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rvdt角位移传感器原理RVDT角位移传感器原理RVDT是一种基于电缆传感器技术的角度测量传感器，其全称为“旋转变压器角度传感器”（Rotary Variable Differential Transformer）。
它常常被应用在需要高质量和可靠的角度测量的场合，例如舰船舵角测量、汽车转向功能、太阳能电池板和人造卫星中的太阳面传感器等领域。
RVDT角位移传感器原理的工作基础是在永磁偏转稳定状态下的磁阻原理。
该传感器一般由三个彼此相互垂直的线圈组成，其中，一个作为中央传感线圈而另外两个则用作输入和输出线圈。
当外界的转动产生线圈之间的相对转动时，输出线圈所产生的电压信号将与输入线圈的信号相差一个相位。
RVDT角位移传感器不仅能够测量转角，而且在传输过程中能保证测量数据的准确性和稳定性。
因此，一般常常使用RVDT角位移传感器进行重载和长期测量，特别是在恒温环境和大气压力变化小的情况下，数据的稳定性和准确性表现非常明显。
接下来，我们将从RVDT角位移传感器构造和特点两个方面详细阐述其工作原理：一、RVDT角位移传感器构造1.中央传感线圈：该传感线圈是RVDT角位移传感器的核心，它位于输入和输出线圈的中央，并且与它们相互垂直。
中心传感线圈一般由一组由薄铜制成的长条线圈组成，这些线圈之间的间隔非常小，能够极大的减少由于温度变化引起的线圈扭曲和线圈彼此间的接触。
2.输入和输出线圈：输入和输出线圈是输入和输出信号的来源和收集器。
它们通常位于传感线圈的两侧，并且与中央传感线圈相互垂直。
输入和输出线圈之间的距离和箕斗形状取决于长度和直径比。
3.芯杆：芯杆是整个RVDT角位移传感器系统的基本支撑部分。
它是由一个甚至两个垂直方向的线杆组成的。
其中一个用于支撑传感器线圈，另一个则用于支撑传感器磁芯。
芯杆还起着保持线圈之间间隔恒定和承受机械负载的作用。
4.磁芯：磁芯是整个RVDT角位移传感器中最基本的部分。
它是由一个或两个固定的磁芯组成的，贯穿整个传感器的线圈。
天津大学硕士学位论文电容式角位移传感器的研究姓名：杨波申请学位级别：硕士专业：检测技术与自动化装置指导教师：张涛2002.2.1摘要丁，７ｆ；ｑ－｝；７Ｐ２／２‘／２角位移传感器用于测量固定部件（定子）与转动部件（转子）之间的旋转角度，可根据电场、磁场及光学等原理进行测量。
其中，电容式角位移传感器以其非接触测量、结构简单、低能耗、测量精确等优点独树一帜。
本课题设计了一种电容式角位移传感器。
作者运用有限元法对不同形状和参数的电容传感器进行了仿真实验，并得到了选择优化结构参数的原则，其中首次对三极板结构电容传感器电场进行了三维有限元仿真分析。
本文同时给出了一种基于充放电原理的小电容测量电路，它从原理上克服了杂散电容的影响，同时简化了电路的结构，使其满足实际应用要求。
将传感器和测量电路连接进行实验，得到实验数据，进行分析，说明仿真实验对实际有一定的指导意义。
关健词：电容式角位移传感器计算机仿真有限元方法Ａｎｇｕｌａｒｐｏｓｉｔｉｏｎｓｅｎｓｏｒｓｍｅａｓｕｒｅｔｈｅａｎｇｌｅｏｆｒｏｔａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎａｆｉｘｅｄｐａｒｔ，ｔｈｅｓｔａｔｏｒ，ａｎｄａｒｏｔａｔｉｎｇｐａｒｔ，ｔｈｅｒｏｔ０ＬＴｈｅｙｒｅｌｙｏｎａｇｒｅａｔｖａｒｉｅｔｙｏｆｗｏｒｋｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ，ｓｕｃｈａＳｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄｓ，ｅｌｅｃｔｒｉｃｆｉｅｌｄｓ，ｌｉｇｈｔａｎｄＳＯｏｎ．Ｔｈｅｃａｐａｃｉｔｉｖｅａｎｇｕｌａｒｐｏｓｉｔｉｏｎｓｅｎｓｏｒｉｓｏｕｔｓｔａｎｄｉｎｇｂｅｃａｕｓｅｏｆｉｔｓｎｏｎｃｏｎｔａｃｔ，ｓｉｍｐｌｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｌｏｗｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎａｎｄｈｉｇｈａｃｃｕｒａｃｙ．