全文摘要
本实用新型涉及一种二维曲面电容式编码器，该编码器包括至少三个形状相同且均匀对称分布在一个球冠上的固定电容，一个球冠形极板；固定电容所在球面的球心与球冠形极板所在球面的球心重合；当球冠形极板绕球心作方位和俯仰转动时，各固定电容的右极板分别与球冠形极板及中间的空气介质构成可变电容。本实用新型可以固定在方位俯仰伺服控制系统外部，不占用其内部空间，利于系统小型化。
主设计要求
1.一种二维曲面电容式编码器，其特征在于包括至少三个形状相同且均匀对称分布在一个球冠上的固定电容，一个球冠形极板(14)；固定电容所在球面的球心与球冠形极板(14)所在球面的球心重合；当球冠形极板(14)绕球心作方位和俯仰转动时，各固定电容的右极板分别与球冠形极板(14)及中间的空气介质构成可变电容。
设计方案
1.一种二维曲面电容式编码器，其特征在于包括至少三个形状相同且均匀对称分布在一个球冠上的固定电容，一个球冠形极板(14)；固定电容所在球面的球心与球冠形极板(14)所在球面的球心重合；当球冠形极板(14)绕球心作方位和俯仰转动时，各固定电容的右极板分别与球冠形极板(14)及中间的空气介质构成可变电容。
2.根据权利要求1所述的二维曲面电容式编码器，其特征在于还包括球冠形绝缘层(15)和球冠形右极板(16)，球冠形极板(14)与球冠形绝缘层(15)和球冠形右极板(16)共同构成球冠形移动电容C1。
3.根据权利要求1所述的二维曲面电容式编码器，其特征在于各固定电容共用一个球冠形固定极板(11)作为左极板，并共用一个球冠形介质体(12)；球冠形固定极板(11)贴合固定在球冠形介质体(12)左侧凸面上，各固定电容的右极板均匀对称分布贴合固定在球冠形介质体(12)右侧凹面上。
4.根据权利要求1所述的二维曲面电容式编码器，其特征在于所述的各固定电容均匀对称分布贴合固定在球冠形固定板(18)右侧的凹面上。
5.根据权利要求1所述的二维曲面电容式编码器，其特征在于所述的各固定电容均为球冠扇形。
设计说明书
技术领域
本实用新型属于电容式编码器技术领域，涉及一种通过控制电容有规律的变化，从而实现信号编码技术的二维曲面电容式编码器。
背景技术
电容编码器用于运动伺服控制系统中，作为角度位置的传感和测量用。其具有无可比拟的可靠性，以及足够高的精度，同时，又具有安装难度低，占用空间少的优势，在许多场合有着不可代替的地位，特别是在军事以及航天、航空、航海等方面。
传统的方位俯仰伺服控制系统，是将两个编码器分别安装在方位转动轴和俯仰转动轴上分别测量方位角和俯仰角，占用了较大的系统内部空间，不利于系统小型化。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种不占用方位俯仰伺服控制系统内部空间，利于系统小型化的二维曲面电容式编码器。
为了解决上述技术问题，本实用新型的二维曲面电容式编码器包括至少三个形状相同且均匀对称分布在一个球冠上的固定电容，一个球冠形极板；固定电容所在球面的球心与球冠形极板所在球面的球心重合；球冠形极板绕球心作方位和俯仰转动过程中，各固定电容的右极板分别与球冠形极板及中间的空气介质构成可变电容。
进一步，本实用新型还包括球冠形绝缘层和球冠形右极板，球冠形极板与球冠形绝缘层和球冠形右极板共同构成球冠形移动电容；球冠形右极板连接电源地。
进一步，各固定电容共用一个球冠形固定极板作为左极板，并共用一个球冠形介质体；球冠形固定极板贴合固定在球冠形介质体左侧凸面上，各固定电容的右极板均匀对称分布贴合固定在球冠形介质体右侧凹面上。
所述的各固定电容还可以均匀对称分布贴合固定在球冠形固定板右侧的凹面上。
所述的固定电容均为球冠扇形。
