CN115342723B - 轴转动角度检测装置、方法以及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及角度测量技术领域，公开了轴转动角度检测装置、方法以及电子设备。该轴转动角度检测装置中：第一电极板位于第一平面；第二、三电极板为等大且中心相同的扇环、位于第一平面的平行平面；电介质位于上述两平面之间、其旋转轴垂直于上述平面且过上述扇环的中心；电介质在第二、三电极板上的投影均为扇环，两扇环的中心均为上述中心且内、外径分别相等；电容检测芯片的输入端连接三个电极板的引脚，用于对第一、二电极板之间的第一电容值和第一、三电极板之间的第二电容值的比值进行检测，并根据检测到的比值与上一次检测到的比值的变化确定电介质的轴转动角度。能够保证轴转动角度检测的准确度，提高轴转动角度检测的可靠性。

Description

轴转动角度检测装置、方法以及电子设备

技术领域

本发明涉及转动角度测量技术领域，尤其是涉及一种轴转动角度检测装置、方法以及电子设备。

背景技术

测量轴转动角度在电位器、扳机按键、可折叠设备以及伺服马达等应用场景下具有十分重要的意义。一种常见的测量轴转动角度的技术手段是利用磁石和霍尔芯片检测结构实现对轴转动角度的测量。方向和角度的变化会改变磁石和霍尔芯片之间的距离，因而能够通过霍尔芯片输出的模拟信号的变化来反映轴转动角度。

然而，一方面来说，外界磁场等会对利用这种技术手段进行轴转动角度检测产生干扰。另一方面来说，零部件随温度变化而热胀冷缩以及相关零件的老化等会导致磁石与霍尔芯片的距离发生变化。上述因素都会进一步造成霍尔芯片信号精度的偏差，最终损害轴转动角度检测的准确度。

发明内容

本发明实施方式的目的在于提供一种轴转动角度检测装置、方法以及电子设备，用以保证轴转动角度检测的准确度，提高轴转动角度检测的可靠性。

为了解决上述问题，本发明的实施方式提供了一种轴转动角度检测装置，包括：电容检测芯片、第一电极板、第二电极板、第三电极板和电介质；所述第一电极板位于第一平面，所述第二电极板和所述第三电极板位于与所述第一平面平行的第二平面，所述电介质位于与所述第一平面平行的第三平面，且所述第三平面位于所述第一平面和所述第二平面之间；所述第二电极板为第一扇环，所述第三电极板为第二扇环，所述第一扇环和所述第二扇环等大且中心相同；所述电介质的旋转轴为垂直于所述第三平面且过所述第二扇环的中心的直线；所述电介质在所述第二电极板上的投影为第三扇环，所述电介质在所述第三电极板上的投影为第四扇环，所述第三扇环和所述第四扇环的中心均与所述第二扇环的中心相同，且所述第三扇环和所述第四扇环的内径和外径分别相等；所述第一电极板的引脚、所述第二电极板的引脚和所述第三电极板的引脚分别连接所述电容检测芯片的输入端；所述电容检测芯片用于对第一电容值和第二电容值的比值进行检测，所述第一电容值为所述第一电极板和所述第二电极板之间的电容值，所述第二电容值为所述第一电极板和所述第三电极板之间的电容值，并根据检测到的所述第一电容值和所述第二电容值的比值，与上一次检测到的所述第一电容值和所述第二电容值的比值的变化确定所述电介质的轴转动角度。

本发明的实施方式还提供了一种轴转动角度的检测方法，包括：对第一电容值和第二电容值的比值进行检测；其中，所述第一电容值为第一电极板和第二电极板之间的电容值，所述第二电容值为所述第一电极板和第三电极板之间的电容值；所述第一电极板位于第一平面，所述第二电极板和所述第三电极板位于与所述第一平面平行的第二平面；电介质位于与所述第一平面平行的第三平面，且所述第三平面位于所述第一平面和所述第二平面之间；所述第二电极板为第一扇环，所述第三电极板为第二扇环，所述第一扇环和所述第二扇环等大且中心相同；所述电介质的旋转轴为垂直于所述第三平面且过所述第二扇环的中心的直线；所述电介质在所述第二电极板上的投影为第三扇环，所述电介质在所述第三电极板上的投影为第四扇环，所述第三扇环和所述第四扇环的中心均与所述第二扇环的中心相同，且所述第三扇环和所述第四扇环的内径和外径分别相等；根据检测到的所述第一电容值和所述第二电容值的比值，与上一次检测到的所述第一电容值和所述第二电容值的比值的变化确定所述电介质的轴转动角度。

