CN102798405B - 电容式旋转编码器和感应旋转角度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电容式旋转编码器和感应旋转角度的方法。编码器包括静板和动板，静板包括发射区、第一接收区和第二接收区，相互电气隔离；发射区包括多个径向排列的电极，每N个分为一组，每组中不同电极的激励信号的相位不同，各组电极中的第M个电极的激励信号的相位相同；动板能围绕旋转轴旋转，包括绝缘区分隔的第一反射区和第二反射区，第一反射区位于第二反射区的外围且与第二反射区同心，第一反射区和第二反射区的边缘分别具有多个朝向对方的凸起，且两个反射区的凸起交错排列；第一反射区与发射区和第一接收区分别电容耦合，第二反射区与发射区和第二接收区分别电容耦合。

Description

电容式旋转编码器和感应旋转角度的方法

技术领域

本发明涉及电容式编码器技术，特别涉及电容式旋转编码器和感应旋转角度的方法。

背景技术

旋转编码器广泛应用在各个领域中，例如电机的速度和位置控制系统等。旋转编码器是用来测量角度、转速的装置，包括定子和转子。转子与被测物体连接，被测物体的转动带动转子转动。旋转编码器可将转子的角位移、角速度等机械量转换成电信号输出。

目前，光学旋转编码器广泛用于速度和位置反馈。但是，光学编码器应用于电机时不够耐用。在恶劣环境下，如经常受到机械冲击、振动或处于高温环境下等，编码器内的光电码盘很容易受到外部因素的影响而损坏。与光学编码器不同，磁性编码器，如变压器等，具有一定的机械强度。但它们不能提供足够高的分辨率。而且，光学编码器和磁性编码器都比较昂贵，一般只在高端的应用场景中使用。

相比光学编码器和磁性编码器，电容式编码器具有一些基本的优势。电容式编码器同时具有高精度和鲁棒性。电容式编码器的基本检测发生在整个编码器板区域的周围，而光学编码器必须将光束集中在光盘上的特定点。因此，电容式旋转编码器对转子相对于轴的机械失调的敏感度远比光学编码器要低。

现有的电容式旋转编码器一般至少包括两个定子和一个转子，两个定子一个作为发射器，一个作为接收器，通过转子在两个定子之间转动，改变接收器收到的信号。这种电容式旋转编码器结构比较复杂，体积较大。

发明内容

由于现有技术中的电容式旋转编码器结构复杂、体积较大，本发明实施例提供一种电容式旋转编码器，其结构简单、体积较小。

本发明实施例还提供一种使用上述电容式旋转编码器感应旋转角度的方法，可以利用简单的编码器结构进行旋转角度测量。

本发明实施例的一种电容式旋转编码器包括一个静板和一个动板，其中

所述静板包括发射区、第一接收区和第二接收区，其中，第一接收区和第二接收区分别为导电区域，所述发射区、所述第一接收区和所述第二接收区之间彼此电气隔离，所述发射区包括多个彼此电气隔离的电极，所述电极径向排列且每N个连续的电极分为一组，每组中不同的电极的激励电信号的相位不同，且各组电极中的第M个电极的激励电信号的相位相同，N为自然数，M为不大于N的正整数；

所述动板，能够围绕一旋转轴旋转，包括绝缘区、第一反射区和第二反射区，其中所述第一反射区位于所述第二反射区的外围且与所述第二反射区同心，所述第一反射区和所述第二反射区由所述绝缘区隔离，所述第二反射区的边缘具有多个朝向所述第一反射区的凸起，所述第一反射区的边缘具有多个朝向所述第二反射区的凸起，第一反射区的所述多个凸起与第二反射区的所述多个凸起是交错排列的；

所述第一反射区和所述第二反射区均为导电区域，所述第一反射区与所述发射区和所述第一接收区分别电容耦合，所述第二反射区与所述发射区和第二接收区分别电容耦合；

所述第一接收区用于接收所述第一反射区反射的电信号并输出；

所述第二接收区用于接收所述第二反射区反射的电信号并输出。

根据本发明一实施例，所述每组中不同的电极的激励电信号为彼此正交的电信号。

根据本发明一实施例，所述第二反射区的边缘的多个凸起的形状相同，且等间隔分布；第一反射区的边缘的多个凸起的形状相同，且等间隔分布。

根据本发明一实施例，所述发射区、所述第一接收区和所述第二接收区为同心的环形，所述第一接收区和所述第二接收区分别位于所述发射区的两侧，且所述第一接收区和所述第二接收区的面积相同。

根据本发明一实施例，所述电极为长条状，等角度排列，每个电极的两个长边分别沿径向方向；所述第二反射区的一个凸起所覆盖的扇形区域的角度与所述发射区一组电极覆盖的扇形区域的角度相等。

根据本发明一实施例，所述第一反射区和第二反射区的边缘凸起的形状均为极坐标下的余弦波形状。

根据本发明一实施例，所述动板进一步包括至少一个扇形导电区域，所述扇形导电区域之间相互电气隔离，且所述扇形导电区域分别与第一反射区和第二反射区电气隔离；

每个所述不同的激励电信号分别加载到至少两条信号线上，所述至少两条信号线分别表示不同的编码；

每个电极根据预先设置的编码连接到相应的激励电信号对应的至少两条信号线中的一条上；

所述静板进一步包括至少一个第三接收区，与所述发射区、所述第一接收区、所述第二接收区分别电气隔离，每个第三接收区用于接收一个扇形导电区域反射的电信号并输出。

根据本发明一实施例，所述静板由印刷电路板实现，当所述印刷电路板包括至少两层时，其中静板印刷在所述印刷电路板中的一层上，在另一层上印刷有至少一条信号线；当所述印刷电路板包括一层时，其中静板印刷在所述印刷电路板中的一面上，在另一面上印刷有至少一条信号线；

每一个所述激励电信号加载在所述信号线上，所述电极通过过孔与相应的信号线相连。

根据本发明一实施例，所述旋转编码器进一步包括一处理电路，用于将所述第一接收区和第二接收区的输出信号进行差分放大、解调和低通滤波，输出一个正弦波信号和一个余弦波信号以计算所述动板相对所述静板转过的角度。

根据本发明一实施例，所述旋转编码器进一步包括：信号处理模块，用于根据所述第一接收区、所述第二接收区和所述至少一个第三接收区的输出信号确定一个码串以确定所述扇形导电区域相对所述静板所在的位置。

