息，也可以为具有加持对中瞄准的应用需求提供辅助保障。该测量系统具有低成本、自感知二维角位移、测量精度较高等特点。
　　论文主要研究工作包括:
　　1.采用了比例式电容角位移测量原理作为传感器整体方案设计，并分析计算了动片浮地和接地对电容测量的影响，采用八瓣式的发射极板以及动片接地的方案，可实现180°范围角度测量。
　　2.设计了具两种电容敏感机械结构，分别是动片利用过盈方式实现动片固定和利用约束定位方式实现动、静极板固定。
　　3.设计了电容角位移传感硬件电路，包括传感激励模块、信号处理模块、信号采集、液晶显示和通信模块，并完成了测量软件编制。
　　4.搭建了实验平台，对电路工作特性进行了标定实验，并对所设计的电容式角位移传感器进行了角度比对实验。

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外现状

1．3 课题提出及意义

1．4 课题来源及主要工作内容

1．4．1 课题来源

1．4．2 主要研究内容

第二章 二维角位移传感器的方案设计

2．1 传统电容测量原理

2．1．1 极距变化型

2．1．2 相对面积变化型

2．2 比例式电容式角位移传感器测量原理

2．2．1 比例法电容测量原理介绍

2．2．2 比例式电容测量原理

2．2．3 比例法测电容特点及误差分析

2．3 传感器工作电路设计方案

2．4 传感器机械结构设计方案

2．5 二维角位移传感系统设计方案

第三章 角位移传感器机械结构设计

3．1 机械敏感部件设计与分析

3．1．1 定极板极瓣数目与测量范围分析

3．1．2 八极瓣电容角位移测量理论分析

3．1．3 动片的电气处理分析

3．1．4 定极板固定支架结构设计方案

3．2 定极板固定底座结构设计

3．3 约束定位传感机械结构设计

3．4 自感知机械结构设计

第四章 角位移传感器软硬件设计

4．1 主控芯片选择及工作电路设计

4．2 时钟电路设计

4．2 电源电路设计

4．3 复位电路设计

4．4 电荷转换电路设计

4．5 电容检测电路的介绍

4．6．1 电容测量电路设计

4．6．2 方波激励与延迟电路的设计

4．6．3 单片机直采处理电路设计

4．6．4 AD7708数字采集电路设计

4．7 数据通讯模块设计

4．8 显示模块设计

4．9 测量软件设计

第五章 系统实验

5．1 单片机直采模拟实验

5．2 AD7708数采模拟实验

5．3 角位移传感器标定实验

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文