本发明的实施方式还提供了一种电子设备，包括：上述的轴转动角度检测装置。

在本发明实施方式中，由于第二电极板和第三电极板位于同一平面，因而第一电容值所对应的板间距离d₁（第一电极板和第二电极板之间的距离）与第二电容值所对应的板间距离d₂（第一电极板和第三电极板之间的距离）相等，且两电容值对应的电介质为同一电介质（即第一电容值和第二电容值所对应的介电常数ε相等），因而第一电容值与第二电容值的比值c₁/c₂=(εS₁/4πkd₁)/(εS₂/4πkd₂)=S₁/S₂。电介质在第二电极板和第三电极板上的投影即为第一电容值和第二电容值所对应的正对面积。又由于电介质在第二电极板和第三电极板上的投影为内径和外径分别相等的扇环，因而第一电容值和第二电容值所对应的正对面积比S₁/S₂=[0.5θ₁(R²-r²)]/[0.5θ₂(R²-r²)]=θ₁/θ₂。也就是说，第一电容值和第二电容值的比值等于第三扇环和第四扇环的中心角之比。因而，第一电容值和第二电容值的比值能够反映电介质的投影区域的中心角，即反映电介质当前的位置。从而在本发明中，电容检测芯片能够通过电容值的比值的变化情况来确定电介质的位置变化，即确定电介质的轴转动角度。此外，由于c₁/c₂=θ₁/θ₂，可知第一电容值和第二电容值的比值与电极板之间的距离等因素均无关。因而，在第一平面和第二平面的距离由于设备零部件的热胀冷缩或结构老化而发生变化时，第一电容和第二电容的比值并不会变。因此，通过第一电容值和第二电容值的比值来确定轴转动角度，能够避免温度变化以及硬件结构变化等因素的影响，保证轴转动角度检测的精确度，轴转动角度检测装置的可靠性实现了提高。

另外，所述第一电极板为第五扇环，所述第五扇环的中心位于所述旋转轴上，且所述第五扇环的内径与所述第一扇环的内径相同，所述第五扇环的外径与所述第一扇环的外径相同。采用上述第一电极板能够最大化地缩小第一电极板的面积，从而实现最大化地节省第一电极板所需的材料，进而能够尽可能地降低轴转动角度检测装置的实现成本。

另外，所述电介质为第六扇环，所述第六扇环的中心位于所述旋转轴上，且所述第六扇环的内径与所述第一扇环的内径相同，所述第六扇环的外径与所述第一扇环的外径相同。采用上述电介质能够有效缩小电介质的面积，从而实现大大节省电介质所需的材料，进而能够降低轴转动角度检测装置的实现成本。

另外，所述电容检测芯片还用于根据检测到的所述第一电容值和所述第二电容值的比值，与上一次检测到的所述第一电容值和所述第二电容值的比值的变化确定所述电介质的轴转动方向。电容检测芯片还可以用于检测电介质的轴转动方向，从而能够使得轴转动角度检测装置满足很多实际应用场景中获取转动方向的需求。

附图说明

一个或多个实施方式通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施方式的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是根据本发明一实施方式中的轴转动角度检测装置的结构示意图；

图2是根据本发明一实施方式中的轴转动角度检测装置的一部分的结构示意图；

图3是根据本发明一实施方式中的轴转动角度检测装置的一部分的正视图；

图4是根据本发明一实施方式中的轴转动角度检测方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。

在进行本发明实施方式的说明之前，先对另一相关技术以及其存在的问题进行进一步说明：

相关技术中还存在一种由两片电极板构成的轴转动角度检测装置。这种轴转动角度检测装置通过这两片电极板之间的电容的变化来反映轴转动角度，对这两片电极板之间的电容进行检测来实现对轴转动角度的检测。然而，这种轴转动角度检测装置中其中一片电极板是在转动的，因而在对电极板的信号进行检测时，该转动的电极板的引脚处理难度大。此外，对于这种轴转动角度检测装置，也会由于零部件的热胀冷缩导致两片电极板之间的距离发生变化，进而导致轴转动角度检测不精准。

