高精度调频式电容位移传感器
《仪表技术与传感器》2011年总目次
黄
… … …
朝， 余岳辉 ， 俞
挺（ ８ ４— ）
黎
新， 陈育荣 ， 王生 怀（ ０—１ １ ）
喷水织机主轴位置 多路输 出集 成式磁编码器原理与应用 ……
… … … … … … … … … … …
还原再氧化工艺下 Ｂ ＴＯ ａｉ 基 Ｐ Ｃ Ｔ Ｒ元件 的密度与其 电性能
… … … … … … … … … …
微型热敏剪应力传感器 的温度补偿 …………………………… 杨少华 ， 马炳和 （ ９ ９— ） 压 电阵列式模态传感器 的实验研究 … …… … 毛崎 波（ ９—１ ） ２ 锑化铟磁 阻式接近开关特性分析 …… …… … 秦玉伟 （ ９—１ ） ５ 溶解热解前驱体 的处理对 ＳＯ 气敏性质 的影响 …………… ｎ：
… … … … … … … … …
庞士信 ， 王
超（ ５—１ ）
羽， 周
全 ， １ ７ 等（ ０— ）
勇 （０—１ ） １ ０
光纤位移传感器信号处理 电路 设计 ……………………………
… … … … … … … … … …
利用软磁合金实现动态扭矩非接触测量新方法 ………………
… … … … … … … … …
潘 国峰 ， 何
武
平， 王其 民， ４—１ 等（ ）
基于驻波调制方法 的新 型时栅 位移传感器 ……………………
… … … … … … … … … …
亮 ， 东林 ， 彭 陈锡侯 ， ４— ） 等（ ４
掺 杂 对 纳 米 ＳＯ ｎ 甲醛 敏 感 性 能 的 影 响 … … … … … … … … …
电容式传感器
0 r1 L0 b0
d0
当L=0时，传感器的初始电容 C 0
0 L0 b0
d0
当被测电介质进入极板间L深度后，引起电容相对变化量为
C C C 0 ( r 2 1) L 电容变化量与电介质移动量L呈线性关系 C0 C0 L0
4. 变极距型电容传感器
初始电容 C 0 若极距缩小△d
d ) C0 0 r s d C C 0 C 2 d d d d 1 1 d d C 0 (1
0 r s
d
非线性关系
若△d/d<<1时，则上式可简化为
d C C0 C0 d
最大位移应小于间距的1/10
差动式改善其非线性 差动式
1 1 Xc d C S
被测量与d 成线性关系 无需满足 d d
3.4 电容式传感器
3.4.1 3.4.2 3.4.3 3.4.4 3.4.5 3.4.6 3.4.7 电容式传感器的工作原理 电容式传感器主要性能 电容式传感器的特点和设计要点 电容式传感器等效电路 电容式传感器测量电路 电容式传感器的应用 容栅式传感器
由于电容传感器电容量一般都很小，电源频率即使采用几兆赫， 容抗仍很大，而R很小可以忽略，因此
1 1 1 LC 1 j L R j L jCe jC jC jC
2
Ce
C 1 2 LC
C C Ce Ce Ce 2 1 LC 1 2 L(C C ) C C C C C Ce Ce 2 2 1 L(C C ) 1 L(C C ) 1 2 LC
高精度调频式电容位移传感器