根据本发明一实施例，所述信号处理模块具体用于：根据所述至少一个第三接收区的输出信号确定与所述每个扇形导电区域耦合的各个电极对应的编码；根据所述第一接收区和所述第二接收区的输出信号从每个第三接收区确定的编码中去除一位与所述扇形导电区域不完全耦合的电极对应的编码；将剩下的编码连接成所述码串。

根据本发明一实施例，所述旋转编码器进一步包括：

控制单元，用于当动板静止时，对各条信号线依次进行激励；当所述动板转动时，同时对所有信号线进行激励。

根据本发明一实施例，所述至少一个第三接收区与所述发射区、第一接收区、第二接收区为同心环形；所述动板上进一步包括至少一个同心环形导电区域，每个同心环形导电区域与一个不同的扇形导电区域相连；所述至少一个第三接收区与相应的扇形区域所连接的同心环形导电区域电容耦合。

根据本发明一实施例，每个所述不同的电信号分别对应两条信号线，当所述电极的总数为P，P为2的Q次方，且采用4种不同的电信号时，则所述扇形导电区域的数目为Q除以3的商向上取整得到的整数，所述码串的位数是Q。

根据本发明一实施例，所述预先设置的编码为R位的二进制码串，根据0至R-1的各个整数的二进制码生成；

则每个所述不同的电信号分别激励至少两条信号线，所述至少两条信号线分别表示不同的编码，每个电极根据预先设置的编码连接到相应的电信号对应的至少两条信号线中的一条上包括：4个正交的电信号激励8条信号线，其中与每个电信号连接的两条信号线分别代表0和1；使按所述电极在静板上的排列顺序使每个电极对应所述R位的二进制码串中的一位码，根据每个电极对应的码将该电极连接到其对应的电信号所连接的两条信号线中的一条上。

本发明实施例提供的一种使用上述的电容式旋转编码器感应旋转角度的方法包括：

使用不同相位的电信号同时激励静板上的电极，其中每组电极中不同的电极由相位不同的电信号激励；

使动板在被测物体的带动下旋转；

接收第一电信号和第二电信号，所述第一电信号为第一接收区感应到的由第一反射区反射的电信号，所述第二电信号为第二接收区感应到的由第二反射区反射的电信号；

对所述第一电信号和所述第二电信号分别进行差分放大、解调和低通滤波，输出一个正弦波信号和一个余弦波信号；

根据所述正弦波信号和所述余弦波信号计算所述动板相对所述静板转过的角度；

其中，所述正弦波信号和所述余弦波信号分别为所述角度的函数。

本发明实施例提供的一种使用上述的带有扇形导电区域的电容式旋转编码器感应旋转角度的方法包括：

当动板静止时，

依次激励同一相位的电信号对应的U条信号线，

每次激励时，接收每个第三接收区感应到的对应扇形导电区域反射的电信号，得到每扇形导电区域对应的U个感应值；

当动板转动时，

同时激励所有信号线，

接收第一接收区感应到的由第一反射区反射的第一电信号和第二接收区感应到的由第二反射区反射的第二电信号；

对所述第一电信号和所述第二电信号分别进行差分放大、解调和低通滤波，输出一个正弦波信号和一个余弦波信号，计算所述动板相对所述静板转过的角度；

根据计算所得角度从每个扇形导电区域对应的U个感应值中去除一个感应值，利用剩余的感应值计算得出一个编码，利用得到的编码确定动板相对于静板的绝对位置。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例提供的电容式旋转编码器以及使用这种电容式旋转编码器感应旋转角度的方法，仅采用了一个动板和一个静板就可以进行旋转角度的感知，结构简单，体积较小。

进一步地，本发明另一实施例提供的电容式旋转编码器以及使用这种电容式旋转编码器感应旋转角度的方法，进一步对静板上的电极通过其与激励信号的连接方式进行数字编码，从而实现同时具有增量式测量能力和绝对式测量能力的混合电容式旋转编码器，且这种电容式旋转编码器仍然只需要一个静板、一个动板和同一组电极，结构简单，体积较小。

附图说明

图1为本发明实施例一中电容式旋转编码器的静板的示意图。

图2为本发明实施例一中电容式旋转编码器的动板的示意图。

图3为本发明实施例二提供的电容式旋转编码器的静板的示意图。

图4为本发明实施例二提供的电容式旋转编码器的动板的示意图。

图5为本发明实施例中一种电容式旋转编码器的工作原理。

图6为本发明一个实施例中激励脉冲信号和接收信号的例子。

图7为本发明实施例三提供的电容式旋转编码器的静板的示意图。

图8为本发明实施例三提供的电容式旋转编码器的动板的示意图。

具体实施方式

为使本发明的实施例的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明实施例进一步详细说明。

本发明实施例采用差分式结构实现增量角度测量的电容式旋转编码器，解决了现有技术中旋转编码器体积大、结构复杂的问题。

本发明实施例提供的电容式旋转编码器包括两个电极：一个静板(也叫定子)和一个动板(也叫转子)。

静板，以图1为例，包括发射区、第一接收区103和第二接收区102。发射区包括若干径向排列的电极101，其中每W个连续的电极分为一组(W为大于一的整数)。每一组中不同的电极的激励电信号的相位不同，且各组中相应位置的电极被相同的电信号激励，即第P组中顺时针方向的第Y个电极与第Q组中顺时针方向的第Y个电极的激励电信号的相位相同。

动板，以图2为例，能够围绕一旋转轴旋转。动板包括绝缘区200、第一反射区203和第二反射区202。其中所述第一反射区203位于所述第二反射区202的外围且与所述第二反射区202同心，所述第一反射区203和所述第二反射区202由所述绝缘区200隔离，所述第二反射区202的边缘具有多个朝向所述第一反射区的凸起，所述第一反射区203的边缘具有多个朝向所述第二反射区202的凸起，第一反射区203的所述多个凸起与第二反射区202的所述多个凸起是交错排列的。图中示出的凸起的形状为极坐标下的余弦曲线或正弦曲线，但是，本领域技术人员应当理解，这些凸起的形状也可以是其它的形状，例如齿状、锯齿状等。根据本发明一实施例，第一反射区边缘的凸起和第二反射区边缘的凸起形状相同且等间隔分布，这样可以使得静板接收到的第一反射区的反射信号和第二反射区的反射信号具有较好的相关性，便于后续旋转角度的计算。第一反射区和第二反射区均为导电区域，第一反射区203与静板上的发射区和第一接收区103分别电容耦合，第二反射区202与静板上的发射区和第二接收区102分别电容耦合。