本发明的一实施方式涉及一种轴转动角度检测装置。下面对本实施例中的轴转动角度检测装置涉及的技术细节进行具体的说明，以下内容仅为方便理解本方案的实现细节，并非实施本方案的必须。该轴转动角度检测装置的结构示意图如图1所示。

该轴转动角度检测装置包括：电容检测芯片10、第一电极板2-1、第二电极板2-2、第三电极板2-3和电介质2-4；

所述第一电极板位于第一平面（请参见图1中示出的2-1所在平面），所述第二电极板和所述第三电极板位于与所述第一平面平行的第二平面（请参见图1中示出的2-2和2-3所在的平面），所述电介质位于与所述第一平面平行的第三平面（请参见图1中示出的2-4所在平面），且所述第三平面位于所述第一平面和所述第二平面之间。

由于第二电极板和第三电极板位于同一平面，因此二者与第一平面的距离相等。进一步地，在第一平面和第二平面的距离由于热胀冷缩或是硬件结构变化发生改变时，能够始终保证第二电极板和第三电极板与第一平面的距离是相等的，即第一电极板与第二电极板之间的板间距离d₁与第一电极板和第三电极板之间的板间距离d₂始终是相等的（此处涉及的d₁和d₂请参见如图2所示的轴转动角度检测装置结构示意图中示出的d）。同时第一电极板和第二电极板之间的电介质，与第一电极板和第三电极板之间的电介质为同一电介质（均为所述电介质），因而第一电容值（第一电极板和第二电极板之间的电容值）与第二电容值（第一电极板和第三电极板之间的电容值）的比值c₁/c₂=(εS₁/4πkd₁)/(εS₂/4πkd₂)=S₁/S₂。为后续电容检测芯片能够通过检测电容值之比来实现检测轴转动角度提供了条件。

所述第二电极板为第一扇环，所述第三电极板为第二扇环，所述第一扇环和所述第二扇环等大且中心相同。可以理解地，此处第二电极板和第三电极板的形状，如图1所示，均为扇环。此外，两扇环大小相等并且中心相同。

所述电介质的旋转轴为垂直于所述第三平面且过所述第二扇环的中心的直线。为更好地说明此处涉及的旋转轴，请参见如图2所示的轴转动角度检测装置的结构示意图。在图2中示出的轴转动角度检测装置中，3-5所在的直线即为电介质3-4的旋转轴。可以理解地，本实施方式涉及的检测装置检测的即为电介质以旋转轴3-5转动的轴转动角度。此外，在图2中3-1为第一电极板，3-2为第二电极板，3-3为第三电极板。

此外，值得说明的是，在一个例子中，如图1或图2所示，第一电极板也可以是一个扇环。在本例中，所述第一电极板为第五扇环，所述第五扇环的中心位于所述旋转轴上，且所述第五扇环的内径与所述第一扇环的内径相同，所述第五扇环的外径与所述第一扇环的外径相同。可以理解地，在本例中，第五扇环的中心实际上是如3-5所示的旋转轴与第一平面的交点。

可以理解地，除了图1和图2中示出的上述第一电极板之外，第一电极板的内径也可以小于第二电极板的内径，第一电极板的外径可以大于第二电极板的外径。只需使得第一电极板在第二电极板上的投影不小于第二电极板的区域，即可使得包括第一电极板和第二电极板的电容器的正对面积是由第二电极板决定的，进而即可实现相应技术效果。同理，第一电极板在第三电极板上的投影应不小于第三电极板的区域。因此，第一电极板的形状也可以并非扇环。

采用上述例子中所述的第一电极板能够最大化地缩小第一电极板的面积，从而实现最大程度地节省第一电极板所需的材料成本，进而能够尽可能地降低轴转动角度检测装置的实现成本。

所述电介质在所述第二电极板上的投影为第三扇环，所述电介质在所述第三电极板上的投影为第四扇环。为更好地说明，请参见如图3所示的轴转动角度检测装置的一部分的正视图。图3中示出的区域S1即为电介质在第二电极板上投影得到的第三扇环，图3中示出的区域S2即为电介质在第三电极板上投影得到的第四扇环。

所述第三扇环和所述第四扇环的中心均与所述第二扇环的中心相同（请参见图3中示出的圆心O），且所述第三扇环和所述第四扇环的内径（参见图3中示出的r）和外径（参见图3中示出的R）分别相等。

