CN106643470A - 一种绝对式电容角位移测量传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种绝对式电容角位移测量传感器，其特征在于包括敏感结构、信号调制解调电路和误差补偿及融合模块；敏感结构包括纵向平行设置的第一定子、转子和第二定子；第一定子顶部外侧设置精测采集电极，第一定子顶部内侧设置精测激励电极；转子底部外侧设置精测敏感电极，转子底部内侧设置精测耦合电极，转子顶部外侧设置粗测敏感电极，转子顶部内侧设置粗测耦合电极，精测/和粗测敏感电极及精测/和粗测耦合电极为等势体；第二定子底部外侧设置粗测采集电极，第二定子底部内侧设置粗测激励电极；信号调制解调电路用于测量精测角位移和粗测角位移；误差补偿及融合模块用于进行误差补偿后计算绝对角位移，本发明可广泛用于角位移测量传感器中。

Description

一种绝对式电容角位移测量传感器

技术领域

本发明涉及一种角位移传感器，特别是关于一种绝对式电容角位移测量传感器，属于角位移传感器领域。

背景技术

角位移传感器是一种将旋转角位置、角位移等物理量转换为电信号的位移传感器，是自动化领域中用来检测角度、速度、长度、位移和加速度的传感器，其应用大到数控机床、机器人、包装机械、印刷机械、电梯、工厂自动化相关设备的位置检测和传输速度控制,小到磁盘和打印机等办公自动化设备的旋转量的测量和控制，已经成为各个领域不可或缺的一部分。

目前市面上已有多种旋转角位移传感器，按照检测的原理可分为光学编码器和磁性编码器等，其中，光学旋转编码器应用较多，磁性编码器次之，现有的角位移测量传感器精度较高，但是存在体积比较大、加工复杂、成本较高、对环境要求苛刻及动态特性差等缺点，如磁性编码器加工复杂、成本高、重量大且对电磁环境敏感，相比之下电容式角位移传感器稳定性较高、可以用于非接触式测量、动态响应好以及适应恶劣环境等，已经被越来越多的人认为是最有发展前途的传感器。

国内外对于电容式传感器用于测量角位移的研究很多，也已经取得很大的突破，主要集中在敏感结构的改进，常规的敏感结构是扇形分瓣式，对角位移信息的获取能力有限，灵敏度也受限于加工精度，且解调电路复杂，无法实现绝对的角位置测量，大多数的电容式角位移传感器只能用于相对测量，且动态范围有限。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种高精度、高灵敏度、高适应性且低成本的绝对式电容角位移测量传感器。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种绝对式电容角位移测量传感器，其特征在于，该角位移测量传感器包括敏感结构、信号调制解调电路、误差补偿及融合模块和电源模块；所述敏感结构包括定子和转子，所述定子包括第一定子和第二定子，所述第一定子、转子和第二定子依次纵向平行设置；所述第一定子包括精测采集电极、精测激励电极和第一电荷放大器，所述第一定子底部固定设置所述第一电荷放大器，所述第一定子顶部外侧设置所述精测采集电极，所述第一定子顶部内侧设置所述精测激励电极；所述转子包括精测敏感电极、精测耦合电极、粗测敏感电极和粗测耦合电极，所述转子通过主轴固定连接运动件，所述转子底部外侧设置所述精测敏感电极，所述转子底部内侧设置所述精测耦合电极，且所述精测敏感电极和精测耦合电极为等势体；所述转子顶部外侧设置所述粗测敏感电极，所述转子顶部内侧设置所述粗测耦合电极，且所述粗测敏感电极和粗测耦合电极为等势体；所述第二定子包括粗测采集电极、粗测激励电极和第二电荷放大器，所述第二定子顶部固定设置所述第二电荷放大器，所述第二定子底部外侧设置所述粗测采集电极，所述第二定子底部内侧设置所述粗测激励电极；所述精测采集电极和精测敏感电极正对形成精测测量电容，所述精测激励电极和精测耦合电极正对形成精测耦合电容，所述粗测采集电极和粗测敏感电极正对形成粗测测量电容，所述粗测激励电极和粗测耦合电极正对形成粗测耦合电容；所述信号调制解调电路包括精测/和粗测旋变解调模块及精测/和粗测转角信号调制模块，所述精测/和粗测旋变解调模块将输出的载波信号经处理后作用到所述精测/和粗测激励电极并通过精测/和粗测耦合电容作用到所述精测/和粗测耦合电极，所述精测/和粗测耦合电极将载波信号传递到所述精测/和粗测敏感电极，并通过精测/和粗测测量电容作用到所述精测/和粗测采集电极得到精测/和粗测电容信号，精测/和粗测电容信号通过相应电荷放大器及精测/和粗测转角信号调制模块获得精测/和粗测正交旋变信号后经所述精测/和粗测旋变解调模块解算得到精测/和粗测角位移；所述误差补偿及融合模块用于对精测角位移和粗测角位移进行误差补偿，经补偿后的精测角位移和粗测角位移通过计算得到绝对位移；所述电源模块用于为各部件进行供电。