高精度调频式电容位移传感器陈泓波;黄向东;刘立丰;朱加兴【摘要】This paper designed non-contact FM displacement capacitance sensor,which was based on the difference frequency FM technology. The circuit was consisted of two sin signal generators, down-conversion circuit and discriminator. Experimental results show that resolution of 5 run can be achieved by this sensor, and it has good linearity.%设计了一种单极板调频式电容位移传感器,可实现非接触微位移测量.其原理为通过双路差频方法得到位移-频率的调制信号,再由乘法器鉴频得到位移变化量.电路包括测头及LC振荡电路、本振电路、混频下变频电路和鉴频电路.实验表明该传感器分辨力达到5 nm,并具有较好的线性度.【期刊名称】《仪表技术与传感器》【年(卷),期】2011(000)012【总页数】3页(P10-11,26)【关键词】电容;传感器;微位移【作者】陈泓波;黄向东;刘立丰;朱加兴【作者单位】哈尔滨工业大学超精密光电仪器工程研究所,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工业大学超精密光电仪器工程研究所,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工业大学超精密光电仪器工程研究所,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工业大学超精密光电仪器工程研究所,黑龙江哈尔滨150001【正文语种】中文【中图分类】TP2120 引言电容位移传感器因其高分辨力、高频响和非接触测量等优点，可实现对旋转轴回转精度、往复机构运动特性以及检定工件尺寸、平直度等的测量，被广泛应用于超精密定位和超精密测量领域。
第4章-电容式传感器资料
,
D1
L ：筒长
C0
rL
1.80ln D0
(L/
cm ; C
/
pF )
D1
D1 a
L
当覆盖长度变化时，电容量也随之变化。当
内筒上移为a 时，内外筒间的电容C1为：
D0
圆柱形电容式线位移传感器
C1
2
0r L
ln D0
a
C
0
1
a L
,
与a成线性关系。
D1
1.3 变介质型电容式传感器
厚度传感器
聚四氟乙烯外套
设定按钮
智能化液位传感器的设定方法十分简单： 用手指压住设定按钮，当液位达到设定值 时，放开按钮，智能仪器就记住该设定。正 常使用时，当水位高于该点后，即可发出报 警信号和控制信号。
4-1 电容式传感器的工作原理
由绝缘介质分开的两个平行金属板组成的平板 电容器，如果不考虑边缘效应，其电容量为：
电 容式传感器
变间隙型
变面积型
变介质型
在实际使用时，电容式传感器常以改变平行板间 距d来进行测量，因为这样获得的测量灵敏度高 于改变其他参数的电容传感器的灵敏度。
改变平行板间距d的传感器可以测量微米数量级 的位移，而改变面积A的传感器只适用于测量厘 米数量级的位移。
1. 变极距型电容传感器
下图为变极距型电容式传感器的原理图。当传感器的εr
概述
电容式传感器是实现非电量到电容量转 化的一类传感器。 可以应用于位移、振动、角度、加速度等参 数的测量中。 由于电容式传感器结构简单、体积小、分辨 率高，且可非接触测量，因此很有应用前景。
电容式液位计
棒状电极（金属管）外面包裹聚 四氟乙烯套管，当被测液体的液面上 升时，引起棒状电极与导电液体之 间的电容变大。