Ａｎｏｖｅｌｈｉｇｈ－ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｃａｐａｃｉｔｉｖｅａｎｇｕｌａｒｐｏｓｉｔｉｏｎｓｅｎｓｏｒｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄｉｎｔｈｉｓｔｈｅｓｉｓ．Ｔｈｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｉｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｂｙ３ＤＦＥＭ（ＦｉｎｉｔｅＥｌｅｍｅｕｔＭｅｔｈｏｄ）ｍｏｄｅｌｌｉｎｇａｎｄｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎｏｆｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃｆｉｅｌｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｅｎｓｏｒ．Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｔｈｅｇｅｏｍｅｔｒｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｂｙｃｏｍｐａｒｉｎｇｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆ３Ｄａｎｄ２Ｄｅｌｅｃｔｒｉｃｆｉｅｌｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｉｎｔｈｉｓｓｅｎｓｏｒ．Ｓｅｖｅｒａｌｒｕｌｅｓｆｏｒｄｅｓｉｇｎｉｎｇｃａｐａｃｉｔｉｖｅａｎｇｕｌａｒｐｏｓｉｔｉｏｎｓｅｎｓｏｒｈａｖｅｂｅｅｎｇｉｖｅｎ．Ａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅ，ａｓｔｒａｙ－ｉｍｍｕｎｅｃａｐａｃｉｔｉｖｅｍｅａｓｕｒｉｎｇｃｉｒｃｕｉｔｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｃｈａｒｇｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｉｓｐｍｓｅｍｅｄ．ＡｇｏｏｄａｇｒｅｅｍｅｎｔｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔＷａｓｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｏｖｅｓｔｈｅｐｏｓｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｎｏｖｅｌａｎｇｕｌａｒｐｏｓｉｔｉｏｎｓｅｎｓｏｒ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＣａｐａｃｉｔｉｖｅａｎｇｕｌａｒｐｏｓｉｔｉｏｎｓｅｎｓｏｒＣｏｍｐｕｔｅｒ—ａｉｄｅｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎＦＥＭ停ｉｆｌｉｔｃＥｌｅｍｅｍＭｅｔｈｏｄ）墨业第一章绪论第一节传感器概述随着现代科学技术的发展，非电物理量的测试与控制技术，已越来越广泛地应用于航天、航空、常规武器、船舶、交通运输、冶金、机械制造、化工、轻工、生物医学工程、自动检测与计量、称重等技术领域，而且也正在逐步引入人们的日常生活中。
导电塑料位移传感器使用时一般按分压器原理以电压输出或转换电流输出（4~20ma）与轴旋转角度或直线位移成高精度的线性关系。
其特点是高精度、高寿命、高平滑性、高分辨率。
可用作位置反馈、位置检测、电平调节等。
通常用于工业自动化、精密仪器仪表、电动执行器、纺织、注塑、数控的机床设备、医疗器械、汽车、火车、飞机、军舰、导弹等领域中的自动控制系统、伺服系统、信息反馈系统。
传感器结构主要是由电阻元件、轴、电刷、壳体、盖等组成，另加位移变送器或数字显示器。
旋转式传感器有单联、双联二种，它们安装形式相同，分为螺母固定（如wdj27—1型）、螺钉固定（如wdj36—1型）和压板固定（wdj36—4型）三种，电信号引出一般采用接线柱形式。