一种绝对式电容角位移测量传感器，其特征在于，该角位移测量传感器包括敏感结构、信号调制解调电路、误差补偿及融合模块和电源模块；所述敏感结构包括定子和转子，且所述定子和转子平行设置；所述定子包括精测采集电极、激励电极、粗测采集电极和电荷放大器，所述定子底部固定设置所述电荷放大器，所述定子顶部从外到内依次设置所述精测采集电极、激励电极和粗测采集电极；所述转子包括精测敏感电极、耦合电极和粗测敏感电极；所述转子底部从外到内依次设置所述精测敏感电极、耦合电极和粗测敏感电极，所述转子通过主轴固定连接运动件；所述精测采集电极和精测敏感电极正对形成精测测量电容，所述激励电极和耦合电极正对形成耦合电容，所述粗测采集电极和粗测敏感电极正对形成粗测测量电容；所述信号调制解调电路包括精测/和粗测旋变解调模块及精测/和粗测转角信号调制模块，所述精测/和粗测旋变解调模块将输出的载波信号经处理后作用到所述激励电极并通过耦合电容作用到所述耦合电极，所述耦合电极将载波信号传递到所述精测/和粗测敏感电极，并通过精测/和粗测测量电容作用到所述精测/和粗测采集电极得到精测/和粗测电容信号，精测/和粗测电容信号通过相应电荷放大器及精测/和粗测转角信号调制模块获得精测/和粗测正交旋变信号后经所述精测/和粗测旋变解调模块解算得到精测/和粗测角位移；所述误差补偿及融合模块用于对精测角位移和粗测角位移进行误差补偿，经补偿后的精测角位移和粗测角位移通过计算得到绝对位移；所述电源模块用于为各部件进行供电。

进一步地，所述信号调制解调电路还包括精测载波信号调理模块和粗测载波信号调理模块；所述精测载波信号调理模块用于对所述精测旋变解调模块输出的载波信号进行调理；所述粗测载波信号调理模块用于对所述粗测旋变解调模块输出的载波信号进行调理。

进一步地，所述定子与转子的转角变化通过精测测量电容转换为四路精测电容信号，具体过程为：所述精测敏感电极为函数和函数围成的环形花瓣结构区域，其中，R表示花瓣状所述精测敏感电极的极坐标圆半径，τ表示所述精测敏感电极宽度的一半，N表示所述精测敏感电极所包含的正弦周期个数，表示所述转子与定子的机械转角；在所述精测敏感电极的一个正弦周期内，每间隔90°将正对的环形所述精测采集电极分割成一扇形区域，一个正弦周期内分割成的四个扇形区域分别表示为S₀、S₉₀、S₁₈₀和S₂₇₀，四个扇形区域又被半径为R的圆内外分割成八个扇形区域，分别表示为：

其中，θ表示测量输出角，且有关系式：将区域S_0内连接区域S_180外、区域S_90内连接区域S_270外、区域S_180内连接区域S_0外以及区域S_270内连接区域S_90外获得所述精测敏感电极和精测采集电极的正对面积随转角变化的四个正对区域分别表示为：

其中，A表示正对面积的直流分量，B表示由参数R、τ决定的幅度；将每一正弦周期中所述精测敏感电极和精测采集电极形成的四个正对区域相应连接得到：

将一个正弦周期内的四个正对区域形成的多级电容分别表示为C₁、C₂、C₃和C₄，并将所述精测敏感电极中N个正弦周期的多级电容C₁、C₂、C₃和C₄均相应连接得到四路精测电容信号C_N1、C_N2、C_N3和C_N4。

