總的電容變化量為：

　　設(shè)轉(zhuǎn)動(dòng)片從初始位置開始，相對(duì)于靜片轉(zhuǎn)過的角度為口，當(dāng)

　　電容變化量是隨角度變化周期性變化的，在0～3印。內(nèi)的每個(gè)象限，電容的變化量與角度變化量0都成線性關(guān)系，變化量最大為：

　　3 電容信號(hào)測(cè)量及其轉(zhuǎn)化電路

　　3．1 電容一電壓轉(zhuǎn)犢電路CAV424

　　CAV424是一種多用途的處理各種電容式傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換的集成電路，能夠?qū)㈦娙菪盘?hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。它同時(shí)具有信號(hào)采集(相對(duì)電容量的變化)、處理和差分電壓輸出的功能，能夠測(cè)量出被測(cè)電容和參考電容的差值，即在相對(duì)于參考電容值(10 PF～2 nF)5％ ～100％的變化范圍內(nèi)的電容值，并將其轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的差分電壓輸出，具有高檢測(cè)靈敏度；同時(shí)它還集成了內(nèi)置溫度傳感器，當(dāng)需要數(shù)字化信號(hào)修正時(shí)可直接用來監(jiān)測(cè)溫度。利用CAV424作為電容傳感器的調(diào)理電路，可克服寄生電容和環(huán)境變化的影響，提高了測(cè)量精度和抗干擾能力。同時(shí)傳感器外接元件較少，處理電路比較簡單，儀器體積小。

　　3．2 電壓一電流轉(zhuǎn)換電路AM402

　　AM402是處理差分信號(hào)輸入、電流輸出接口的集成電路，可以將輸入的微弱的傳感器差動(dòng)電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的二線方式輸出(4～20 mA)或者三線方式輸出(0／4～20 mA)的電流信號(hào)。AM402由3個(gè)基本的單元組成：

　　(1)高精度的前置放大器。其具有較大的增益調(diào)節(jié)范圍，適合于不同的信號(hào)輸入范圍，可用于各種不同變化范圍的傳感器信號(hào)處理。

　　(2)由電壓控制的電流輸出級(jí)。通過調(diào)整偏置電壓可以使輸出電流在較寬的范圍內(nèi)可調(diào)。

　　(3)可調(diào)的參考電壓。可為傳感器或者外部元件提供5 V或10 V的電壓。

　　該電容式角度傳感器的實(shí)際測(cè)量電路，其中可變電容C1和 C2的串聯(lián)部分為電容傳感器等效電路部分。

　　4 實(shí)驗(yàn)與分析

　　實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，根據(jù)AM402三線制輸出電流的取值范圍，調(diào)節(jié)電容傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換集成電路芯片CAV424的外接元件，使其輸出的差分電壓值為0～200 mV，即輸入到電壓一電流轉(zhuǎn)換接口電路AM402的電壓值為0～200 mV，而AM402采用三線制輸出方式，其輸出電流范圍為4～20 mA．根據(jù)前述的理論推導(dǎo)可知，在實(shí)際應(yīng)用中，角度傳感器只適合取用0～ 2/π范圍內(nèi)電流輸出隨角度的增大而增大的線性變化區(qū)域，故在測(cè)量過程中，只測(cè)量0-2/π內(nèi)電流隨角度變化的輸出情況。通過負(fù)載的二電流輸出隨角度變化的測(cè)量結(jié)果。根據(jù)最-'b~-乘法原理，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合，得到一階最佳線性擬合曲線。

結(jié)果表明實(shí)際測(cè)量值跟理論值基本吻合，與擬合曲線非常接近；在所測(cè)轉(zhuǎn)角0～90~范圍內(nèi)，Iout呈線性輸出。

　　5 討論

　　由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出：擬合曲線與實(shí)際測(cè)量值相比，輸出的初始電流值略小于4 mA．這是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)過程中，要根據(jù)實(shí)際輸出的電流值，對(duì)集成電路AM402進(jìn)行調(diào)整，使其初始狀態(tài)偏置電流 為4 mA，在調(diào)整過程中，傳感器本身要受到周圍環(huán)境中存在的寄生電容的干擾和調(diào)節(jié)過程中人體本身對(duì)傳感器的影響，因而對(duì)初始值的測(cè)量結(jié)果造成誤差。而且，電容傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓的電路CAV424也存在一定的環(huán)境干擾和誤差，輸出的差分電壓經(jīng)AM402內(nèi)部的前置放大器部分放大，會(huì)對(duì)輸出電流值造成影響。

　　6 結(jié)束語

　　新型的電容式角度傳感器結(jié)構(gòu)簡單，能夠測(cè)得0 90~的角度變化。通過CAV424以及AM402，可以將電容的變化信號(hào)轉(zhuǎn)化成工業(yè)上通用的4～20 mA標(biāo)準(zhǔn)的電流輸出。實(shí)驗(yàn)得到了比較理想的線性輸出的直流電流信號(hào)，可廣泛用于實(shí)際角度測(cè)量以及自動(dòng)控制等領(lǐng)域。通過對(duì)傳感器本身及其外接元件采取屏蔽措施，可以有效減少外界干擾對(duì)系統(tǒng)的干擾，從而減小測(cè)量誤差。