使用时，球冠形极板连接正弦信号发生模块，各固定电容的左极板连接电源地，各固定电容的右极板作为正弦信号输出端连接信号处理模块。将多个固定电容整体固定在设备上，将球冠形极板(或球冠形移动电容)固定在托盘上，通过托盘和连接件与作方位俯仰转动的部件连接，并且固定电容和球冠形极板的球心与该部件的方位俯仰转动中心重合。当该部件作方位俯仰转动带动球冠形极板沿球面移动过程中，至少有两个固定电容的右极板与球冠形极板及中间的空气介质构成的可变电容的容值发生改变；根据固定电容右极板输出的正弦信号幅值和预先标定的四个正弦信号幅值与方位角和俯仰角对应关系即可得到该部件的方位角和俯仰角。
本实用新型的二维曲面电容式编码器固定在方位俯仰伺服控制系统外部，不占用其内部空间，利于系统小型化。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。
图1是本实用新型的右视图。
图2是本实用新型与托片安装结构的右视图。
图3是本实用新型实施例1的剖视图。
图4是本实用新型与托片安装结构实施例1的剖视图。
图5是图4的局部放大图。
图6是本实用新型实施例1、3的等效电路图。
图7a是本实用新型实施例2的局部剖视图；图7b是本实用新型实施例2 的等效电路图。
图8是本实用新型实施例3的球冠形固定板及四个球冠扇形固定电容的右视图。
图9a、9b、9c分别是标定所用装置的立体图、俯视图和主视图。
图10是信号处理电路框图。
图11a、图11b是两种不同形状的固定电容示意图。
具体实施方式
实施例1
如图1～5所示，本实用新型的二维曲面电容式编码器包括球冠形介质体12，作为四个固定电容公共左极板的球冠形固定极板11，四个作为固定电容右极板的球冠扇形固定极板13-1、13-2、13-3、13-4，球冠形移动电容C1；球冠形固定极板11贴合固定在球冠形介质体12左侧凸面上的，四个球冠扇形固定极板 13-1、13-2、13-3、13-4均匀对称分布贴合固定在球冠形介质体12右侧凹面上；球冠扇形固定极板13-1、13-2、13-3、13-4与球冠形固定极板11、球冠形介质体12共同构成四个球冠扇形的固定电容C6～C9；四个球冠扇形的固定电容C6～C9与球冠形移动电容C1所在球面的球心重合；球冠形移动电容C1由贴合在一起的球冠形极板14、球冠形绝缘层15和球冠形右极板16构成；当球冠形移动电容C1绕球心作方位和俯仰转动时，球冠扇形固定极板13-1、13-2、 13-3、13-4分别与球冠形极板14及中间的空气介质构成四个可变电容C2～C5。
使用时，所述的球冠形极板14连接正弦信号发生模块AC，球冠形右极板 16和球冠形固定极板11分别通过导线连接电源地，球冠扇形固定极板13-1、 13-2、13-3、13-4通过导线连接信号处理模块；等效电路如图6所示。
实施例2
如图7a所示，本实施例与实施例1不同之处在于省略了球冠形绝缘层15 和球冠形右极板16；当球冠形极板14绕球心作方位和俯仰转动时，与球冠扇形固定极板13-1、13-2、13-3、13-4及中间的空气介质分别构成四个可变电容 C2～C5。其余结构均与实施例1相同。
使用时，球冠型极板14连接正弦信号发生模块AC，球冠形固定极板11通过导线连接电源地；球冠扇形固定极板13-1、13-2、13-3、13-4通过导线连接信号处理模块；等效电路如图7b所示。
实施例3
如图8所示，本实施例与实施例1不同之处在于将四个球冠扇形的固定电容19-1、19-2、19-3、19-4均匀对称分布贴合固定在球冠形固定板18右侧的凹面上。其余结构与实施例1相同。