进一步地，四路精测电容信号经相应电荷放大器和所述精测旋变解调模块得到两路精测正交旋变信号，进而解算出精测角位移，具体过程为：四路精测电容信号通过相应电荷放大器后得到的四路精测电荷信号分别表示为：

其中，w表示所述精测旋变解调模块输出正弦激励信号的频率，sin(wt)表示作用于所述精测激励电极的载波信号，d表示所述定子与转子之间的间距；四路精测电荷信号通过所述精测转角信号调制模块获得两路精测正交旋变信号分别表示为：

U_精sin＝Usin(wt)sin(θ)

U_精cos＝Usin(wt)cos(θ)

获得的两路精测正交旋变信号通过所述精测旋变解调模块解算得到精测角位移θ_精。

进一步地，所述定子与转子的转角变化通过粗测测量电容、相应电荷放大器和所述粗测旋变解调模块转换为两路粗测正交旋变信号，进而解算出粗测角位移，具体过程为：所述粗测敏感电极为偏心距为d的偏心圆环，将环形所述粗测采集电极每间隔90°分割成一扇形区域，四个扇形区域又被半径为R的圆内外分割成八个扇形区域，分别表示为S′_0内、S′_90内、S′_180内、S′_270内、S′_0外、S′_90外、S′_180外和S′_270外，将区域S′_0内连接区域S′_180外、区域S′_90内连接区域S′_270外、区域S′_180内连接区域S′_0外以及区域S′_270内连接区域S′_90外获得所述粗测敏感电极和粗测采集电极的正对面积随转角变化的四个正对区域；将一个正弦周期内的四个正对区域形成的多级电容分别表示为C₅、C₆、C₇和C₈；相应电荷放大器将所述粗测采集电极采集到的四路粗测电容信号转换为四路粗测电荷信号，并通过所述粗测转角信号调制模块转换为两路粗测正交旋变信号，其中：

U_粗sin＝Usin(wt)sin(θ)

U_粗cos＝Usin(wt)cos(θ)

获得的两路粗测正交旋变信号通过所述粗测旋变解调模块解算得到粗测角位移θ_粗。

进一步地，所述误差补偿及融合模块包括精测/和粗测误差补偿模块；所述精测/和粗测误差补偿模块对精测/和粗测角位移进行误差补偿，经补偿后的精测/和粗测角位移通过计算得到绝对位移，具体过程为：分别判断精测量和粗测量的误差类型，误差类型包括谐波分量误差、信号幅值误差和噪声误差；并根据误差类型，将获取的数据进行数据辩识，计算得到精测量和粗测量的误差补偿参数；获取精测/和粗测角位移；并根据获取的误差补偿参数及精测/和粗测角位移，生成补偿函数，通过补偿函数分别对精测/和粗测角位移值进行修正，得到精测/和粗测角位移的修正值；根据公式θ_R精≈n*θ_R粗计算出精测角位移相对于粗测角位移的分瓣数n；根据公式θ_实＝n*θ_R精计算得到绝对角位移θ_实。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明基于旋变解调技术实现位移的测量，相比现有的非接触式电容位移传感器，在单激励作用下可以更加容易实现高精度和大量程测量。2、发明通过两路测量获得精测角位移和粗测角位移，进而通过误差补偿及融合模块进行误差校正后获得绝对位移，具有良好的灵敏度、鲁棒性、动态特性及容错特性。3、本发明通过开关的设置实现信号调制解调电路的时分复用，结构简单且小型，成本低廉，可以广泛应用于角位移测量传感器中。

附图说明

图1是本发明的原理示意图；

图2是本发明实施例1的结构示意图；

图3是本发明实施例1中第一定子的电极分布示意图；

图4是图2的剖面结构示意图；

图5是本发明实施例1中转子底部的电极分布示意图；

图6是本发明实施例1中转子顶部的电极分布示意图；

图7是本发明实施例1中第二定子的电极分布示意图；

图8是本发明中精测量信号或粗测量信号输出的SIN函数波形图；

图9是本发明中精测量信号或粗测量信号输出的COS函数波形图；

图10是本发明输出的精测包络信号和粗测包络信号的波形图；

图11是本发明中误差补偿及融合模块的流程示意图；

图12是本发明中误差补偿函数示意图；

图13是本发明中误差补偿后的角度输出效果示意图；

图14是本发明实施例2的结构示意图；

图15是图14的剖面结构示意图；

图16是本发明实施例2中定子的电极分布示意图；

图17是本发明实施例2中转子的电极分布示意图。

具体实施方式

以下结合附图来对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅仅是用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例1：

