下载文档原格式
电容式微位移传感器的结构及其应⽤研究电容式微位移传感器的结构及其应⽤研究 0. 摘要主要介绍了电容式位移传感器的原理、测量电路和在实际⽣活中的应⽤，主要是变间隙式电容传感器，采⽤电容运算放⼤器检测电路，并设计了⼀种改进型的检测电路，详细介绍了⼀种JDC 电容测微仪的组成及改进。
1. 引⾔电容式位移传感器具有精度⾼，结构简单，功耗低，成本低等典型特点，在现代化设备和制造系统⾃动化控制中电容式传感器运⽤得越来越多。
电容式位移传感器的设计关键是研制信号调整电路，把所测位移的变化量准确地转换成电压变化量。
运算放⼤器检测法的输出电压变化量于被测位移变化量成正⽐，从原理上解决了变间隙式电容位移传感器输出特性的⾮线性问题。
2. 变间隙电容位移传感器的原理如图1所⽰，对于平⾏板电容器，当不考虑边缘效应时，器电容为 d s c /ε=（1）式中：ε为介质的介电常数；s 为极板⾯积；d 为极板距离。
在电容上施加⼀个周期为f 的交流电压时，电容的电抗为fCπ21x c = (2) fS d πε2x c =(3) 电容上的电压和电流的关系为U=I ·x c （4） U=I ·)2/(fS d πε（5）当保持电流I 恒定时，两极板距离越⼤，电抗就越⼤，电压随之增⼤，其变化与距离成线性关系。
3. 测量电路电容式位移传感器的运算放⼤器检测法原理如图2所⽰。
电容传感器的侧头和被测物体构成传感器电容C x 的2个极板，C ref 为参考电容。
等效杂散电容C s 分布在传感器电容的两端，电容传感器采⽤等位环技术和驱动电缆技术，C s 降低到较⼩。
运算放⼤器A 的输⼊阻抗很⾼，增益很⼤，由于运算放⼤器A 的反向输⼊端虚地，杂散电容C s两端相当于接地，对电路影响图2 电容运算放⼤器检测原理很⼩。
U in 为激励源电压，由电路原理，有：dx SC U U ref in out ε-=（6）可知，输出电压U out 与动极板的位移x d 成线性关系，从原理上解决了变间隙式电容式位移传感器输出特性的⾮线性问题。
高精度调频式电容位移传感器陈泓波;黄向东;刘立丰;朱加兴【摘要】This paper designed non-contact FM displacement capacitance sensor,which was based on the difference frequency FM technology. The circuit was consisted of two sin signal generators, down-conversion circuit and discriminator. Experimental results show that resolution of 5 run can be achieved by this sensor, and it has good linearity.%设计了一种单极板调频式电容位移传感器,可实现非接触微位移测量.其原理为通过双路差频方法得到位移-频率的调制信号,再由乘法器鉴频得到位移变化量.电路包括测头及LC振荡电路、本振电路、混频下变频电路和鉴频电路.实验表明该传感器分辨力达到5 nm,并具有较好的线性度.【期刊名称】《仪表技术与传感器》【年(卷),期】2011(000)012【总页数】3页(P10-11,26)【关键词】电容;传感器;微位移【作者】陈泓波;黄向东;刘立丰;朱加兴【作者单位】哈尔滨工业大学超精密光电仪器工程研究所,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工业大学超精密光电仪器工程研究所,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工业大学超精密光电仪器工程研究所,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工业大学超精密光电仪器工程研究所,黑龙江哈尔滨150001【正文语种】中文【中图分类】TP2120 引言电容位移传感器因其高分辨力、高频响和非接触测量等优点，可实现对旋转轴回转精度、往复机构运动特性以及检定工件尺寸、平直度等的测量，被广泛应用于超精密定位和超精密测量领域。