第一接收区用于接收第一反射区反射的电信号并输出；第二接收区用于接收第二反射区反射的电信号并输出。

在本实施例中，所述第二反射区的边缘具有多个朝向所述第一反射区的凸起，所述第一反射区的边缘具有多个朝向所述第二反射区的凸起，第一反射区的所述多个凸起与第二反射区的所述多个凸起是交错排列的，也即构成差分结构。这种差分结构可以使得这两个反射区反射的信号互为差分信号，且均为动板旋转角度的函数。为了帮助理解，可以简单地认为这两个信号的形式是Af(θ)和-Bf(θ)，A、B为与信号幅度有关的量，A，B大小可能相同，θ为旋转角度(注意，这里仅仅是为了帮助理解，实际信号与第一反射区、第二反射区的形状、激励信号的形式等有关，而且会比这个复杂)。这两个信号可以通过相应的信号处理方法得到一个正弦信号和一个余弦信号，根据这两个信号就可以获得动板旋转的增量角度了。

从以上例子可以看出，本发明实施例的旋转编码器只有两个电极，即静板和动板。动板随轴旋转的运动使动板上两个互补的反射区与静板的耦合电容发生变化，通过测量电容的变化就可以感应得到动板与静板相对旋转的角度。

电极可以由具有导电性的金属条或金属箔制成，可以根据其形状、大小按照某种规律周期性地排列，例如，可以将形状、大小完全相同的电极沿径向等角度或等间距排列。电极可以是长条状，也可以称为条状电极，其两个长边可以相互平行，也可以分别沿径向方向。每一组中W个电极可以被W个不同相位的电信号所激励。根据本发明一实施例，每组中不同的电极的激励电信号为彼此正交的电信号。例如，可以采用四相正交交流电压源激励每四个连续的电极，等。采用正交电信号激励电极可以使得各电极的发射信号之间的干扰比较小。

第一接收区、第二接收区和电极组成的发射区可以是同心的环状或环的一部分，其相对位置可以根据需要来设计，例如第一接收区和第二接收区可以分别位于发射区的两侧。在一个实施例中，第一接收区与第二接收区的面积相同，这样可以使得第一接收区与第二接收区接收到的信号为幅度相同的差分信号，便于后续处理。

在本发明的一个实施例中，第一反射区的凸起和第二反射区的凸起形状可以相同也可以不同，例如，可以是正弦波形状、锯齿状等。根据本发明一实施例，第二反射区的边缘的多个凸起的形状相同，且等间隔分布；第一反射区的边缘的多个凸起的形状相同，且等间隔分布。第二反射区的一个凸起图案所覆盖的扇形区域与一组电极覆盖的扇形区域的角度相等。这样，可以使得动板旋转时，静板的接收区接收到的反射信号以动板转过第二反射区的一个凸起所覆盖的扇形区域的角度为周期均匀变化。

本发明的上述旋转编码器的一个优势在于，其静板和动板都可以由目前已经非常成熟的印刷电路板技术制造，板基采用绝缘基底材料制成，电极、激励信号线等可以通过金属沉积或印刷等方式形成。当印刷电路板包括至少两层时，静板可以印刷在其中一层上，与静板不同的一层上印刷若干信号线；当印刷电路板只有一层时，静板可以印刷在一面，信号线印刷在另一面上。每一个激励电信号可以加载在至少一条信号线上，电极可以通过过孔与相应的信号线相连。这样，只需要在印刷电路板中与静板不同的层上印刷几条信号线即可，电极与其激励信号的连接关系比较简单。这使得本发明实施例的旋转编码器容易制造，而且适合大规模生产。

该旋转编码器还可以包括一处理电路，用于对第一接收区和第二接收区的输出信号进行初步的简单处理，例如进行差分放大、解调和低通过滤，输出一个正弦波信号和一个余弦波信号以计算所述动板相对所述静板转过的角度。该处理电路也可以通过印刷电路板工艺直接形成在印刷电路板中的一层上，制造起来也不复杂。

以上就是本发明提供的可用于进行旋转角度增量式测量的旋转编码器的原理和几个例子，下面将举一具体的例子对这种旋转编码器进行说明。

实施例一

图1为本发明实施例一中电容式旋转编码器的静板的示意图。它是用作编码器的发射器和接收器。

如图1所示，相同的导电电极101排列在静板上。每四个连续的电极构成一个空间周期，如图中所示，每四个电极A、B、C、D形成一个空间周期。每个周期中的四个电极分别由四种不同的信号进行激励。本实施例中，与静板不同的一面(当印刷电路板只有一层时)或者不同层的一层(当印刷电路板有多层时)上有四条导线104，分别对应这四个不同的激励电信号。信号发生器提供四种不同相位的交流激励，分别加载在这四条导线104上。这四种交流激励信号的相位差为90度。在作为发射器的电极101两边是反射信号接收区，即图中静板上两个导电环形图案，内环102和外环103，用作反射信号的接收器。接收区102和接收区103的面积相同。

图2为本发明实施例一中电容式旋转编码器的动板的示意图。它是用作编码器的反射器。

如图2所示，反射区为导电区域202和203，由绝缘区域200分隔。导电区域202和203彼此相邻的边缘具有多个正弦波形状的凸起，这些凸起形状相同，等间隔分布，且交错排列，即构成差分结构。绝缘区域200即图中黑色的部分，图中为了使其明显而进行了加粗处理。实际实现时，绝缘区域200可能仅仅是一条很窄的线状的绝缘材料，只要使导电区域202和203相互电气隔离即可。在一些实施例中，绝缘区域200的宽度保持恒定；在一些实施例中，绝缘区域200沿径向的宽度保持恒定，这样可以使导电区域202和203边缘的凸起形状相同。

以上是用于增量式测量的旋转编码器的实施例。有时候，仅仅能够测量增量角度是不够的，还需要提供绝对角度的测量。本发明实施例还提供一种既能够测量增量角度，也能够测量绝对角度的混合旋转编码器，其结构和原理如下所述。

本发明的一个实施例提供的混合旋转编码器只需要在上述增量式旋转编码器的基础上进行一些增加和修改即可。增加的结构主要包括以下几点。

1、对电极进行编码，用电极与激励信号的连接方式体现其编码。

具体来说，对静板上各个电极进行编码，电极的编码由它的连接方式确定。这样，某电极在静板上的位置就可以通过该电极的编码以及其相邻的电极的编码计算得到。

电极与激励信号的连接方式为：每个不同的电信号分别激励至少两条信号线，该至少两条信号线分别表示不同的编码，如分别表示0、1等。根据预先设置的编码使每个电极连接到相应的电信号对应的至少两条信号线中的一条上。例如，当各组中顺时针方向的第一个电极都由电信号A激励时，第P组中顺时针方向的第一个电极可以连接到电信号A对应的编码为0的信号线上，而第Q组中顺时针方向的第一个电极连接到电信号A对应的编码为1的信号线上，等等。