电容式位移传感器原理
电容式位移传感器原理嘿，咱今儿来聊聊电容式位移传感器原理。
你说这玩意儿神奇不神奇？就好像是一个超级敏感的小侦探，能精准地感知物体的位移呢！想象一下啊，电容就像是两个好朋友，它们之间的距离和关系那可是相当重要。
电容式位移传感器就是利用电容的这个特性来工作的。
咱先来说说电容是咋回事儿。
它就好比是一个能储存电荷的小仓库，这仓库的大小和里面东西的多少是有关联的哦。
当有个物体在它附近动来动去的时候，就像是有人在这个小仓库周围晃悠，会影响到仓库的状态。
电容式位移传感器就是抓住了这个变化。
它可机灵了呢，一点点微小的位移都能察觉到。
就好像你脸上多了一颗小痘痘，它都能马上发现，是不是很厉害？它的工作原理呢，其实也不难理解。
传感器里面有两个电极，一个固定，一个可以随着要测量的位移而动。
这不就跟咱走路似的，一个人站在原地不动，另一个人走来走去。
当那个走动的电极动起来的时候，电容就发生变化啦！这变化就像是给传感器发出了信号，告诉它：“嘿，有情况啦！”而且哦，这电容式位移传感器的应用那可太广泛啦！在好多领域都能看到它的身影呢。
比如说在工业生产中，它能精确地测量机器零件的位移，确保生产的质量和精度。
这就好比是一个严格的监工，时刻盯着生产线上的一举一动。
在科学研究中，它也是个大功臣呢！能帮助科学家们获取各种精确的数据，为科学的进步贡献力量。
这就好像是给科学家们配上了一双超级敏锐的眼睛，能看到那些细微的变化。
咱平时生活中也有它的用武之地呀！说不定你家里的某个电器里就有它在默默工作呢。
你说这电容式位移传感器是不是很了不起？它虽然小小的，但是作用却大大的！它就像是一个隐藏在幕后的英雄，默默地为我们的生活和工作提供着保障。
所以啊，可别小瞧了这些科技小玩意儿，它们的本事可大着呢！咱得好好感谢这些聪明的科学家们，是他们让这些神奇的技术走进了我们的生活。
让我们能享受到这么多便利和精确的测量。
不是吗？。
利用电容式位移传感器测量物体位移的实验步骤
利用电容式位移传感器测量物体位移的实验步骤引言：近年来，随着科技的不断进步和应用的广泛发展，利用电容式位移传感器测量物体位移的技术在各个领域得到了广泛应用。
它通过测量电容的变化来获取物体的位移信息，具有高精度、快速响应和可靠性强的特点。
本文将介绍利用电容式位移传感器测量物体位移的实验步骤。
实验材料：1. 电容式位移传感器2. 电容检测电路3. 定位台4. 信号处理器5. 示波器6. 可变电源7. 实验样品实验步骤：步骤一：搭建实验装置首先，将定位台放在水平平稳的台面上，并调整好水平，保证测量的准确性。
然后将电容式位移传感器放置在定位台上，并通过螺丝固定好。
将电容式位移传感器的输出端与电容检测电路相连，再将电容检测电路的输出端连接到信号处理器以及示波器。
步骤二：调整实验参数将可变电源连接到电容检测电路上，根据实验要求设置适当的电压值。
在信号处理器上设置适当的增益和滤波参数，以保证得到清晰、稳定的测量信号。
此外，还需根据实验需求选择合适的采样频率和触发方式。
步骤三：校准电容式位移传感器在进行实际测量之前，需要对电容式位移传感器进行校准。
首先，将实验样品放置在传感器下方，并确保测量范围内没有其他物体干扰。
然后，调整电容检测电路输出的直流电压，使得示波器显示出零位的电压。
此时，可以将样品从初始位置移动到期望的位置，记录示波器上的实时电压。
步骤四：实际测量位移将实验样品放置在传感器下方，并通过定位台调节位置，使样品位于测量范围内。