直滑式传感器的安装形式一般采用螺钉固定，电信号引出有三种形式：接线桩式（如：wdm14系列）、插座式（如cfy电子尺系列）和导线式（如cwy系列）。
三个接线柱或红、黄、蓝三根线对应标牌标记1、2、3分别表示：1是输入端;2是输出端;3是接地。
（请注意：如果引出端2接错线会烧坏传感器）轴从1端到3端角度旋转或直线位移时阻值发生变化，由2端按线性规律高精度输出，同时通过变换电路将阻值变化转换为信号显示。
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摘要导电塑料位移传感器（WDS）采用导电塑料电位器作主要元件，内置信号变送器，能直接将机械位移量变换成0～10V或4～20mA的输出信号。
导电塑料位移传感器具有长寿命、高可靠性、高精度等优点，分辨率在理论上达到无限小，响应时间几乎为零，由于信号变换完全基于直流方式，所以外围电路十分简洁，抗干扰性能相当好，不存在外界磁场产生的不良影响，另外导电塑料采用了化学性能和物理性能非常稳定的DAP树脂，由此做成的导电塑料位移传感器能适用在高温、潮湿、盐雾等腐蚀性气体的环境中。
传感器结构主要由电阻元件、轴、电刷、壳体、盖、敏感元件，电极等组成。
本课题设计的WDS35型角位移传感器，采用导电塑料作为敏感材料，电刷组件确保电刷片在导电塑料膜上的压力恒定，电源采用10V高精度恒流恒压电源，可用于角位移参数测量。
本课题设计的传感器与其他的测位移用的传感器相比，具有摩擦阻力小和分辨率高，且具有高精度、高可靠性和高抗干扰能力，而且使用寿命特别长等优点，可在恶劣环境下工作，测量范围可以达到120°，在360°范围内可自由旋转，可广泛应用于阀位控制、液压泵控制，曲柄反馈，机器人等领域。
关键词：角位移传感器；导电塑料；电刷组件；绝缘基体.目录第1章绪论 (1)1.1目的和意义 (1)1.2应用领域 (1)1.3国内外发展概况 (1)1.4发展展望 (4)第2章设计要求 (5)2.1设计任务 (5)2.2基本要求 (5)2.3传感器的主要技术指标 (5)2.4性能指标 (5)第3章传感原理分析 (6)3.1传感原理的选择 (6)3.2WDS35型角位移传感器的一般特性 (7)3.2.1 线性度 (7)3.2.2 降功耗曲线 (8)3.2.3 迟滞 (8)3.2.4 重复性 (9)3.2.5 灵敏度与灵敏度误差 (10)3.2.6 分辨率与阀值 (10)3.2.7 稳定性 (11)3.2.8 漂移 (11)3.2.9 精确度 (11)第4章敏感材料选择 (13)4.1敏感材料的选择 (13)4.2导电塑料的优势 (14)第5章传感器结构设计 (16)5.1基体塑压工艺 (16)5.1.1 粉碎 (16)5.1.2 振动过筛 (16)5.1.3 成型 (17)5.1.4 保存 (17)5.2喷涂 (17)5.2.1 喷涂脱模剂 (17)5.2.2 喷涂电阻液 (18)5.2.3 喷涂零阻液 (18)5.3基体喷涂K值和初始线性度的合格率 (20)5.3.1 喷涂台设计原则和功能特点 (20)5.3.2 喷涂台工作影响因素 (20)5.3.3 解决喷涂技术难题的措施 (21)5.4结构设计 (21)致谢 (23)参考文献 (24)附录1：各部分结构设计图 (25)附录2：传感器安装图 (28)附录3：精密位移传感器安装、使用说明 (29)1安装 (29)2注意事项 (29)3使用须知 (30)第1章绪论目的和意义新技术革命到来，世界开始进入信息时代。
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。
传感器课程设计报告专业：电子信息工程班级：0 7 0 2姓名：谭伟设计课题：角位移传感器设计2 0 1 0 年 6 月24 日角位移传感器设计目录《角位移传感器设计》课程设计任务书 ------------------------------ 2一、序言-------------------------------------------------------- 2二、磁电式传感器 ------------------------------------------------ 3三、基于UZZ9000和KMZ41的角度检测电路--------------------------- 33.1、UZZ9000的主要技术性能与特点 ------------------------------ 