一种双载波激励的高精度电容式角位移传感器

本公开涉及电子器件，尤其涉及一种双载波激励的高精度电容式角位移传感器。

背景技术：

1、近年来，随着微系统导航终端、微小型机器人、机械臂等技术的高速发展，角位移传感器的需求不断增大。市场上常见的角位移传感器多基于光栅式原理，感应同步器原理以及电磁式原理，存在体积较大、加工复杂度高、功耗较大的缺点，在对角位移传感器的体积及功耗要求较严格的场景下难以使用。电容式角位移传感器因其小型化实现容易、结构简单、功耗低等特点，在体积、成本及功耗受限的应用场景中具有很大优势，有着广阔的应用前景。但是，相关技术中电容式角位移传感器存在非线性误差大和温度特性不稳定的缺陷，如何解决这一问题成为当前研究的关键。

技术实现思路

1、有鉴于此，本公开提出了一种双载波激励的高精度电容式角位移传感器。

2、根据本公开的一方面，提供了一种双载波激励的高精度电容式角位移传感器，包括：壳体、定子敏感结构、转子敏感结构、处理模块和与所述处理模块连接的对外连接接口，所述定子敏感结构上设置有至少一个固定部，所述定子敏感结构通过各所述固定部固定在所述壳体上；所述转子敏感结构利用转轴固定在所述壳体上，且所述转子敏感结构的敏感面与所述定子敏感结构的敏感面正对、所述转子敏感结构的敏感面与所述定子敏感结构的敏感面之间具有预设距离；所述处理模块和所述对外连接接口设置在所述定子敏感结构的与敏感面相对的背面；

3、所述定子敏感结构上设置有多种定子电极，所述多种定子电极包括：至少一组正粗测接收电极以及对应的至少一组负粗测接收电极、正激励电极、负激励电极以及多组精测接收电极；各种定子电极分别连接到所述处理模块；

4、所述转子敏感结构上设置有对应于所述多种定子电极的第一转子电极和第二转子电极。

5、在一种可能的实现方式中，所述处理模块用于将产生的正激励信号和负激励信号分别发送至所述正激励电极和所述负激励电极，所述正激励信号和所述负激励信号是差分信号对中的两个信号；

6、所述第一转子电极用于响应于所述正激励电极发出的信号产生并发出第一信号，所述正粗测接收电极中的各正接收电极用于响应于所述第一信号产生第一接收信号并传输至所述处理模块；

7、所述第二转子电极用于响应于所述负激励电极发出的信号产生并发出第二信号，所述负粗测接收电极中的各负接收电极用于响应于所述第二信号产生第二接收信号并传输至所述处理模块；

8、每组所述精测接收电极中每个精测电极的正端用于响应于所述第一信号产生第三接收信号并传输至所述处理模块、每组所述精测接收电极中每个精测电极的负端用于响应于所述第二信号产生第四接收信号并传输至所述处理模块；

9、所述处理模块，用于基于所述第一接收信号、所述第二接收信号、所述第三接收信号和所述第四接收信号，确定出角度变化信息。

10、在一种可能的实现方式中，所述处理模块，还用于将所述角度变化信息通过所述对外连接接口传输至外部设备。

11、在一种可能的实现方式中，所述正激励电极和所述负激励电极分别为圆环状结构，且所述正激励电极的外圈半径小于所述负激励电极的内圈半径；

12、每种定子电极的每一组电极中的电极数量为4个，所述至少一组正粗测接收电极的多个正接收电极均匀分布在同一圆环上，所述至少一组负粗测接收电极的多个负接收电极均匀分布在同一圆环上，且所述正粗测接收电极所在圆环的外圈半径小于所述正激励电极的内圈半径、所述负粗测接收电极所在圆环的内圈半径大于所述负激励电极的外圈半径；

13、所述多组精测接收电极中的多个精测电极分布在同一圆环上，所述多组精测接收电极所在圆环的内圈半径大于所述正激励电极的外圈半径、且小于所述负激励电极的内圈半径，所述多组精测接收电极所在圆环的宽度大于预设值；

14、所述多种定子电极具有相同的电极圆心。

15、在一种可能的实现方式中，所述第一转子电极和所述第二转子电极为环状结构，所述第一转子电极和所述第二转子电极具有相同的电极旋转中心；

16、所述第一转子电极的内圈轮廓和第二转子电极的外圈轮廓为具有同一第一旋转中心的不同闭合曲线，所述第一转子电极的外圈轮廓与所述第二转子电极的内圈轮廓为半径不同且具有同一第二旋转中心的波浪形环状曲线，所述第一旋转中心和所述第二旋转中心均为所述电极旋转中心。

17、在一种可能的实现方式中，所述第一转子电极的内圈轮廓的部分处于所述正粗测接收电极所在圆环的范围内，所述第二转子电极的外圈轮廓的部分处于所述负粗测接收电极所在圆环的范围内，所述第一转子电极的外圈轮廓和所述第二转子电极的内圈轮廓处于所述多组精测接收电极所在圆环覆盖的范围内。

18、在一种可能的实现方式中，所述多种转子电极所在的电极圆心、所述转轴的轴心、所述第一转子电极和所述第二转子电极所在的电极旋转中心相同。

19、在一种可能的实现方式中，所述正粗测接收电极和所述负粗测接收电极的组数相同，且均为1。

20、在一种可能的实现方式中，所述处理模块包括用于产生正激励信号和负激励信号的差分振荡器、4路模拟电路和数字电路，

21、每一组精测接收电极中，第一精测电极分别与所述第一转子电极、所述第二转子电极形成的第一精测等效电容，第三精测电极分别与所述第一转子电极、所述第二转子电极形成的第三精测等效电容，作为第一路模拟电路的输入；

22、每一组精测接收电极中，第二精测电极分别与所述第一转子电极、所述第二转子电极形成的第二精测等效电容，第四精测电极分别与所述第一转子电极、所述第二转子电极形成的第四精测等效电容，作为第二路模拟电路的输入；

23、所述正粗测接收电极中第一正接收电极与所述第一转子电极、所述负粗测接收电极中第一负接收电极与所述第二转子电极形成的第一粗测等效电容，所述正粗测接收电极中第三正接收电极与所述第一转子电极、所述负粗测接收电极中第三负接收电极与所述第二转子电极形成的第三粗测等效电容，作为第三路模拟电路的输入；

24、所述正粗测接收电极中第二正接收电极与所述第一转子电极、所述负粗测接收电极中第二负接收电极与所述第二转子电极形成的第二粗测等效电容，所述正粗测接收电极中第四正接收电极与所述第一转子电极、所述负粗测接收电极中第四负接收电极与所述第二转子电极形成的第四粗测等效电容，作为第四路模拟电路的输入；

25、所述数字电路，用于接受每一路所述模拟电路的输出信号，并根据所有的输出信号确定出角度变化信息。

26、在一种可能的实现方式中，每一路模拟电路包括依次连接的c-v转换模块、放大器、σ-δ调制器和抽取滤波器，每一路模拟电路中c-v转换模块用于接收信号、抽取滤波器向外传输输出信号。

27、本公开实施例提供的双载波激励的高精度电容式角位移传感器，利用两次差动设计，提高对绝对角度变化的获取能力，进一步克服温度对电容式传感器的影响，测量精度高，抗干扰能力强，具有较好的环境适应性。

28、根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本公开的其它特征及方面将变得清楚。