電容式角度傳感器概述
荊仁旺
(西安微電機研究所710077)
【摘 要】電容式傳感器具有許多獨特的優點，是當今傳感器技術的重要發展方向之一，具有廣闊的應用前景。文中介紹電容式傳感器的工作原理、結構、測量線路及制造工藝特點。
【敘詞】傳感器電容式傳感器角度傳感器原理結構測量線路
l引 言
電容式角度傳感器具有結構簡單、體積小、輸出線性好、靈敏度高、轉動慣量小、適于動態測量及抗惡劣環境性能好等一系列特點。特別適合用于高精度陀螺儀及高精度擺式加速度計。作為擺動電機（有限轉角電動機）的優選位置傳感器，受到充分重視。在紅外成像、激光標識、激光雷達、軍事瞄準及大氣監測等系統中得到廣泛應用，是當前傳感器的重要發展方向之一。
2工作原理
2.1電容傳感器
電容傳感器的基本工作原理是基于物體間的電容量與其結構參數之間的關系。電容器的電容是構成電容器的兩電極形狀、大小、相互位置及電介質介電常數的函數。
對于******的平板電容器，如圖l所示，不考慮邊緣電場影響時，其電容量為：c=εs/δ-f(ε，δ，s)
式中e-介質的介電常數
s -極板的面積
δ-極板間的距離
因此，只要有任何物理量變化，不管是直接的還是間接的，部能使電容器的任一參數產生相應改變，從而引起電容器變化，即可通過一定的測量線路將其轉換為有用的信號輸出，據此判定物理量的變化，這就是電容傳感器的基本工作原理。
電容傳感器的輸出是電容的變化量。根據工作原理，傳感器可分為變間隙式、變面積式及變介電常數式三種。
變間隙式：一般用來測量微小的線位移（小至百分之一微米到零點幾毫米），如材料膨脹及大地震動等。
變面積式：一般用來測角位移（1至幾十度）或較大的線位移。
變介電常數式：常用于固體或液體的物位測量，也用于測定各種介質的濕度、密度等狀態參數。
顯然，其他物理量，如壓力、速度、加速度、力、應力等，只要能轉換為機械位移變化的，均可制成相應的電容式傳感器。因此，電容傳感器具有極為寬廣的應用領域。
2.2電容式角度傳感器
電容式角度傳感器通常采用變面積方式，圖2為平板型電容式角度傳感器的結構原理圖。
當傳感器動極板與定極板有角位移咿時，兩極板的相互覆蓋面積隨口的變化而變化，傳感器的電容值隨之發生相應變化，變化量為：
可見，傳感器的輸出特性為線性特性．其靈敏度：
這種傳感器還可以做成差動結構，如圖3所示。初始位置應使動極板與兩定傲板處于對稱位置，動極板與定極板構成一對差動電容器。當動極板移動時，一個電容器的電容c增加，另一個電容器的電容c則減少，此時：
較之單個式電容傳感器，其值增加一倍。
此外，極板的形狀逐可以做成圓弧狀或鋸齒狀．如圖4所示。
電容式角度傳感器主要用于有限范圍的角度檢測（一般為0度^180度）。當然，也可以作轉角連續測量，此時，極板做成鋸齒狀，隨著定極板和動極板的相對運動，傳感器提供一定的周期性的電容脈沖信號，即所謂的電容編碼器。
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