在示波器上观察传感器输出的电压信号，并记录下对应的位置。
可以通过移动样品，观察位置与电压变化的关系，并得到物体位移曲线。
通过调整实验参数和测量范围，可以得到不同精度和范围的位移测量结果。
步骤五：数据处理与分析将实验测得的位移数据导入计算机，并利用相应的数据处理软件进行处理和分析。
可以通过拟合曲线，求解出位移与电压的数学模型，并计算出位移的准确值。
此外，还可以进行误差分析和精度评价，探究实验结果的可靠性和偏差大小。
电容式传感器
2.5 运算放大器电路
由前述已知，极距变化型电容传感器的极距变化 与电容变化量成非线性关系，这一缺点使电容传 感器的应用受到一定限制。为此采用比例运算放 大器电路可以得到输出电压u g 与位移量的线性关系。
C0 ug =-u 0 0 A
输出电压ug与电容传感器间隙 成线性关系。这种电路用于位移测量传感器。
4.温度影响
环境温度的变化将改变电容传感器的输出相对被测输入量的单值函数关系， 从而引入温度干扰误差。温度影响主要包括温度对结构尺寸和对介质的影响两 方面。
24
四、电容式传感器的研究现状
1.PT800型压力变送器
PT系列产品中的标准型号，内置陶瓷电容式传感器。可以自由选 配模拟、数字现场显示表头。有多种过程连接件，可以现场调零 点、满量程。广泛用于自动化工业中对液体、气体和蒸汽的测量。
27
9
1.2.2 角位移型
当动板转动一角度时，与定板之间的覆盖面积就发生 变化，导致电容量随之改变。
覆盖面积
A
r2
2
其中， 为覆盖面积对应的中心角，r为极板半径。
r 2 所以，电容量为 C 2
C r 2 灵敏度S 常数 2
由上式可知，角位移型电容传感器的输出C与输入也为线性关系。
电容式传感器
目录
一、电容式传感器的工作原理及分类
二、电容式传感器的测量电路
三、电容式传感器在应用中的注意事项
四、电容式传感器的研究现状
2
一、电容式传感器的工作原理及分类
由物理学可知，两块平行金属板构成的电容器，其电容量C为
0 A C
3
当被测参数（如位移、压力等）使公式中的、A、 变化时，都将引起 电容器电容量C的变化，从而达到从被测参数到电容的变换。
电容式传感器在日常生活中的应用
精密电容位移传感器可以在线检测压电微位移、振动台，电子显微镜微调，天文望远镜镜片微调，精密微位移测量等。
该传感器是一个单一的通道，高性能线性位移测量系统，创新的电容位移测量技术，提供了纳米测量能力，成本低，适合测量任何导电目标。
在线电容式水分检测传感器能够在线检测各种工作机械的液压、润滑系统介质的含水率，特别是外部水容易渗入机械内部的轧钢机、造纸机、汽轮机、船舶机械。
监视循环油系统是否存在泄漏，如水冷却器等。
监视工作机械的密封元件是否损坏，引起外部水渗入。
监视环境空气湿度对润滑液压系统油品品质和含水率的影响。
从而精确测定润滑油质量，预测设备故障，是设备润滑油管理中的关键部件。
本传感器采用螺纹连接，体积小，重量轻，结构可靠，测量精度高，工作稳定，具有较强的抗电磁干扰性能。
封闭型不锈钢制外壳具有很好的防水防尘性能。
可直接安装于工厂现场液压润滑管道上。
是理想的在线水分检测传感器。
还可与控制室中的二次仪表或控制器相连，在线、连续、实时的检测各种低水分油品的含水率。
直接显示，远程控制和报警。
实现数据存储，积算、传输和控制功能。
普遍应用于大中型机械联动机组的液压、润滑循环系统。