如图1所示，本发明的绝对式电容角位移测量传感器包括敏感结构1、信号调制解调电路2和误差补偿及融合模块3。

如图2所示，敏感结构1包括第一定子11、转子12和第二定子13，且环形第一定子11、环形转子12和环形第二定子13形状大小相同且依次纵向平行设置。

如图3所示，第一定子11包括精测采集电极111、精测激励电极112和第一电荷放大器(图中未示出)；第一定子11底部固定设置第一电荷放大器，第一定子11顶部外侧设置环形精测采集电极111，第一定子11顶部内侧设置环形精测激励电极112。

如图4～6所示，转子12包括精测敏感电极121、精测耦合电极122、粗测敏感电极123和粗测耦合电极124；转子12通过主轴125固定连接运动件，转子12底部外侧设置花瓣结构精测敏感电极121，转子12底部内侧设置环形精测耦合电极122，且精测敏感电极121和精测耦合电极122为等势体；转子12顶部外侧设置偏心圆环形粗测敏感电极123，转子12顶部内侧设置环形粗测耦合电极124，且粗测敏感电极123和粗测耦合电极124为等势体。

如图7所示，第二定子13包括粗测采集电极131、粗测激励电极132和第二电荷放大器(图中未示出)；第二定子13顶部固定设置第二电荷放大器，第二定子12底部外侧设置环形粗测采集电极131，第二定子12底部内侧设置环形粗测激励电极132；精测采集电极111和精测敏感电极121正对形成精测测量电容，精测激励电极112和精测耦合电极122正对形成精测耦合电容，粗测采集电极131和粗测敏感电极123正对形成粗测测量电容，粗测激励电极132和粗测耦合电极124正对形成粗测耦合电容。

信号调制解调电路2包括精测旋变解调模块21、精测载波信号调理模块22、精测转角信号调制模块23、粗测旋变解调模块24、粗测载波信号调理模块25和粗测转角信号调制模块26；误差补偿及融合模块3包括精测误差补偿模块31、粗测误差补偿模块32、主处理器模块33和电源模块34。

精测旋变解调模块21将输出的载波信号经精测载波信号调理模块22作用到精测激励电极112后通过精测耦合电容作用到精测耦合电极122，精测耦合电极122将载波信号传递到精测敏感电极121，并通过精测测量电容作用到精测采集电极111得到四路精测电容信号(以此为例，不限于此，可以根据实际需要进行确定)，四路精测电容信号通过第一电荷放大器转换成四路精测电荷信号，并通过精测转角信号调制模块23获得两路精测正交旋变信号后经精测旋变解调模块21解算得到精测角位移。

同时，粗测旋变解调模块24将输出的载波信号经粗测载波信号调理模块25作用到粗测激励电极132后通过粗测耦合电容作用到粗测耦合电极124，粗测耦合电极124将载波信号传递到粗测敏感电极123，并通过粗测测量电容作用到粗测采集电极131得到四路粗测电容信号，四路粗测电容信号通过第二电荷放大器转换成四路粗测电荷信号，并通过粗测转角信号调制模块26获得两路粗测正交旋变信号后经粗测旋变解调模块24解算得到粗测角位移。

精测角位移通过精测误差补偿模块31进行误差补偿、粗测角位移通过粗测误差补偿模块32进行误差补偿，经过补偿后的精测角位移和粗侧角位移通过现有融合算法计算得到绝对角位移并发送到主处理器模块33中，电源模块34用于为本发明的绝对式电容角位移测量传感器进行供电。