电容式位移传感器的线性度标定与不确定度评定葛川;张德福;李朋志;郭抗;李佩玥;杨怀江【摘要】由于光刻投影物镜装调中电容传感器的线性度指标不能够满足位移调节精度的需求,本文提出了一种提高电容传感器测量线性度的方法.该方法采用压电驱动器提供位移进给;采用高精度激光测长干涉仪校准电容传感器的线性度,提供位移反馈以保证运动控制精度.采用高阶曲线拟合方法得到拟合系数对传感器线性度进行在线标定;对标定实验中的环境、安装、机构以及控制等进行不确定度分析与评定以保证电容传感器的线性度测量精度;最后进行电容传感器线性度的标定实验.实验结果表明:本文提出的线性度标定方法能够减小各误差项对于测量结果的影响,标定后传感器线性度由0.047 14％提高至0.004 84％,近一个数量级,并且线性度重复性较高,重复性偏差为0.38 nm,全行程内线性度的合成不确定度为5.70 nm,能够满足光刻物镜中位移控制精度的需求.【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2015(023)009【总页数】7页(P2546-2552)【关键词】电容传感器;位移传感器;标定;线性度;不确定度;光刻投影物镜【作者】葛川;张德福;李朋志;郭抗;李佩玥;杨怀江【作者单位】中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室超精密光学工程研究中心,吉林长春130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室超精密光学工程研究中心,吉林长春130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室超精密光学工程研究中心,吉林长春130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室超精密光学工程研究中心,吉林长春130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室超精密光学工程研究中心,吉林长春130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室超精密光学工程研究中心,吉林长春130033【正文语种】中文【中图分类】TP212.131 引言随着集成电路特征线宽的不断减小，对极大规模集成电路制造所需的光刻物镜的精度要求越来越高。
高精度电容式位移传感器校准方法的研究郑志月;施玉书;高思田;李东升;李伟;李适;李庆贤【摘要】介绍一种使用激光干涉仪结合单轴精密位移台对电容式位移传感器进行校准的方法.建立了一套高精度电容式位移传感器校准装置,利用单轴精密位移台位移与电压之间的关系产生纳米级的微小位移,同时使用激光干涉仪和待校准电容式位移传感器测量单轴精密位移台的微小位移.该装置可实现电容式位移传感器线性度、测量重复性以及测量分辨率的校准.实验验证了此校准方法的准确性和实用性,对影响校准的主要因素进行了分析,其综合不确定度为2.2 nm.【期刊名称】《计量学报》【年(卷),期】2015(036)001【总页数】5页(P14-18)【关键词】计量学;纳米计量;电容式位移传感器;单轴精密位移台;激光干涉仪【作者】郑志月;施玉书;高思田;李东升;李伟;李适;李庆贤【作者单位】中国计量学院计量测试工程学院,浙江杭州310018;中国计量科学研究院,北京100029;天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室,天津300072;中国计量科学研究院,北京100029;中国计量学院计量测试工程学院,浙江杭州310018;中国计量科学研究院,北京100029;中国计量科学研究院,北京100029;苏州市计量测试研究所,江苏苏州215128【正文语种】中文【中图分类】TB92近年来，电容式位移传感器以其灵敏度高、动态响应好、结构简单、能实现非接触测量等一系列优点被广泛应用于超精密测量领域中［1～4］。
随着我国生产自动化和精密加工技术的飞速发展，国防、航天航空工业等对工件及机床的测量精度的要求也越来越高，因而对电容传感器提出了更高的要求，电容位移传感器性能参数的可靠性、测量结果的准确性都必须得到保证，因此对高精度电容式位移传感器的准确校准和全面评价至关重要。
电容式位移传感器的基本结构如图1所示，依据理想化平板式电容设计，工作时传感器探头作为一个电极，被测量物体可作为一个相对电极，此测量原理可适用于对所有导电物体的位移位置进行测量。
角位移传感器角位移传感器的概念角位移传感器是把对角度测量转换成其他物理量的测量,它采用非接触式专利设计，与同步分析器和电位计等其它传统的角位移测量仪相比，有效地提高了长期可靠性。
下图所示为是角位移传感器的一种型号：角位移传感器的原理有以下三种情况：(1)将角度变化量的测量变为电阻变化测量的变阻器式角位移传感器,(2)将角度变化量的测量变为电容变化的测量的面积变化型电容角位移传感器,(3)将角度变化量的测量变为感应电动势变化量的测量的磁阻式角位移传感器等等.它的设计独特，在不使用诸如滑环、叶片、接触式游标、电刷等易磨损的活动部件的前提下仍可保证测量精度。
如下图所示：角位移传感器简化原理图角位移传感器特点：该传感器采用特殊形状的转子和线绕线圈，模拟线性可变差动传感器(LVDT)的线性位移，有较高的可靠性和性能，转子轴的旋转运动产生线性输出信号，围绕出厂预置的零位移动±60(总共120)度。
此输出信号的相位指示离开零位的位移方向。