3 3.2、UZZ9000的引脚功能与封装形式 ------------------------------ 4 3.3、UZZ9000的内部结构与工作原理 ------------------------------ 4 3.4、磁阻式传感器KMZ41的特点---------------------------------- 4 3.5、由UZZ9000和KMZ41构成的角度检测电路---------------------- 5《角位移传感器》课程设计任务书1、总要求能够独立进行小型检测模块系统方案的设计及论证，选择合理的传感器、设计必要的接口电路等，以及合理选择有关元器件及正确使用相关工具与仪器设备等，并且能结合实际调试与实验进行有关精度分析与讨论。
2、总任务针对总要求进行原理及方案论证、模块设计、接口电路设计、焊接或插接与调试、精度分析以及撰写报告等工作。
3、设计题目角度传感器设计4、设计内容居于UZZ9000和KMZ41组成的角度传感器电路一、序言角度传感器是把对角度测量转换成其他物理量的测量，角度传感器的原理有将角度变化量的测量变为电阻变化测量的变阻器式角度传感器、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度传感器，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度传感器等等。
从我的传感器设计任务——角度传感器设计出发，进行任务分析，查阅资料，确定总体方案。
传感器的选用特别关键，因为这是训练式的设计，我可以选用结构简单，使用方便磁阻式传感器类型，通过查阅资料我选用角度传感器KMZ41要将角度传感器得到的有用的信息显示出来，就必须将没有的干扰信号和噪声排除，所以在传感器后接上调制解，滤波，解调电路。
由于KMZ41由两路正弦电压输出，我选择有两个A/D转换器的芯片——UZZ9000。
而且通过查阅资料可以知道UZZ9000和KMZ41连接可以将KMZ41输出的两路正弦电压信号转换成线性电压信号输出，在报告首先简述一下所使用的芯片（UZZ9000和KMZ41）中A/D、D/A转换器、滤波器、时钟振荡、逻辑控制、算法控制和电桥的原理，通过阅读这些原理的介绍可以让读者更好地理解我所选用的设计方案。
介绍完这些原理之后就介绍我的设计方案。
由于没有实物，方案的可读性就大大降低了，所以本报告就介绍尽可能的详细，尽可能地让每一位读者能够很容易理解这个角度传感器设计方案角位移传感器设计二、磁电式传感器磁电式传感器是把被测物理量转换为感应电动势的一种传感器，又称电磁感应式或电动力式传感器。
对于一个匝数为N 的线圈，当穿过该线圈的磁通Φ发生变化时，其感应电动势：（1）可见，线圈感应电动势的大小，取决于匝数和穿过线圈的磁通变化率。
磁通变化率与磁场强度、磁路磁阻、线圈的运动速度有关，故若改变其中一个因素，都会改变线圈的感应电动势。
按照结构不同，磁电式传感器可分为动圈式与磁阻式。
磁阻式磁电传感器可变磁阻式磁电传感器简称磁阻式磁电传感器。
磁阻式磁电传感器由永久磁钢及缠绕其上的线圈组成。
传感器在工作时线圈与磁钢都不动，由运动着的物体(导磁材料)改变磁路的磁阻，引起通过线圈的磁力线增强或减弱，使线圈产生感应电势。
下图表示了磁阻式磁电传感器应用于转速、偏心量、振动的测量。
(a) 测频数 (b)测转速(c) 偏心测量 (d) 振动测量图1 磁阻式磁电传感器工作原理及应用三、基于UZZ9000和KMZ41的角度检测电路 3.1、UZZ9000的主要技术性能与特点UZZ9000时philips公司推出的单片角度传感器信号调理器。
配上磁阻式角度传感器KMZ41，可实现非接触的，精确的角度测量。
UZZ9000为线性电压输出式角度传感器信号调理器电路，输出电压与被测角度信号成正比，测量角度的范围为0~180o，且在0~100o范围内，测量误差小于0.45o分辨力达到0.1o。