在一个优选的实施例中，精测敏感电极121为函数和函数围成的环形花瓣结构区域，其中，R表示花瓣状精测敏感电极121的极坐标圆半径(即精测采集电极111的内外分割圆半径)，τ表示精测敏感电极121宽度的一半，N表示精测敏感电极121所包含的正弦周期个数，表示转子与第一定子的机械转角；在精测敏感电极121的一个正弦周期内，每间隔90°将正对的精测采集电极111分割成一扇形区域，一个正弦周期内分割成的四个扇形区域分别表示为S₀、S₉₀、S₁₈₀和S₂₇₀，四个扇形区域又被半径为R的圆内外分割成八个扇形区域，分别表示为：

其中，θ表示测量输出角，且有关系式：将区域S_0内连接区域S_180外、区域S_90内连接区域S_270外、区域S_180内连接区域S_0外以及区域S_270内连接区域S_90外(即将图3中各不同颜色的区域均分别相应连接)获得精测敏感电极121和精测采集电极111的正对面积随转角变化的四个正对区域分别表示为：

其中，A表示正对面积的直流分量，B表示由参数R、τ决定的幅度；将每一正弦周期中精测敏感电极121和精测采集电极111形成的四个正对区域相应连接得到：

将一个正弦周期内的四个正对区域形成的多级电容分别表示为C₁、C₂、C₃和C₄，并将精测敏感电极121中N个正弦周期的多级电容C₁、C₂、C₃和C₄均相应连接得到四路精测电容信号C_N1、C_N2、C_N3和C_N4，此时，第一定子11与转子12的转角变化转换为四路精测电容信号。

在一个优选的实施例中，四路精测电容信号通过第一电荷放大器后得到的四路精测电荷信号分别表示为：

其中，w表示精测旋变解调模块21输出正弦激励信号的频率，sin(wt)表示作用于精测激励电极112的载波信号，d表示第一定子11与转子12之间的间距。

如图8～9所示为四路精测电荷信号通过精测转角信号调制模块23获得的两路精测正交旋变信号，其中：

U_精sin＝Usin(wt)sin(θ)

U_精cos＝Usin(wt)cos(θ)

获得的两路精测正交旋变信号通过精测旋变解调模块21解算得到精测角位移θ_精。

在一个优选的实施例中，粗测敏感电极123为偏心距为d的偏心圆环，将环形粗测采集电极131每间隔90°分割成一扇形区域，四个扇形区域又被半径为R的圆内外分割成八个扇形区域，分别表示为S′_0内、S′_90内、S′_180内、S′_270内、S′_0外、S′_90外、S′_180外和S′_270外，将区域S′_0内连接区域S′_180外、区域S′_90内连接区域S′_270外、区域S′_180内连接区域S′_0外以及区域S′_270内连接区域S′_90外获得粗测敏感电极123和粗测采集电极131的正对面积随转角变化的四个正对区域；将一个正弦周期内的四个正对区域形成的多级电容分别表示为C₅、C₆、C₇和C₈，此时，转子12与第二定子13的转角变化转换为四路粗测电容信号；第二电荷放大器133将粗测采集电极131采集到的四路粗测电容信号转换为四路粗测电荷信号，并通过粗测转角信号调制模块26转换为两路粗测正交旋变信号，其中：

U_粗sin＝Usin(wt)sin(θ)

U_粗cos＝Usin(wt)cos(θ)

获得的两路粗测正交旋变信号通过粗测旋变解调模块24解算得到粗测角位移θ_粗。

在一个优选的实施例中，四路精测电容信号和四路粗测电容信号所在电路上均分别设置有一开关，用于实现信号调制解调电路2的时分复用，当测量精测角位移时，打开用于控制精测电容信号的开关，关闭用于控制粗测电容信号的开关；当测量粗测角位移时，关闭用于控制精测电容信号的开关，打开用于控制粗测电容信号的开关。

在一个优选的实施例中，如图10所示为本发明绝对式电容角位移测量传感器工作时输出的精测正交旋变信号和粗测正交旋变信号。

如图11所示，误差补偿及融合模块3对角位移的精测量和粗测量进行误差校正，具体过程为：

1、分别判断精测量和粗测量的误差类型，误差类型包括谐波分量误差、信号幅值误差、噪声误差等；并根据误差类型，将获取的数据进行数据辩识，计算得到精测量和粗测量的误差补偿参数；