转子的非接触式电磁耦合使产品具有无限的分辨率，即绝对测量精度可达到零点几度。
角位移传感器的应用从力学分类来看，有一种在静态下工作的角位移传感器，例如吊车和塔吊的吊臂上就用重锤方式角位移传感器，只能用于没有加速度运动的环境，通俗的理解就是不能在运动剧烈的环境上应用，只能用在静态的场合，是地球重力场直接作用下的倾斜仪器，类似的有气泡水准仪器，例如在经纬仪，全站仪，装修行业上使用，水平联通管也是类似的原理。
角位移传感器标准的测量方法是在旋转编码器上加重锤，重锤是产生重力作用的元件，在车辆运动环境下，就要用空气阻尼、油池阻尼、电磁阻尼来抑制重锤的晃动以至振荡，就必然使角位移传感器的灵敏度下降，响应速度下降。
角位移传感器也有非绝对编码，是增量输出的，如果没有起始脉冲专门信道，就要用自己外加初始定位传感器，一般是用红外的标准产品，缺点是精度低。
使用地磁角位移传感器基本上不受环境振动影响，又受电磁干扰影响，比赛车辆自身的电动机就要磁屏蔽。
电容式传感器简介capacitive type transducer把被测的机械量，如位移、压力等转换为电容量变化的传感器。
它的敏感部分就是具有可变参数的电容器。
其最常用的形式是由两个平行电极组成、极间以空气为介质的电容器（见图）。
若忽略边缘效应，平板电容器的电容为εA/δ，式中ε为极间介质的介电常数，A为两电极互相覆盖的有效面积,δ为两电极之间的距离。
δ、A、ε三个参数中任一个的变化都将引起电容量变化，并可用于测量。
因此电容式传感器可分为极距变化型、面积变化型、介质变化型三类。
极距变化型一般用来测量微小的线位移或由于力、压力、振动等引起的极距变化(见电容式压力传感器)。
面积变化型一般用于测量角位移或较大的线位移。
介质变化型常用于物位测量和各种介质的温度、密度、湿度的测定。
70年代末以来,随着集成电路技术的发展,出现了与微型测量仪表封装在一起的电容式传感器。
这种新型的传感器能使分布电容的影响大为减小，使其固有的缺点得到克服。
电容式传感器是一种用途极广，很有发展潜力的传感器。
电容式传感器工作原理电容式传感器也常常被人们称为电容式物位计，电容式物位计的电容检测元件是根据圆筒形电容器原理进行工作的，电容器由两个绝缘的同轴圆柱极板内电极和外电极组成，在两筒之间充以介电常数为e的电解质时，两圆筒间的电容量为C=2∏eL/lnD/d，式中L为两筒相互重合部分的长度；D为外筒电极的直径；d为内筒电极的直径；e为中间介质的电介常数。
在实际测量中D、d、e是基本不变的，故测得C即可知道液位的高低，这也是电容式传感器具有使用方便，结构简单和灵敏度高，价格便宜等特点的原因之一。
电容式传感器优缺点电容器传感器的优点是结构简单,价格便宜，灵敏度高，零磁滞，真空兼容，过载能力强，动态响应特性好和对高温、辐射、强振等恶劣条件的适应性强等。
缺点是输出有非线性，寄生电容和分布电容对灵敏度和测量精度的影响较大，以及联接电路较复杂等。
大家知道角位移传感器是什么吗?很多人看到这个名词的第一反应是皱皱眉吧。
今天小编调查了资料跑来告诉大家一些最基本的情况，角位传感器究竟是什么呢，如何操作呢？对我们又有什么作用呢?下面就让我们带着问题看看角位移传感器的操作指南、基本原理及其应用吧。
角位移传感器操作指南：1、以传感器安装凸台定位，用螺钉、螺母或压板固紧在金属板上。
在安装传感器时，严禁对轴、壳体进行车、钻等加工，避免轴或壳体受到外界的冲击力和压力，轴的轴向和径向不允许受到冲击力和压力（静压力应小于300n）。
严禁松动传感器上的螺钉，转动固紧环位置。
2、传感器出轴与其它机件联接时应注意轴心线要保持在一直线上（包括工作状态），如轴心线有偏差存在，建议使用万向接头或波纹管等转接件，以免传感器出轴弯曲变形，损坏其他器件，从而影响使用。
3、应防止水滴、蒸气、溶剂和腐蚀性气体对传感器的侵袭，防止金属屑或其他粉末进入传感器。
4、传感器的外部接线应焊接在引出端的腰槽处，尽量不要焊在引出端的顶部。
焊接时应使用不大于45w电铬铁，焊接时间应小于5秒。
在焊接及未冷却透时不应拉动导线，以免电刷丝或整个引出端被拉出，甚至脱落。
焊接时尽量少用焊剂、焊油，时间要短，避免焊剂蒸气通过引出端进入传感器内部，导致蒸气冷却后沉积在电阻元件表面，造成等效噪声电阻变差，甚至开路。
角位移传感器基本原理：角度位移传感器原理角度传感器用来检测角度的。
它的身体中有一个孔，可以配合乐高的轴。
当连结到RCX 上时，轴每转过1/16圈，角度传感器就会计数一次。
往一个方向转动时，计数增加，转动方向改变时，计数减少。
计数与角度传感器的初始位置有关。
当初始化角度传感器时，它的计数值被设置为0，如果需要，你可以用编程把它重新复位。
角度位移传感器实例如果把角度传感器连接到马达和轮子之间的任何一根传动轴上，必须将正确的传动比算入所读的数据。
举一个有关计算的例子。
在你的机器人身上，马达以3:1的传动比与主轮连接。