当电极的总数为G时，那么对G个电极进行编码就是找出一个G位的码串作为上述预先设置的编码。该码串是一个无头无尾码串。当每个电信号对应F条信号线时，也即每个电极有F种可选的连接方式时，且G＝F^L，那么每个电极的位置可以用L个电极的编码来表示。例如，当静板上设置有64个电极、且每个电信号对应两条信号线时，每个电极可以选择连接到其对应的激励信号对应的两条信号线中的一条，相当于对每个电极编码为0或1，则这64个电极对应的64个位置可以用6个电极的编码表示。

2、动板上增加至少一个扇形导电区域。

静板上的电极经过编码后，动板上需要设置相应的反射器。除了第一反射区和第二反射区外，可以在动板上设置一个或多个扇形导电区域来对电极的发射信号进行反射。扇形导电区域之间相互电气隔离，扇形导电区域与第一反射区和第二反射区之间也电气隔离。具体来说，当静板上每个电极的位置需要L位编码来确定，则扇形导电区域则应当至少对L个电极的发射信号进行反射，用于根据接收到的多个电极的编码信号来确定动板转动的绝对角度，此时，每L个电极的编码组合起来能够确定静板上一个电极所在的位置。

由于动板相对静板的角度具有任意性，这时可能会出现扇形导电区域的边缘落在某电极上，因此不能完全覆盖这条电极，那么该扇形导电区域反射的这条电极的信号会比较微弱，影响判断的正确性。因此，应当从每个扇形导电区域的反射信号中剔除与该扇形导电区域不完全耦合的电极对应的信号，而剩下的与每个扇形导电区域完全耦合的电极的数目应当大于或等于L，以确定绝对角度。

不完全耦合的电极的位置可以利用增量角度测量阶段感应到的信号判断是哪个电极没有被扇形导电区域完全覆盖，然后从得到的各电极的编码中剔除该电极对应的编码。例如，可以根据每个扇形导电区域的反射信号得到每个扇形导电区域覆盖的W个电极对应的W个编码；根据第一接收区和第二接收区的输出信号从每W个编码中去除一位编码，即扇形导电区域没有完全覆盖的电极对应的编码；最后将剩下的编码连接成一个码串用来确定动板相对于静板转动的绝对旋转角度。

3、静板上还需要包括至少一个第三接收区，分别与上述至少一个扇形导电区域电容耦合，用于接收其所耦合的扇形导电区域反射的电信号。

此时，第一接收区、第二接收区的输出信号仍然用于测量增量角度，而第三接收区的输出信号则用于测量绝对角度。测量绝对角度时，需要根据第一接收区、第二接收区和第三接收区的输出信号确定一个码串，根据预先的设置确定该码串代表的绝对角度。

第三接收区可以是与所述发射区、第一接收区、第二接收区同心的环形。每个扇形导电区域还可以分别与所述动板上的至少一个同心环形导电区域相连，相应的第三接收区与该扇形导电区域连接的同心环形导电区域电容耦合，这样可以使得第三接收区收到的信号更强。

4、该旋转编码器还可以包括控制单元，用于当所述动板静止时，对各条信号线依次进行激励；当所述动板转动时，同时对所有信号线进行激励，用来接收增量角度测量信号，这样可以方便地使用扇形导电区域感应出其覆盖的各个电极对应的编码。

5、该旋转编码器还可以包括信号处理模块，用于根据所述第一接收区、所述第二接收区和所述至少一个第三接收区的输出信号确定一个码串。具体来说，信号处理模块可以根据所述至少一个第三接收区的输出信号确定与所述每个扇形导电区域耦合的各个电极对应的编码；根据所述第一接收区和所述第二接收区的输出信号从每个第三接收区确定的编码中去除一位与所述扇形导电区域不完全耦合的电极对应的编码；将剩下的编码连接成所述码串。该信号处理模块还可以进一步根据得到的码串查找到其对应的绝对角度值。

上述控制单元和信号处理模块可以是与所述动板、静板独立的模块，也可以设置在静板或动板上。

本发明实施例的电容式旋转编码器还可以包括信号发生器，用于产生激励信号。

根据以上几点原理，就可以根据具体的需要设计出能够同时进行增量测量和绝对测量的旋转编码器了。

例如，本发明一实施例的可用于绝对角度测量的电容式旋转编码器，其动板进一步包括至少一个扇形导电区域，所述扇形导电区域之间相互电气隔离，且所述扇形导电区域分别与第一反射区和第二反射区电气隔离；

每个所述不同的激励电信号分别加载到至少两条信号线上，所述至少两条信号线分别表示不同的编码；

每个电极根据预先设置的编码连接到相应的激励电信号对应的至少两条信号线中的一条上；

所述静板进一步包括至少一个第三接收区，与所述发射区、所述第一接收区、所述第二接收区分别电气隔离，每个第三接收区用于接收一个扇形导电区域反射的电信号并输出。

为了使本发明的技术方案更加清楚、明白，以下举几个例子对本发明具体的实施方式进行说明。

关于扇形导电区域的设置——

例1，采用一个扇形导电区域进行绝对角度感应。当静板上每个电极的位置需要L位编码来确定时，动板上扇形导电区域应当覆盖至少L+1个连续的电极，即与至少L+1个连续的电极电容耦合。此时，为了使接收信号清楚、干扰小，在进行绝对角度测量时，最好使得扇形导电区域覆盖的所有电极被逐个地激励。假设每组电极的数目为W，当W大于或等于L+1时，该组中的电极均由不同的信号进行激励，因此，可以按照上述的方式对电极进行编码和激励；当W小于L+1时，也就是扇形导电区域会覆盖两个或以上相邻的组，不同组中的电极有可能连接到同一条信号线上，相互会产生干扰，这种情况下，只要使相邻的组连接到不同的信号线上即可。例如，每个不同的电信号分别激励两组信号线，每组信号线中包括至少两条表示不同编码的信号线，相邻组中的相应的电极分别与这两组信号线连接，这样，当对各条信号线逐个进行激励的时候，扇形导电区域覆盖的L+1个电极就不会出现多条被同时激励的情况了。