电容式润滑油实时在线监测传感器可以在线准确测定润滑油的污染程度，包括氧化程度、含水量和其它机械化学杂质污染度，从而精确测定润滑油质量，判定是否需要更换润滑油，即可节约油料，又能预测设备故障，是设备润滑油管理中改变传统的按期换油，实现按质换油的关键部件。
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位移传感器的工作原理
位移传感器的工作原理一、引言位移传感器是一种常用的测量仪器，用于测量物体的位移或者位置变化。
它广泛应用于工业自动化、机械加工、航空航天等领域。
本文将详细介绍位移传感器的工作原理。
二、工作原理位移传感器的工作原理基于不同的测量原理，常见的有电容式、电感式、光电式、压阻式等。
下面以电容式位移传感器为例进行说明。
1. 电容式位移传感器电容式位移传感器利用电容器的电容值与电容板之间的距离成反比的原理进行测量。
其基本原理是通过测量电容板之间的电容值来确定位移的大小。
具体工作原理如下：- 位移传感器由两个电容板构成，其中一个电容板固定不动，称为静态电容板，另一个电容板随着位移的变化而挪移，称为动态电容板。
- 当动态电容板与静态电容板之间的距离变化时，电容值也相应发生变化。
- 通过测量电容值的变化，可以确定位移的大小。
2. 工作过程电容式位移传感器的工作过程可以分为以下几个步骤：- 步骤1：传感器的两个电容板之间施加电压，形成电场。
- 步骤2：当动态电容板随着位移的变化而挪移时，电场的分布也会发生变化。
- 步骤3：电容板之间的电容值与电场的分布成正比，因此电容值也会随着位移的变化而变化。
- 步骤4：通过测量电容值的变化，可以得到位移的大小。
3. 应用范围电容式位移传感器具有以下特点，因此在许多领域得到广泛应用：- 高精度：电容式位移传感器具有较高的测量精度，可以满足精密测量的需求。
- 高灵敏度：由于电容值与位移成反比，因此电容式位移传感器对位移的变化非常敏感。
- 宽测量范围：电容式位移传感器可以测量较大范围内的位移，适合于各种不同的应用场景。
三、总结位移传感器是一种常用的测量仪器，通过测量物体的位移或者位置变化来实现对物体状态的监测和控制。
本文以电容式位移传感器为例，详细介绍了其工作原理。
电容式位移传感器通过测量电容值的变化来确定位移的大小，具有高精度、高灵敏度和宽测量范围等特点，广泛应用于各种工业领域。
电容式传感器
电容式传感器电容式传感器是以各种类型的电容器作为传感元件，将被测物理量或机械量转换成为电容量变化的一种转换装置，实际上就是一个具有可变参数的电容器。
电容式传感器广泛用于位移、角度、振动、速度、压力、成分分析、介质特性等方面的测量。
最常用的是平行板型电容器或圆筒型电容器。
[1]中文名；电容式传感器；外文名capacitive type transducer电容计算公式：εS/d应用：测量简介70年代末以来，随着集成电路技术的发展,出现了与微型测量仪表封装在一起的电容式传感器。
这种新型的传感器能使分布电容的影响大为减小，使其固有的缺点得到克服。
电容式传感器是一种用途极广，很有发展潜力的传感器。
典型的电容式传感器由上下电极、绝缘体和衬底构成。
当薄膜受压力作用时，薄膜会发生一定的变形，因此，上下电极之间的距离发生一定的变化，从而使电容发生变化。
但电容式压力传感器的电容与上下电极之间的距离的关系是非线性关系，因此，要用具有补偿功能的测量电路对输出电容进行非线性补偿。
