容柵旋轉(zhuǎn)編碼器原理及應(yīng)用[2]

  2 容柵傳感器測(cè)量原理

  在動(dòng)?xùn)艝琶婢幪?hào)為A～H發(fā)射電極上分別加上8個(gè)等幅、同頻、相位依次相差π/4的方波激勵(lì)電壓信號(hào)ui（t）（i=0，1，2，……，7）。每組編號(hào)相同的發(fā)射極都加以相同的激勵(lì)信號(hào)，經(jīng)過(guò)兩對(duì)電容耦合在接收極上形成容柵電壓信號(hào)u0（x，t）。由于各組中序號(hào)相同的發(fā)射極和反射極的相對(duì)位置相同，所以可以將48個(gè)發(fā)射極和對(duì)應(yīng)的反射極板間的電容簡(jiǎn)化為c1（x）到c8（x）的8個(gè)電容器。Cf代表反射極與接收極相互耦合之后形成的電容器，由于接收極在動(dòng)?xùn)乓苿?dòng)方向上的長(zhǎng)度恰好為一組反射極長(zhǎng)度的整數(shù)倍，又由于反射極是周期性排列的，所以接收極和反射極的相互覆蓋面積不隨位移變化，即Cf為一個(gè)常數(shù)。圖2所示為其等效電路圖。

  容柵工作時(shí)，施加發(fā)射電極上的周期激勵(lì)信號(hào)，通過(guò)發(fā)射極與反射極、反射極與接收極兩對(duì)電容耦合，在接收極上形成合成信號(hào)。傳感器輸入、輸出信號(hào)與各電極之間電容耦合關(guān)系如圖3。

  一組激勵(lì)信號(hào)ui（t）（i=0，1，2，……，7）通過(guò)一組電容ci（x）（i=0，1，2，……，7）和定值電容Cf耦合后，得到傳感器的輸出信號(hào)u0（x，t）。不考慮激勵(lì)信號(hào)的輸出阻抗，并作歸一化處理，可得：

  式中，k為一常系數(shù)，正負(fù)由動(dòng)?xùn)藕挽o柵的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向決定。

  從公式（5）可知，輸出信號(hào)u0（x，t）的電位相與容柵傳感器的位移有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系（在一個(gè)周期內(nèi)是單值函數(shù)），調(diào)相信號(hào)是一個(gè)周期信號(hào)，動(dòng)?xùn)藕挽o柵每相對(duì)運(yùn)動(dòng)一組發(fā)射極的寬度，調(diào)相信號(hào)變化一個(gè)周期。根據(jù)這個(gè)原理可以通過(guò)鑒相器鑒別調(diào)相信號(hào)的相位變化，從而推算出動(dòng)?xùn)藕挽o柵的相對(duì)位移。同時(shí)還可以通過(guò)可逆計(jì)數(shù)器記錄輸出信號(hào)周期變化數(shù)，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離的測(cè)量。接收極上的輸出信號(hào)并不能直接送鑒相電路使用，在這之前還需要經(jīng)過(guò)解調(diào)、濾波、放大和整形，形成方波，最后通過(guò)鑒相器輸出位移信息送顯示。圖4為鑒相型容柵傳感器的測(cè)量原理圖。

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