例2，采用多个扇形导电区域进行绝对角度感应。在上面的例子中，当L较大时，可能需要同一激励信号对应多组信号线，这样，各个激励信号对应的信号线的总数就较大，逐个激励各条信号线耗时就会较长，激励电路结构变得复杂。这时，可以采用多个扇形导电区域来获得需要的L位编码，即每个扇形导电区域仅覆盖少量的电极。由于各个扇形导电区域之间电气隔离，不同的扇形导电区域覆盖的电极可以同时被激励，这样可以节省检测反射信号所需的时间。同样地，每个扇形导电区域可能会与某个电极不完全耦合，则每个扇形导电区域反射的信号中也应当有一个是冗余信号，对应没有被扇形导电区域完全覆盖的电极，应当从接收信号中删除。则在上面的例子中，若采用三个扇形导电区域获得需要的L位编码，每个扇形导电区域覆盖的电极数应当至少为(L/3)+1个。这多个扇形导电区域的位置可以在电极编码允许的情况下任意设置。例如，两个扇形导电区域之间可以相隔两组电极的距离，只要此时，对所有电极的编码满足：从相隔两组电极的位置取出L位电极的编码均为唯一；如果这样取出的L位编码有重复的情况则不行。

当每个扇形导电区域覆盖一组电极，每组电极的数目为W，且需要L位码来确定某个电极所处的绝对位置时，动板上需要设置的扇形导电区域的数目为T个，其中符号表示向上取整。例如，当电极的总数为M，M为2的N次方，且采用4种不同相位的电信号激励每组4个电极时，则动板上需要设置的扇形导电区域的数目为N除以3的商向上取整得到的整数。

关于预先设置的编码——

当电极的总数为G，采用一个扇形导电区域时，该预先设置的编码可以使用以下方法得到：列出所有0至G-1的数字的F进制编码，然后将这G个码按照一定的顺序相连。该顺序为：后一个码的前L-1位与前一个码的后L-1位相同，然后将这两个码中间相同的码重叠，合并成一个L+1位的码，再用该后一个码作为前一个码，从剩下的码中选出一个码继续上面的过程，直到连接成一个G位的码串，且将这G位码首尾相连时取出任意连续的L位码均为一个不同的0至G-1的数字的F进制编码。

当电极的总数为G，采用两个相隔H个电极的扇形导电区域，每个扇形导电区域覆盖W+1个电极时，该预先设置的编码可以使用以下方法得到：列出所有0至G-1的数字的F进制编码，其中每个码为2W位的码；先从中任选一个码，在这个码的第W+1位的位置插入H+1个待确定的X位；从这个码的第二位开始取出W个码，跳过H+1个码，取出后面的W-1位，从剩下的码中选出一个码，其前2W-1位与之前取出的2W-1位相同，将该码的最后一位加在上述得到的码的最后；从得到的码的第三位开始取出W个码，跳过H+1位，再取出后面的W-1位，继续上面的过程，直到将所有0至G-1的数字的F进制编码连接成一个G位的码串，且将这G位码首尾相连时取出相隔H+1的2W位码均为一个不同的0至G-1的数字的F进制编码。

当采用的扇形导电区域的数目大于二时，码串的生成方法与上面类似，下面不再赘述。

针对设置的多个扇形导电区域的位置，不是一定能够找到合适的码串的。因此，可以根据扇形导电区域的位置的不同设置方案分别尝试计算该码串，然后根据找到的码串来确定扇形区域的设置方式。以上只是获得预先编码的几种方法，根据扇形导电区域的设计不同，具体的编码也会具有不同的特性，获得该编码的方法也会不同。下面举几个具体的例子来对产生该编码的过程加以说明。

下面以每个电信号对应两条分别代表0和1的信号线，即该码串为二进制码串，采用一个扇形时的情况为例对上述获得该码串的方法进行说明。若码串长度为M，即电极的总数为M，该码串可以通过由0至M-1的各个整数的二进制码连接而成，使得所述M位的二进制码串首位相连成环时，其中从不同位置取出的连续N位码均为0至M-1中不同整数的二进制码，M＝2^N。

举个简单的例子，当需要8位的二进制码串对8个电极进行编码时，可以用3位编码确定一个电极所在的绝对角度。采用一个扇形导电区域时，则先列出0-7各个数的3位二进制码，即000，001，010，011，100，101，110，111，然后将这8个码按照一定的顺序相连，该顺序为，后一个码的前三位等于前一个码的后三位，且将这8位码首尾相连时取出任意连续的3位码均为一个不同的二进制码，可以得到下面这个码：00010111。就可以按照得到的M位二进制码为静板上连续的M个电极依次分配一个对应的码，即，静板上顺序排列的电极对应的编码分别为0，0，0，1，0，1，1，1。根据每个电极的编码，将该电极连接到相应相位的电信号所激励的该编码对应的信号线上。在上面那个简单的例子中，若每两个电极为一组，则每组第一个电极分别连接到第一相位信号的0、0、0、1(对应上面8位码的奇数位)信号线上，每组第二个电极分别连接到第二相位信号的0、1、1、1(对应上面8位码的偶数位)信号线上。可以看出，这个M位的码串无头无尾，也就是，将这个M位的码首尾连接起来，从任意码位断开都可以得到一个M位码串，例如，可以得到10111000，或者顺时针、逆时针方向来组成一个M位码串都可以用在本发明实施例中，例如，可以用11101000。这个码的生成方法也不限于上面给出的方法。

对角度测量精度要求越高，则需要的电极的总数越大。

以上就是本发明提供的可用于进行增量式和绝对式旋转角度测量的旋转编码器的原理和几个例子，下面将举一具体的例子对这种旋转编码器进行说明。

实施例二

图3为本发明实施例二提供的电容式旋转编码器的静板的示意图。

如图3所示，发射区设置有64个径向排列的电极301组成一个轨道。8条信号线A0、A1、B0、B1、C0、C1、D0、D1设置在静板的另一层，分为两组：1系列(A1、B1、C1、D1)和0系列(A0、B0、C0、D0)。注意，本发明实施例中信号线为环形，但其它实施例中，信号线也可以为其它形状和形式。各电极301连接分别通过过孔与相应的信号线相连。

每四个连续的电极A、B、C、D构成一个空间周期，分别由正交四相(A相、B相、C相、D相)交流电压源激励。每一相位的激励信号分别连接到两条信号线上，例如，A相的激励信号连接到A0和A1信号线，等。各空间周期中由同一相位的电信号激励的电极被称为同相电极。每个周期中的各电极A都连接到其相应的0系列(A0～D0)或1系列(A1～D1)电线。一个电极的编码是由该电极连接到1系列的信号线还是连接到0系列的信号线确定。因此，电极的编码是由其电气连接体现的。

接收区，也叫拾取电极，在静板上排列成辐射环状，形成四个同心圆。拾取电极303、304分别是位于发射区两边的导电环，具有相同的表面积以获得相同的接收信号幅度。拾取电极302、305也是在静板内侧和外侧的导电环。