原理电容式传感器也常常被人们称为电容式物位计，电容式物位计的电容检测元件是根据圆筒形电容器原理进行工作的，电容器由两个绝缘的同轴圆柱极板内电极和外电极组成，在两筒之间充以介电常数为ε的电解质时，两圆筒间的电容量为式中L为两筒相互重合部分的长度；D为外筒电极的直径；d为内筒电极的直径；e为中间介质的电介常数。
在实际测量中D、d、e是基本不变的，故测得C即可知道液位的高低，这也是电容式传感器具有使用方便，结构简单和灵敏度高，价格便宜等特点的原因之一。
电容式传感器是以各种类型的电容器作为传感元件，由于被测量变化将导致电容器电容量变化，通过测量电路，可把电容量的变化转换为电信号输出。
测知电信号的大小，可判断被测量的大小。
这就是电容式传感器的基本工作原理。
[2]分类根据传感器的工作原理可把电容式传感器分为变极距型、变面积型和变介质型三种类型。
根据传感器的结构可把电容式传感器分为三种类型的结构形式。
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为 了能达到较 高 的分 辨 力 ， ｃ振 荡 电路 的振荡 频 率一 般 Ｌ
较 高 。 设 定 振 荡 频 率 在 ３ ９０ ＭＨ ． ９ ｚ时 ， 路 的 灵 敏 度 优 于 电
被测物表 面
圈 ２ 测 头 极 板 边 缘 效 应
图３ 加 保 护 环 后 测 头极 板 电场 分 布
２ ０１１矩
仪 表 技 术 与 传 感 器
Ｉ ｔｕｍｅ ｔ Ｔｅ ｈ ｑ ａ ｄ Ｓ ｎｓ ｒ ｎｓｒ ｎ ｃ ｎｉｕｅ ｎ ｅ ｏ
２ １ ０１
Ｎｏ ２ ．１
第 ｌ ２期
高精 度调 频 式 电容 位移 传 感 器
陈泓 波 ， 向 东， 立丰 ， 黄 刘 朱加 兴
（ 尔 滨 工 业 大 学超 精 密 光 电 仪 器 工 程 研 究 所 ， 龙 江 哈 尔 滨 哈 黑 １０ ０ ） ５０ １
２ 电容 传 感器 的 设 计 ２ １ 整 体 设 计 ．
般的Ｌ Ｃ振荡器 的频稳 度只 能达 到 １ ～ ～ｌ 数量 级 ， 宜采 用 。为满 足测量 要求 ， 采用 如 图 ４所示 的类 电容三 点式 的克拉 泼振荡 电路 。 电容三点 Ｊ 式振荡 电路里影 响频 率稳定 度 的主要 因素是 晶体管 极间 电容
１Ｈ ／ ｍ． 降低 鉴频难 度 ， ｚ５ｎ 为 不直 接对 Ｌ Ｃ振荡 电路 的调频 信 号鉴频 ， 而是采 用双 路差频 方法 ， 首先 对 ３ ９ ０ＭＨ 左 右 的调 ．９ ｚ
２２ Ｌ 振荡电路 ． Ｃ
一
频 信号和本振 电路 产生 的频 率 固定 的 ３９ ０ＭＨ ． ８ ｚ正 弦信号 进 行 混频下变频 ， 然后 对差频信号鉴频得 到位 移量 变化 。
Ｃ ＨＥ ｎ — ｏ， Ｎ Ｈｏ ｇ ｂ ＨＵＡＮＧ ａ ｇ ｄ ｎ Ｌ Ｕ Ｌ —ｅ ｇ ＺＨＵ Ｊａ ｘｎ Ｘｉｎ — ｏ ｇ， Ｉ ｉ ｎ ， ｆ ｉ—ｉｇ
（ ｎ ｔ ｕ ｅｏ ｔａ ｐ ｅ ｉ ｏ ｔｅｅｔｏ ｉ ｓｒ ｍｅ ｔ ｎ ｉ ｅ ｒ ｇ Ｉ ｓ ｔ ｔ ｆ ｒ － ｒｃｓ ｎ Ｏｐ ｏ ｌ ｒ ｎｃＩ ｔ ｉ Ｕｌ ｉ ｃ ｎ ｕ ｎ ｇｎ ｅ ｉ ， Ｅ ｎ