测量范围和输出零点均可调节，电源电压范围为4.5~5.5V，电源电流为10Ma,工作温度范围为-40~+150℃3.2、UZZ9000的引脚功能与封装形式UZZ9000采用SO—24封装，引脚端功能如下表所示表（2）UZZ9000引脚端功能引脚符号功能引脚符号功能1 +Vo2 传感器2差分输入正端13 Var 角度范围输入设置2 +Vo1 传感器1差分输入正端14 V offin 零点漂移量输入设置3 V DD2 数字电路电源电压15 OFFS2 传感器2漂移量调整输入4 V SS 数字地16 OFFS1 传感器1漂移量调整输入5 GND 模拟地17 V DDA模拟电路电压电源6 RST 数字电路部分复位18 GND 模拟地7 TEST1 芯片测试1（连接倒地）19 TEST4 芯片测试4（接地）8 TEST2 芯片测试2（未连接）20 TEST5 芯片测试5（接地）9 DATA_CLK 调整模式数据时钟(地）21 V DD1数字电路电源电压10 SMODE 串行模式编程器（接地）22 Tout 测试输出11 TEST3 芯片测试3（未连接）23 -V o2 传感器2差分输入负端12 V OUT 输出电压24 -V o1 传感器2差分输入负端3.3、UZZ9000的内部结构与工作原理UZZ9000的芯片内部包括A/D转换器1和A/D转换器2，滤波器，算法逻辑，D/A 转换器，数字振荡器，逻辑控制及复位等。
UZZ9000与KMZ41连接，能够将磁阻式传感器KMZ41输出的2个有相位差的正弦信号转换成线性电压输出信号，UZZ9000的输出电压与被测角度α呈线性关系，线性的输出范围为0～180o。
3.4、磁阻式传感器KMZ41的特点磁阻式角度传感器KMZ41由philips公司生产的专门用于测量角度的集成传感器，给予坡莫合金的磁阻效应，与采用其他技术（如霍尔传感器）的角度传感器相比，具有灵敏度高；线性度好；量程宽；失调电压低；磁滞量极小；稳定性强；耐高温；抗震动及防灰尘等优点。
磁阻式角度传感器KMZ41采用了SO~8封装，其内部包含有两个由磁阻构成的，位置成正交的，独立的电桥（Wheatstone Bridge），其引脚功能如表3所示，桥路等效电路角位移传感器设计如图10所示。
表3 KMZ41引脚端功能图10 KMZ41的桥路等效电路将KMZ41置于由X 轴、Y 轴构成的平面上，当旋转磁场强度发生变化时，KMZ41会产生两路正弦输出信号，两信号的相位差就代表了芯片的轴向与磁场方向的夹角α。
输出波形如图12所示。
3.5、由UZZ9000和KMZ41构成的角度检测电路由UZZ9000和KMZ41构成的电压输出式角度检测电路图如下所示，改变Rp1的电刷的位置，可以调节传感器1的偏移量；改变Rp2的电刷的位置，可以调节传感器2的偏移量；改变Rp3电刷的位置，可以调节零点偏移；改变Rp4电刷的位置，可以调节测量（a ）芯片轴向与磁场方向的夹角 （b ） KMZ41产生的两路正弦信号图12 当旋转磁场发生变化时，KMZ41的输出信号波形角度范围。
电阻Rp1至Rp4可以采用固定电阻代替。
电路输出电压送至数字电压表或者微控制器系统，即可显示出被测角度值。
该电路可广泛用于发动机凸轮/曲轴速度及位置检测、节流阀控制、转向操作控制、汽车中的ABS 系统等领域。
引脚 符号 功能1 -V o1 桥1的输出电压负端2 -V o2 桥2的输出电压负端3 Vcc2 桥2电源电压4 Vcc1 桥1电源电压5 +V o1 桥1的输出电压正端6 +V o2 桥2的输出电压正端7 GND2 桥2地 8GND1 桥1地图13 UZZ9000和KMZ41构成的电压输出式角度检测电路采用UZZ9000与KMZ41构成的电压输出式角度检测电路，使用时应注意：1、UZZ9000与KMZ41的连接方式。
UZZ9000与KMZ41可以采用不同连接方式。
注意：根据输出电压的零点相位的不同，分别相移0°、45°、90°、135°。
图14 串行接口调整协议时序图2、两输入信号偏移的调整。
为了获得线性的输出特性，必须在UZZ9000的输入级调整两输入信号偏移。
UZZ9000提供了一个专门的调整协议和接口，可用来完成对两输入信号的偏移的调整。
串行接口由SMODE（引脚端10）和DATA_CLK(引脚端9)组成。
表4 状态字与模式关系状态字模式1 2 3 4 50 0 0 1 0 进入传感器输入通道1调整模式0 0 1 0 0 进入传感器输入通道2调整模式0 0 0 0 0 脱离传感器输入通道调整模式3、设置角度范围。
在UZZ9000的引脚端13（SENSIN）加上不同的外部电压可以选择0至30°到1至180°共16个不同的角度范围。
4、零点偏移调节。
在UZZ9000的引脚端14（VOFFIN）加上一个外部电压，可以调节零点偏移或者设置到0°。