图4为本发明实施例二提供的电容式旋转编码器的动板的示意图。

反射区403、404是一对导电表面，被绝缘区域隔开，绝缘区域即图中黑色粗线所示的部分。反射区403、404相邻的边缘具有多个正弦波形状的凸起，这些凸起形状相同，等间隔分布，且交错排列，即形成差分结构。反射区403、404将一对差分信号反射到静板上的接收器303、304，用于增量角度测量。扇形导电区域402、405相互电气隔离，一个与外圆连接，另一个与内圆连接。扇形导电区域402、405在任何机械角度可以与至少3个且少于5个电极重叠。当信号发生电路产生一组脉冲信号依次激励各条信号线时，静板上相应的接收区域302、305将收到扇形导电区域402、405重叠的电极的信号。

码串“0000000101100100101010000110001111111010011001101101010111100111”为发射区轨道上64个电极对应的编码，没有首尾之分。表1示出用6位编码定义的64个位置索引。

Code	Index	Code	Index	Code	Index	Code	Index
								000000	1	101100	17	111101	33	110010	49
000001	2	010000	18	111010	34	101101	50
								000010	3	101000	19	111100	35	010011	51
000101	4	010001	20	110001	36	101111	52
								000011	5	100011	21	101011	37	010111	53
001110	6	000110	22	010110	38	101110	54
								010100	7	000100	23	100100	39	011100	55
101001	8	001000	24	001001	40	111001	56
								011010	9	011001	25	011011	41	111011	57
110100	10	110011	26	110110	42	110111	58
								100001	11	100111	27	100101	43	100110	59
001010	12	000111	28	001011	44	001100	60
								010101	13	001111	29	011110	45	011000	61
100010	14	011111	30	110101	46	111000	62
								001101	15	111111	31	101010	47	110000	63
010010	16	111110	32	011101	48	100000	64

表1发射区轨道上64个电极所处位置的唯一位置索引

从表1中可以看出，位置索引的位数6，该编码集可以表示2^6＝64个唯一位置。码串中每八个连续的比特中有6个有效比特用于组成位置索引，表示机械位置。这6个有效比特可以通过从每四比特中丢弃第一比特并取出后面3个连续比特得到。例如，当采用两个扇形导电区域时，一个接收器可得到连续的8位代码。由于每个扇形与其覆盖的顺时针第一个电极不完全重叠，因此，得到的8位代码中第一和第五位是无效的，将被删除。

图5为本发明实施例中一种电容式旋转编码器的工作原理。如图5所示，当旋转编码器处于增量模式时，8条信号线A0至D0、A1至D1上同时加载四种不同相位的交流激励信号。该交流激励信号的电相位差为90度。边缘互补的反射区域403、404(如图4所示)设置在动板上，用于增量角度检测。反射区域403、404将耦合电容反射到其在静板上相应的接收器部件303、304。增量角度感应信号通过差分电荷放大器52被放大，接收信号中的共模噪声被消除。放大器52的输出被传输到两个相同的通道，分别形成正弦输出和余弦输出。每个通道包括一个同步检测器53、54和一个低通滤波器55、56。同步检测器53的输入是激励源50输出的同相参考信号(即A相)，其输出被一个低通滤波器55过滤，以提供正弦信号。同步检测器54的输入是激励源50输出的正交的参考信号(即B相)，其输出被一个低通滤波器56过滤，以提供余弦信号。

当旋转编码器处于绝对模式时，模式转变可以由一控制电路进行控制。静板上的每个电极的绝对位置被编码为一个唯一的二进制代码，每个电极分配到一个编码，并体现为电极的不同的连接方式。在本实施例中，电极连接到1系列信号线代表二进制系统中的“1”，而电极连接到0系列信号线代表二进制系统中的“0”。因此，电极的连接到0系列信号线或1系列信号先的含义是唯一的，可以通过激励-检测方法读取出来。电极按照预定的顺序依次被脉冲电压激励。该预定的次序可以是：依次对每条信号线进行激励。拾取电路检测识别结果，其中通过时间戳同步使每一个响应与相应的电极对齐。

动板采用两个扇形导电区域405和402作为绝对角度信号的反射器，扇形导电区域与相应的绝缘区域覆盖发射器的两个空间周期。动板上的扇形导电区域405、402在任何机械角度分别至少与3个电极重叠，所以每个接收区305和302一次可以读取3个有效位。激励源50产生一组脉冲信号，在控制器依次控制下将其顺序加载到八条激励线上。图6为本发明一个实施例中激励脉冲信号和接收信号的例子。

静板上相应的接收区域305、302接收动板上的扇形导电区域405、402的耦合电信号。接收信号经过多路复用器57并被电荷放大器58放大。接受到的信号被整流电路59整流并滤波。整流电路59的输出信号指示了一个二进制码串“X010X100”。再利用之前检测到的增量角度信息，控制器确定不完全重叠的电极。如图5的例子所示，由于扇形导电区域405与电极551不完全重叠，扇形导电区域402与电极552不完全重叠，电极151、152表示的比特被忽略。调整原始代码的顺序，从而得到绝对位置代码“010100”。

需要注意的是，上述增量模式和绝对模式的先后顺序可以根据实际的需要确定，例如，当旋转编码器接通电源时，可以先启动增量模式，动板停止转动后进入绝对模式；也可以先启动绝对模式，读取各扇形导电区域接收到的信号，然后再启动增量模式。最后需要结合增量模式的测量结果和绝对模式的测量结果才能得出动板的绝对旋转角度。

实施例三

图7为本发明实施例三提供的电容式旋转编码器的静板的示意图。

图7给出了较高精度或直径较大的静板的一种实施方式。电极701的数目为128，但本发明不仅限于这个数目。由于绝对模式下检测到的码的位数决定了绝对模式下可以区分的唯一位置的最大数目。提高编码器的精度或增大编码器的直径就需要更大的位数。通过增加扇形导电区域的数目来增加检测的码位。具体来说，如上述例子中每个扇形导电区域可以提供3位有效位的编码，那么三个扇形导电区域就可以提供9位有效码，也就是可以区分2^9＝512个绝对位置。静板上的环形导电区域702用来检测第三个扇形导电区域耦合的电极的编码。

图8为本发明实施例三提供的电容式旋转编码器的动板的示意图。

图8给出了较高精度或直径较大的动板的另一实施方式。如图所示，扇形导电区域的数目是3，但本发明并不局限于此数目。这3个扇形导电区域为：与动板上内环反射区域相连的扇形导电区域81、与环形反射区域82相连的扇形导电区域，以及与环形反射区域84相连的第三个扇形导电区域83。扇形导电区域83可以通过动板的其他层与导电基板84连接。