2、获取精测角位移和粗测角位移；并根据获取的误差补偿参数及精测角位移和粗测角位移，生成补偿函数，通过补偿函数分别对精测/和粗测角位移值进行修正，得到精测角位移和粗测角位移的修正值；

3、根据公式θ_R精≈n*θ_R粗计算出精测角位移相对于粗测角位移的分瓣数n；

4、根据公式θ_实＝n*θ_R精计算得到绝对角位移θ_实。

下面结合具体实施例对误差补偿及融合模块3的具体过程进行详细说明：

由于各类误差的存在，最后获得的两路正交旋变信号的正弦波和余弦波分别表示为：

其中，A₀和B₀表示正交弦变信号的直流分量，A_m和B_m表示正交弦变信号的幅值，为信号幅值误差源；和表示高次谐波之和，为谐波分量误差来源；δ_e表示电噪声，为噪声来源。

如图12～13所示，本实施例中解调后的角位移存在有规律且稳定的误差，对于高精度的运用需求，完成角位移测量后需针对上述的误差来源进行校正，建立三角函数模型保护，经误差补偿及融合模块3补偿后的补偿函数表示为：

θ_R＝θ_c+(Acos(w₁t)+Bcos(2w₁)+Ccos(4w₁))

其中，θ_R为补偿后的角位移，θ_c为补偿前的角位移，A、B、C为补偿函数的参数，w₁为电周期频率；θ_精和θ_粗经补偿后得到θ_R精和θ_R粗；由公式θ_R精≈n*θ_R粗计算出精测角位移相对于粗测角位移的分瓣数n，并通过公式θ_实＝n*θ_R精计算得到绝对角位移θ_实并发送到主处理器模块2-9中。

在一个优选的实施例中，敏感结构1的材料不仅限于PCB板，还可以采用玻璃基地在上面溅射金属测的方法或直接通过在硅基上刻蚀健线。

在一个优选的实施例中，敏感结构1可以通过激光修调来降低相关的制造精度。

实施例2：

本实施例与实施例1的结构基本相同，不同的是本实施例将实施例1中三片式大小相同的环形第一定子11、环形转子12和环形第二定子13替换成双片式大小相同的环形定子14和环形转子15，如图14～17所示，定子14和转子15平行间隔设置，定子14包括精测采集电极141、激励电极142、粗测采集电极143和电荷放大器(图中未示出)，转子15包括精测敏感电极151、耦合电极152和粗测敏感电极153；定子14底部固定设置电荷放大器，定子14顶部从外到内依次设置环形精测采集电极141、环形激励电极142和环形粗测采集电极143；转子15底部从外到内依次设置环形花瓣结构精测敏感电极151、环形耦合电极152和偏心圆环形粗测敏感电极153，转子15通过主轴154固定连接运动件；精测采集电极141和精测敏感电极151正对形成精测测量电容，激励电极142和耦合电极152正对形成耦合电容，粗测采集电极143和粗测敏感电极153正对形成粗测测量电容。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (7)

1.一种绝对式电容角位移测量传感器，其特征在于，该角位移测量传感器包括敏感结构、信号调制解调电路、误差补偿及融合模块和电源模块；

所述敏感结构包括定子和转子，所述定子包括第一定子和第二定子，所述第一定子、转子和第二定子依次纵向平行设置；

所述第一定子包括精测采集电极、精测激励电极和第一电荷放大器，所述第一定子底部固定设置所述第一电荷放大器，所述第一定子顶部外侧设置所述精测采集电极，所述第一定子顶部内侧设置所述精测激励电极；

所述转子包括精测敏感电极、精测耦合电极、粗测敏感电极和粗测耦合电极，所述转子通过主轴固定连接运动件，所述转子底部外侧设置所述精测敏感电极，所述转子底部内侧设置所述精测耦合电极，且所述精测敏感电极和精测耦合电极为等势体；所述转子顶部外侧设置所述粗测敏感电极，所述转子顶部内侧设置所述粗测耦合电极，且所述粗测敏感电极和粗测耦合电极为等势体；

所述第二定子包括粗测采集电极、粗测激励电极和第二电荷放大器，所述第二定子顶部固定设置所述第二电荷放大器，所述第二定子底部外侧设置所述粗测采集电极，所述第二定子底部内侧设置所述粗测激励电极；所述精测采集电极和精测敏感电极正对形成精测测量电容，所述精测激励电极和精测耦合电极正对形成精测耦合电容，所述粗测采集电极和粗测敏感电极正对形成粗测测量电容，所述粗测激励电极和粗测耦合电极正对形成粗测耦合电容；

