A Multivector Variable Area Type Capacitive Angular Displacement Encoder Based on a Rotating Electric Field and Improvement of Its Demodulation Method

解调 编码器 电容感应 算法 数学 计算机科学 工程类 电气工程 频道(广播) 统计
作者
Xu Gao,Xuebin Zhang
出处
期刊:IEEE Sensors Journal [IEEE Sensors Council]
卷期号:22 (19): 18631-18638 被引量:3
标识
DOI:10.1109/jsen.2022.3200099
摘要

The problems of the traditional type grating angular displacement encoder make it difficult to balance the measurement performance of miniaturization, high precision and high resolution, and the ability to resist vibration and shock is poor. In this article, a multivector variable-area capacitive angular displacement encoder based on a rotating electric field is proposed. Based on the principle of constructing a rotating electric field, a three-layer transmissive sensing structure with upper and lower layers of electrode plates and a modulation rotor as the middle layer is proposed and designed. A single-channel signal is used as the input excitation signal of the capacitive sensor to avoid the problem of mismatching multiple input signals. A pair of quadrature signals reflecting the spatial angle information is obtained through electric field demodulation and differential processing. The phase demodulation method based on the time scale is further adopted to improve the precision of demodulation. Simulations and experiments show that the sensor has a diameter of 50 mm, a thickness of 5 mm, a resolution of $0.81''$ , an accuracy of $2.5''$ , and a maximum nonlinear error of $40''$ . The design is verified to be feasible, which provides a new solution for capacitive angular position sensor design.
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