从以上实施例可以看出，本发明实施例的电容式旋转编码器，通过差分式结构实现增量角度测量，具有高测量精度和高性价比，同时又坚固耐用。

本发明实施例能够通过对单一轨道中相同的电极进行数字编码从而进行绝对位置感知。

本发明具有大直径测量能力，这是通过差分结构的配置以及对电极的绝对位置进行数字编码实现的。

相应地，本发明实施例还提供一种使用电容式旋转编码器感应旋转角度的方法，主要包括以下步骤：

使用不同相位的电信号同时激励静板上的电极，其中每组电极中不同的电极由相位不同的电信号激励；

使动板在被测物体的带动下旋转；

接收第一电信号和第二电信号，所述第一电信号为第一接收区感应到的由第一反射区反射的电信号，所述第二电信号为第二接收区感应到的由第二反射区反射的电信号；

对所述第一电信号和所述第二电信号分别进行差分放大、解调和低通滤波，输出一个正弦波信号和一个余弦波信号；

根据所述正弦波信号和所述余弦波信号计算所述动板相对所述静板转过的角度；

其中，所述正弦波信号和所述余弦波信号分别为所述角度的函数。

根据本发明一实施例，采用上述带有扇形导电区域的旋转编码器感应绝对旋转角度时，具体步骤如下：

当动板静止时，

依次激励同一相位的电信号对应的U条信号线，

每次激励时，接收每个第三接收区感应到的对应扇形导电区域反射的电信号，得到每扇形导电区域对应的U个感应值；

当动板转动时，

同时激励所有信号线，

接收第一接收区感应到的由第一反射区反射的第一电信号和第二接收区感应到的由第二反射区反射的第二电信号；

对所述第一电信号和所述第二电信号分别进行差分放大、解调和低通滤波，输出一个正弦波信号和一个余弦波信号，计算所述动板相对所述静板转过的角度；

根据计算所得角度从每个扇形导电区域对应的U个感应值中去除一个感应值，利用剩余的感应值计算得出一个编码，利用得到的编码确定动板相对于静板的绝对位置。

本发明提供的电容式旋转编码器的绝对角度是由增量角度和绝对测量结果确定。因此，其处理模式包括增量模式和绝对模式，处理模式可以由一个微程序控制单元控制。

总结起来，本发明各实施例具有以下特点：

第一是编码器，利用差分配置消除了常见的噪声。在增量模式下，每四个连续的相同的电极都受到四相正交交流电压源(即A相，B相，C相和D相)的激励。用于增量角度检测的接收器部件位于发射器电极的两侧，使信号从动板上互补的导电区域反射回来。增量接收器部件的输出信号是动板相对于静板的旋转角度的函数，这些输出信号被差分放大。这样，来自杂散静电场和电磁场的噪声就被消除了。对差分放大器的输出信号进行同步解调，并低通过滤，得到最终的两个正弦波和余弦波。

第二是将数字编码技术用于绝对位置检测功能。在绝对模式下，静板的每个机械位置都用一个唯一的多比特的二进制代码来编码。

首先，用于表示每个机械位置的代码的位数决定该代码系统能够识别的不同的唯一的绝对机械位置的数目。编码器可用的绝对位置精度是由代码的最大数目(＝2^n)决定。所需的位数n，可以根据需要的精度和编码器的直径计算得到。根据本发明较佳实施例，位数n为6，该组顺序码可以表示2^6＝64个唯一的位置。

第二，为了表示轨道中的一个代码的1比特和0比特，激励电线被分为两组。圆外侧的四条线分别表示零比特，内侧的四条线表示1比特。电极彼此相同，仅通过电气连接方式实现1比特和0比特编码，因此，每个电极有两条可选的连接线：表示0的电线或表示1的电线。每个电极代表二进制中的1或0，即采用特殊的电气连接指示该电极表示哪个二进制代码。例如，连接到外侧线的电极表示0，连接到内侧线的电极表示1。

第三，与电极相关的比特信息是通激励-检测的方法读取得到的。控制器序列从A相到D相交替激励0系列与1系列电线。电极在动板上相隔较远的反射区域产生电压。静板上的相应的接收机接收到电压。在给定的时间内，每条线受到激励，信号被进行比较和分析，在这个时间内，电极的连接可以很容易地确定。换言之，电极表示的比特被读取出来。此后，根据增量模式下检测到的相位信息，使用预定的规则从原始代码中选出有效比特，重新排列这些比特的顺序形成唯一的绝对代码，最后将该绝对代码转换为一个绝对位置。

本发明实施例的电容式旋转编码器具有以下特点：

[1]高准确度和高精度——使用差分配置和差分放大器来消除杂散静电场和电磁场带来的噪音。由于杂散静电场和电磁场，在接收器区域的输出信号都包括一个噪声分量。具体地，接收器的输出等于信号S加噪声I，即S+I。由于差分配置，其它接收机接收到的信号与第一个信号反向。因此，它的输出信号为-S+I。通过结合两个差分放大器的输出信号，信息信号被放大一倍，而噪声则被消除(S+I-(-S+I)＝2S)。

[2]结构简单——机械位置的绝对代码在单一轨道，即电极组成的一圈铁轨状的圆环，上实现，可以节省空间，降低连接的复杂性，仅使用一个双板结构就可实现，即仅使用一个静板和一个动板实现，尤其与多轨道编码相比优势更加明显。因此，该设备的结构更简单。通过数字编码，大直径编码器的结构可以与小直径编码器一样简单。

[3]可靠的读数——数字编码本身就能实现可靠的读数。每个电极的连接明确表示二进制中的1或0。该方法消除了模拟检测的模棱两可，并且对设备的倾斜不敏感。它解决了A/D转换器的量化步长与精度的矛盾。

[4]高性价比——本发明解决了光学传感器和磁传感器所固有的成本高的问题。它采用低成本的导电金属膜，如铜箔或铝箔，作为信号发射和接收媒介。因此，该结构可以使用便宜的性价比高的传统印刷电路板(PCB)技术制造，适合大规模生产。

综上所述，以上仅为本发明的部分实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的范围之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种电容式旋转编码器，包括一静板和一动板，

所述静板包括发射区、第一接收区和第二接收区，其中，第一接收区和第二接收区分别为导电区域，所述发射区、所述第一接收区和所述第二接收区之间彼此电气隔离，所述发射区包括多个彼此电气隔离的电极，所述电极径向排列且每N个连续的电极分为一组，每组中不同的电极的激励电信号的相位不同，且各组电极中的第M个电极的激励电信号的相位相同，N为自然数，M为不大于N的正整数；