所述信号调制解调电路包括精测/和粗测旋变解调模块及精测/和粗测转角信号调制模块，所述精测/和粗测旋变解调模块将输出的载波信号经处理后作用到所述精测/和粗测激励电极并通过精测/和粗测耦合电容作用到所述精测/和粗测耦合电极，所述精测/和粗测耦合电极将载波信号传递到所述精测/和粗测敏感电极，并通过精测/和粗测测量电容作用到所述精测/和粗测采集电极得到精测/和粗测电容信号，精测/和粗测电容信号通过相应电荷放大器及精测/和粗测转角信号调制模块获得精测/和粗测正交旋变信号后经所述精测/和粗测旋变解调模块解算得到精测/和粗测角位移；

所述误差补偿及融合模块用于对精测角位移和粗测角位移进行误差补偿，经补偿后的精测角位移和粗测角位移通过计算得到绝对位移；所述电源模块用于为各部件进行供电。

2.一种绝对式电容角位移测量传感器，其特征在于，该角位移测量传感器包括敏感结构、信号调制解调电路、误差补偿及融合模块和电源模块；

所述敏感结构包括定子和转子，且所述定子和转子平行设置；

所述定子包括精测采集电极、激励电极、粗测采集电极和电荷放大器，所述定子底部固定设置所述电荷放大器，所述定子顶部从外到内依次设置所述精测采集电极、激励电极和粗测采集电极；

所述转子包括精测敏感电极、耦合电极和粗测敏感电极；所述转子底部从外到内依次设置所述精测敏感电极、耦合电极和粗测敏感电极，所述转子通过主轴固定连接运动件；所述精测采集电极和精测敏感电极正对形成精测测量电容，所述激励电极和耦合电极正对形成耦合电容，所述粗测采集电极和粗测敏感电极正对形成粗测测量电容；

所述信号调制解调电路包括精测/和粗测旋变解调模块及精测/和粗测转角信号调制模块，所述精测/和粗测旋变解调模块将输出的载波信号经处理后作用到所述激励电极并通过耦合电容作用到所述耦合电极，所述耦合电极将载波信号传递到所述精测/和粗测敏感电极，并通过精测/和粗测测量电容作用到所述精测/和粗测采集电极得到精测/和粗测电容信号，精测/和粗测电容信号通过相应电荷放大器及精测/和粗测转角信号调制模块获得精测/和粗测正交旋变信号后经所述精测/和粗测旋变解调模块解算得到精测/和粗测角位移；

所述误差补偿及融合模块用于对精测角位移和粗测角位移进行误差补偿，经补偿后的精测角位移和粗测角位移通过计算得到绝对位移；所述电源模块用于为各部件进行供电。

3.如权利要求1或2所述的一种绝对式电容角位移测量传感器，其特征在于，所述信号调制解调电路还包括精测载波信号调理模块和粗测载波信号调理模块；所述精测载波信号调理模块用于对所述精测旋变解调模块输出的载波信号进行调理；所述粗测载波信号调理模块用于对所述粗测旋变解调模块输出的载波信号进行调理。

4.如权利要求3所述的一种绝对式电容角位移测量传感器，其特征在于，所述定子与转子的转角变化通过精测/和粗测的测量电容变化进而将转角信息转换为正交测量信号，具体过程为：

所述精测敏感电极为函数和函数 围成的环形花瓣结构区域，其中，R表示花瓣状所述精测敏感电极的极坐标圆半径，τ表示所述精测敏感电极宽度的一半，N表示所述精测敏感电极所包含的正弦周期个数，表示所述转子与定子的机械转角；在所述精测敏感电极的一个正弦周期内，每间隔90°将正对的环形所述精测采集电极分割成一扇形区域，一个正弦周期内分割成的四个扇形区域分别表示为S₀、S₉₀、S₁₈₀和S₂₇₀，四个扇形区域又被半径为R的圆内外分割成八个扇形区域，分别表示为：