ＨａｂｎＩｓｉ ｔ ｆ ｅｈ ｏｏ ｙ Ｈａｂｎ １０ ０ ， ｈｎ ） ｒ ｉ ｎｔｕｅｏ ｃｎ ｌｇ ， ｒ ｉ ５ ０ １ Ｃ ｉａ ｔ Ｔ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔ ｉ ｐ ｐ ｒ ｄ ｓｇ ｅ ｏ －ｏ ｔｃ Ｍ ｉｐ ａ ｅ ｎ ａ ａ ｉ ｎ ｅ ｓ ｎ ｏ ， ｈ ｃ ｓｂ ｓ ｄ ｏ ｈ ｉ ｅ ｅ ｃ ｅ ｕ ｎ ｙ ｓｒ ｃ ： ｈ ｓ ａ ｅ ｅ ｉｎ ｄ ｎ ｎ ｃ ｎ ａ ｔＦ ｄ ｓ ｌｃ ｍｅ ｔ ｐ ｃｔ ｃ ｅ ｓ ｒ ｗ ｉｈ ｗａ ａ ｅ ｎ ｔ ｅ ｄｆ ｒ ｎ ｅ ｆ ｑ ｅ ｃ ｃ ａ ｆ ｒ Ｆ ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ． ｈ ｉ ｕ ｔ ｓ ｃ ｎ ｉｔｄ ｏ ｏ ｓｎ ｓｇ ａ ｅ ｅ ａｏ ｓ ｄ ｗｎ ｃ ｎ ｅ ｓｏ ｉ ｕ ｔａ ｄ ｄ ｓ ｒｍｉ ａ ｏ ． ｐ ｒ ｎａ ｅ Ｍ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ Ｔ ｅ ｃｒ ｉ ｗａ ｏ ｓｓｅ ｆ ｗ ｉ ｉｎ ｌｇ ｎ ｒｔ ｒ ， ｏ — ｏ ｖ ｒ ｉｎ ｃｒ ｉ ｎ ｉｃ ｃ ｔ ｃ ｉ ｎ ｔｒ Ｅｘ ｅ ｍｅ ｔ ｒ — ｉ ｌ ｓ ｈ ｈ ｗ ｈ ｔ ｅ ｏｕ ｉｎ ｏ ｍ ａ ｅ ａ ｈ ｅ ｅ ｙ ｔ ｉ ｅ ｓ ｒ ａ ｄ ｉ ｈ ｓ ｇ ｏ ｉ ｅ ｒｔ ． ｕ ｓ ｓ ｏ ｔ ａ ｓ ｌ ｔ ｆ ｎ ｃ ｎ ｂ ｃ ｉｖ ｄ ｂ ｈ ｓｓ ｎ ｏ ， ｎ ｔ ａ ｏ ｄ ｌ ａｉ ｒ ｏ ５ ｎ ｙ
Ｋ ｅ ｗｏｒ ｓ： ａ ａ ｉａ ｃ ｓ ｎ ｏ ； ｉｒ — ｉｐｌｃ ｍｅ ｔ ｙ ｄ ｃ ｐ ｃｔ ｎ ｅ； ｅ ｓ ｒ ｍ ｃ ｏ ｄ ｓ ａ ｅ ｎ
０ 引 言
传感器测 头电容极板采用单极板 圆形 极板 ， 极板 的边缘效
应产生边缘 附加 电容 ， 图 ２所 示。为 消除边缘 效应带 来 的影 如
保护环 电容极板
ⅡⅡ Ⅲ ⅢⅡ
被测物表面 保 电容极板
调频式 电容传感 器是 将传 感器 电容 接入 高频振 荡 电路 的 谐振 回路 中， 测位 移变化使传感 器测头 电容 ｃ 改变 ， 被 使振 荡
电路 的振荡频率也 随之 改变 ， 经过 鉴频 即可 得到被测 电容 的变
摘要 ： 计 了一种单极板调 频式 电容位移传感 器， 实现 非接 触微位 移测量 。其 原理 为通 过双路 差频 方法得 到位 移 设 可
一
频率的调制信 号 ， 由乘法器鉴频得到位移 变化量 。电路 包括 测头及 Ｌ 再 Ｃ振 荡 电路 、 本振 电路 、 混频 下 变频 电路 和鉴 频
电路 。 实验表 明该传 感器分辨力达到 ５ｎ 并具有 较好 的线性度 。 ｍ， 关键 词 ： 电容 ； 传感 器 ； 微位移
中 图 分 类 号 ：Ｐ １ Ｔ ２２ 文 献 标 识 码 ： Ａ 文章 编 号 ：０ ２—１４ （０ １ １ ０ １ １０ ８ １ ２ １ ） ２— ０ ０—０ ２
Ｈ ｉｈ－ ｅ ｉｉ ｎ ＦＭ ｓ ｌ ｃ ｍ ｅ ｔＣａ ｃｔ ｎｃ ｎ ｏ ｇ ｐｒ ｃｓｏ Ｄｉｐ ａ ｅ ｎ ｐａ ｉａ ｅ Ｓｅ ｓ ｒ
电容位移传感器 因其 高分辨力 、 高频 响和非接触 测量 等优 点， 可实现对旋转 轴 回转 精度 、 复机构 运动 特性 以及 检定 工 往
件 尺寸 、 平直度 等 的测量 ， 被广 泛应 用 于超精 密定 位和 超精 密
测量 领域 。 １ 调 频 式 电容 传 感 器 原 理
响， 在圆形极板外 围加入等 电位保 护环 … ， 如图 ３所 示。