所述动板，能够围绕一旋转轴旋转，包括绝缘区、第一反射区和第二反射区，其中所述第一反射区位于所述第二反射区的外围且与所述第二反射区同心，所述第一反射区和所述第二反射区由所述绝缘区隔离，所述第二反射区的边缘具有多个朝向所述第一反射区的凸起，所述第一反射区的边缘具有多个朝向所述第二反射区的凸起，第一反射区的所述多个凸起与第二反射区的所述多个凸起是交错排列的；

所述第一反射区和所述第二反射区均为导电区域，所述第一反射区与所述发射区和所述第一接收区分别电容耦合，所述第二反射区与所述发射区和第二接收区分别电容耦合；

所述第一接收区用于接收所述第一反射区反射的电信号并输出；

所述第二接收区用于接收所述第二反射区反射的电信号并输出；

所述动板进一步包括至少一个扇形导电区域，所述至少一个扇形导电区域分别与所述第一反射区和所述第二反射区电气隔离，且当所述至少一个扇形导电区域的数量为多个时，各扇形导电区域之间相互电气隔离；

每组中不同电极的激励电信号分别对应至少两条信号线，所述至少两条信号线分别表示不同的编码；

每个电极根据预先设置的编码连接到相应的激励电信号对应的所述至少两条信号线中的一条上；

所述静板进一步包括至少一个第三接收区，与所述发射区、所述第一接收区、所述第二接收区分别电气隔离，每个第三接收区用于接收一个扇形导电区域反射的电信号并输出。

2.根据权利要求1所述的旋转编码器，其中，所述每组中不同的电极的激励电信号为彼此正交的电信号。

3.根据权利要求1所述的旋转编码器，其中，所述第二反射区的边缘的多个凸起的形状相同，且等间隔分布；第一反射区的边缘的多个凸起的形状相同，且等间隔分布。

4.根据权利要求1所述的旋转编码器，其中，所述发射区、所述第一接收区和所述第二接收区为同心的环形，所述第一接收区和所述第二接收区分别位于所述发射区的两侧，且所述第一接收区和所述第二接收区的面积相同。

5.根据权利要求3所述的旋转编码器，其中，所述电极为长条状且等角度排列，每个电极的两个长边分别沿径向方向；所述第二反射区的一个凸起所覆盖的扇形区域的角度与所述发射区一组电极覆盖的扇形区域的角度相等。

6.根据权利要求3所述的旋转编码器，其中，所述第一反射区和第二反射区的边缘凸起的形状均为极坐标下的余弦波形状。

7.根据权利要求1所述的旋转编码器，其中，所述静板由印刷电路板实现，当所述印刷电路板包括至少两层时，其中静板印刷在所述印刷电路板中的一层上，在另一层上印刷有至少一条信号线；当所述印刷电路板包括一层时，其中静板印刷在所述印刷电路板中的一面上，在另一面上印刷有至少一条信号线；

所述激励电信号加载在所述信号线上，所述电极通过过孔与相应的信号线相连。

8.根据权利要求1所述的旋转编码器，其中，所述旋转编码器进一步包括一处理电路，用于将所述第一接收区和第二接收区的输出信号进行差分放大、解调和低通滤波，输出一个正弦波信号和一个余弦波信号以计算所述动板相对所述静板转过的角度。

9.根据权利要求1所述的旋转编码器，其中，所述旋转编码器进一步包括：信号处理模块，用于根据所述第一接收区、所述第二接收区和所述至少一个第三接收区的输出信号确定一个码串以确定所述扇形导电区域相对所述静板所在的位置。

10.根据权利要求9所述的旋转编码器，其中，所述信号处理模块具体用于：根据所述至少一个第三接收区的输出信号确定与所述每个扇形导电区域耦合的各个电极对应的编码；根据所述第一接收区和所述第二接收区的输出信号从每个第三接收区确定的编码中去除一位与所述扇形导电区域不完全耦合的电极对应的编码；将剩下的编码连接成所述码串。

11.根据权利要求1所述的旋转编码器，其中，所述旋转编码器进一步包括：

控制单元，用于当动板静止时，对各条信号线依次进行激励；当所述动板转动时，同时对所有信号线进行激励。

12.根据权利要求1所述的旋转编码器，其中，所述至少一个第三接收区与所述发射区、第一接收区、第二接收区为同心环形；所述动板上进一步包括至少一个同心环形导电区域，每个同心环形导电区域与一个不同的扇形导电区域相连；所述至少一个第三接收区与相应的扇形区域所连接的同心环形导电区域电容耦合。

13.根据权利要求9所述的旋转编码器，其中，每组中不同电极的激励电信号分别对应两条信号线，当所述电极的总数为P，P为2的Q次方，且采用4种不同的激励电信号时，则所述扇形导电区域的数目为Q除以3的商向上取整得到的整数，所述码串的位数是Q。

14.根据权利要求13所述的旋转编码器，其中，预先设置编码为R位的二进制码串，根据0至R-1的各个整数的二进制码生成；

则每组中不同电极的激励电信号分别对应两条信号线，所述两条信号线分别表示不同的编码，每个电极根据预先设置的编码连接到相应的激励电信号对应的两条信号线中的一条上包括：4个正交的激励电信号对应8条信号线，其中与每个激励电信号连接的两条信号线分别代表0和1；按所述电极在静板上的排列顺序使每个电极对应所述R位的二进制码串中的一位码，根据每个电极对应的码将该电极连接到其对应的激励电信号所连接的两条信号线中的一条上。

15.一种使用如权利要求1-14中任一权利要求所述的电容式旋转编码器感应旋转角度的方法，包括：

当动板静止时，

依次激励同一相位的电信号对应的U条信号线，

每次激励时，接收每个第三接收区感应到的对应扇形导电区域反射的电信号，得到每扇形导电区域对应的U个感应值；

当动板转动时，

同时激励所有信号线，

接收第一接收区感应到的由第一反射区反射的第一电信号和第二接收区感应到的由第二反射区反射的第二电信号；

对所述第一电信号和所述第二电信号分别进行差分放大、解调和低通滤波，输出一个正弦波信号和一个余弦波信号，计算所述动板相对所述静板转过的角度；

根据计算所得角度从每个扇形导电区域对应的U个感应值中去除一个感应值，利用剩余的感应值计算得出一个编码，利用得到的编码确定动板相对于静板的绝对位置。