其中，θ表示测量输出角，且有关系式：将区域S_0内连接区域S_180外、区域S_90内连接区域S_270外、区域S_180内连接区域S_0外以及区域S_270内连接区域S_90外获得所述精测敏感电极和精测采集电极的正对面积随转角变化的四个正对区域分别表示为：

其中，A表示正对面积的直流分量，B表示由参数R、τ决定的幅度；将每一正弦周期中所述精测敏感电极和精测采集电极形成的四个正对区域相应连接得到：

将一个正弦周期内的四个正对区域形成的多级电容分别表示为C₁、C₂、C₃和C₄，并将所述精测敏感电极中N个正弦周期的多级电容C₁、C₂、C₃和C₄均相应连接得到四路精测电容信号C_N1、C_N2、C_N3和C_N4。

5.如权利要求4所述的一种绝对式电容角位移测量传感器，其特征在于，通过定子设计的激励电极，将载波信号无接触的作用到转子的耦合电极上，通过上面所述设计，在定子的采集电极上面获得经相应电荷放大器放大的四路精测电容信号，四路精测电容信号，经过精测转角信号调制模块得到两路精测正交旋变信号，旋变解调模块配合得到的两路精测正交旋变信号和输出的载波信号解算出精测角位移，具体过程为：

四路精测电容信号通过相应电荷放大器后得到的四路精测电荷信号分别表示为：

其中，w表示所述精测旋变解调模块输出正弦激励信号的频率，sin(wt)表示作用于所述精测激励电极的载波信号，d表示所述定子与转子之间的间距；四路精测电荷信号通过所述精测转角信号调制模块获得两路精测正交旋变信号分别表示为：

U_精sin＝Usin(wt)sin(θ)

U_精cos＝Usin(wt)cos(θ)

获得的两路精测正交旋变信号通过所述精测旋变解调模块解算得到精测角位移θ_精。

6.如权利要求5所述的一种绝对式电容角位移测量传感器，其特征在于，所述定子与转子的转角变化通过粗测测量电容、相应电荷放大器和所述粗测旋变解调模块转换为两路粗测正交旋变信号，进而解算出粗测角位移，具体过程为：

所述粗测敏感电极为偏心距为d的偏心圆环，将环形所述粗测采集电极每间隔90°分割成一扇形区域，四个扇形区域又被半径为R的圆内外分割成八个扇形区域，分别表示为S′_0内、S′_90内、S′_180内、S′_270内、S′_0外、S′_90外、S′_180外和S′_270外，将区域S′_0内连接区域S′_180外、区域S′_90内连接区域S′_270外、区域S′_180内连接区域S′_0外以及区域S′_270内连接区域S′_90外获得所述粗测敏感电极和粗测采集电极的正对面积随转角变化的四个正对区域；将一个正弦周期内的四个正对区域形成的多级电容分别表示为C₅、C₆、C₇和C₈；相应电荷放大器将所述粗测采集电极采集到的四路粗测电容信号转换为四路粗测电荷信号，并通过所述粗测转角信号调制模块转换为两路粗测正交旋变信号，其中：

U_粗sin＝Usin(wt)sin(θ)

U_粗cos＝Usin(wt)cos(θ)

获得的两路粗测正交旋变信号通过所述粗测旋变解调模块解算得到粗测角位移θ_粗。

7.如权利要求6所述的一种绝对式电容角位移测量传感器，其特征在于，所述误差补偿及融合模块包括精测/和粗测误差补偿模块；所述精测/和粗测误差补偿模块对精测/和粗测角位移进行误差补偿，经补偿后的精测/和粗测角位移通过计算得到绝对位移，具体过程为：

分别判断精测量和粗测量的误差类型，误差类型包括谐波分量误差、信号幅值误差和噪声误差；并根据误差类型，将获取的数据进行数据辩识，计算得到精测量和粗测量的误差补偿参数；

获取精测/和粗测角位移；并根据获取的误差补偿参数及精测/和粗测角位移，生成补偿函数，通过补偿函数分别对精测/和粗测角位移值进行修正，得到精测/和粗测角位移的修正值；

根据公式θ_R精≈n*θ_R粗计算出精测角位移相对于粗测角位移的分瓣数n；

根据公式θ_实＝n*θ_R精计算得到绝对角位移θ_实。