以实施例1为例，使用前需要进行标定。如图9a、9b、9c所示，将球冠形固定极板11、球冠形介质体12及球冠扇形固定极板13-1、13-2、13-3、13-4 构成的球冠体1安装固定在支撑座6上，支撑座6设置在机架7上；球冠形移动电容C1固定在托盘2上，托盘2右侧的凸起嵌入摆臂32的端部盲孔并通过顶丝32与摆臂31连接固定；摆臂31通过连接件33和连接件34与俯仰轴系5 的转子固定连接；俯仰轴系5的转子可在俯仰转动的同时随方位轴系4作方位转动；方位轴系4和俯仰轴系5上安装码盘，俯仰轴系5的转子每转动一个步长记录码盘输出的方位角和俯仰角，此时由于球冠扇形固定极板13-1、13-2、 13-3、13-4与球冠形极板14的板间面积不断变化导致四个可变电容C2～C5的容值发生变化，从而实现对正弦信号的幅度调制；俯仰轴系5的转子每转动一个步长同时记录球冠扇形固定极板13-1、13-2、13-3、13-4输出的四个正弦信号的幅值，即可完成四个正弦信号幅值与方位角和俯仰角对应关系的标定。
使用时将球冠形介质体12、球冠形固定极板11和四个球冠扇形固定极板构成的球冠体固定在设备上，将球冠形移动电容C1通过连接件与作方位俯仰转动的部件连接。当该部件作方位俯仰转动时可带动球冠形移动电容C1沿球面移动，根据球冠扇形固定极板13-1、13-2、13-3、13-4输出正弦信号幅值和标定的四个正弦信号幅值与方位角和俯仰角对应关系即可得到该部件的方位角和俯仰角。
如图10所示，正弦信号发生模块AC包括电源模块、有源晶振、第一运算放大器；信号处理模块包括第二运算放大器和单片机；正弦信号发生模块输出正弦信号加载到球冠形极板14上，四个球冠扇形固定极板输出的正弦信号经第二运算放大器放大并经单片机模数转换后输出代表方位角和俯仰角的数字信号。
电源模块采用的是TPS7A4533DCQ芯片，主要为有源晶振提供持续、稳定的电压。
有源晶振的振动频率为8MHz，用于产生正弦波信号。
第一、第二运算放大器采用的是OPA4277UA芯片，保证了对信号幅值放大的比例相同。将有源晶振产生的正弦信号的幅值放大，加载到球冠形左极板14 上。第一、第二运算放大器型号相同，保证了对信号幅值放大的比例相同。
第二运算放大器放大后的正弦信号经过单片机进行模\/数转换后输出代表方位角和俯仰角的数字信号。单片机使用的是ARM STM32F303k8。
本实用新型不限于上述实施例。例如球冠扇形固定极板还可以采用3个、6 个、8个等等；球冠扇形固定极板还可以用如图11a、图11b所示形状的固定极板替代，球冠型移动电容C1也可以采用截面对称的其他形状，例如六边形、八边形等。只要球冠形移动电容C1或者球冠型极板14在零位时(球冠形移动电容C1或者球冠型极板14的几何中心与球冠体1的几何中心重合)各固定极板电位相同，并且在偏移零位时至少有2个固定极板输出正弦信号幅度发生变化即可。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920117483.1
申请日:2019-01-24
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:82(吉林)
授权编号:CN209512883U
授权时间:20191018
主分类号:G01D 5/241
专利分类号:G01D5/241
范畴分类:31P;40C;
申请人:长春通视光电技术有限公司
第一申请人:长春通视光电技术有限公司
申请人地址:130000 吉林省长春市二道区净月开发区净月大街2950号长春净月高新区民生大厦5005室
发明人:戴明;尹传历;曲岳;徐晓睿;刘斌;李赫
第一发明人:戴明
当前权利人:长春通视光电技术有限公司
代理人:王淑秋
代理机构:22201
代理机构编号:长春吉大专利代理有限责任公司
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计