可以理解地，第三扇环即为第一电容器（包括第一电极板和第二电极板的电容器）的正对面积（参加图3中示出的S1），第四扇环即为第二电容器（包括第一电极板和第三电极板的电容器）的正对面积（参加图3中示出的S2）。因而第一电容值（第一电极板和第二电极板之间的电容值）与第二电容值（第一电极板和第三电极板之间的电容值）的比值c₁/c₂=S₁/S₂=[0.5θ₁(R²-r²)]/[0.5θ₂(R²-r²)]=θ₁/θ₂。第一电容值和第二电容值的比值等于电介质在第二和第三电极板上投影的中心角之比。也就是说，检测第一电容值和第二电容值的比值就是检测电介质的投影的中心角的比值。而电介质在两电极板上投影的中心角的比值能够反映当前电介质的位置，因此，电容检测芯片能够通过检测电容值之比来实现检测轴转动角度。

在一个例子中，电介质的形状也可以为扇环。在本例中，电介质可以为第六扇环，所述第六扇环的中心位于所述旋转轴上，且所述第六扇环的内径与所述第一扇环的内径相同，所述第六扇环的外径与所述第一扇环的外径相同。可以理解地，在本例中，第六扇环的中心实际上是如图2中3-5所示的旋转轴与第三平面的交点。

可以理解地，除上述电介质之外，电介质的内径也可以大于第二电极板的内径同时小于第二电极板的外径，电介质的外径可以大于第二电极板的外径也可以小于第二电极板的外径。只需使得电介质在第二电极板和第三电极板上分别投影得到的两扇环之间内径和外径分别相等即可实现相应技术效果。

此外，电介质的形状也可以并非扇环，在这种情况下，只需使得电介质在第二电极板上的投影的内径和外径是由第二电极板的形状决定的，进而即可实现相应技术效果。

采用前述例子中所涉及的电介质能够有效缩小电介质的面积，从而实现大大节省电介质所需的材料，进而能够降低轴转动角度检测装置的实现成本。

如图1所示，所述第一电极板的引脚、所述第二电极板的引脚和所述第三电极板的引脚分别连接所述电容检测芯片的输入端；

所述电容检测芯片用于对第一电容值和第二电容值的比值进行检测，所述第一电容值为所述第一电极板和所述第二电极板之间的电容值，所述第二电容值为所述第一电极板和所述第三电极板之间的电容值。可以理解地，电容检测芯片通过检测第一电极板的引脚和第二电极板的引脚输入的信号，实现对第一电容值的检测。同理，通过检测第一电极板的引脚和第三电极板的引脚输入的信号，实现对第二电容值的检测。

进一步地，电容检测芯片还根据检测到的所述第一电容值和所述第二电容值的比值，与上一次检测到的所述第一电容值和所述第二电容值的比值的变化确定所述电介质的轴转动角度。

如前述内容所说，c₁/c₂=θ₁/θ₂，第一电容值和第二电容值的比值等于电介质在第二和第三电极板上投影的中心角之比。也就是说，检测第一电容值和第二电容值的比值就是检测电介质的投影的中心角的比值。电介质在两电极板上投影的中心角的比值能够反映当前电介质的位置。

此外，在一个例子中，电容检测芯片还可以用于根据检测到的所述第一电容值和所述第二电容值的比值，与上一次检测到的所述第一电容值和所述第二电容值的比值的变化确定所述电介质的轴转动方向。利用本例所公开的电容检测芯片，能够使得轴转动角度检测装置满足很多实际应用场景中获取转动方向的需求。可以理解地，在如图1所示的轴转动角度检测装置中，电容检测芯片输出的即为轴转动角度或轴转动角度以及转动方向。

在一个例子中，电介质的中心角为180度（可参见图1）。上一次检测到的所述第一电容值和所述第二电容值的比值为1，可知电介质位于如图1中所示的初始位置。而此次检测到的所述第一电容值和所述第二电容值的比值为3。假设轴转动检测装置正视图如图3所示，且S1和S2之间扇环区域的中心角为60度。则可知，相比上一次检测时，电介质的转动方向为图3中的逆时针方向，电介质的轴转动角度为30度。

值得一提的是，电容检测芯片可以包括用于检测极板之间的电容值的电容检测电路，用于根据电容值的比值确定轴转动角度和转动方向的分析计算电路，以及用于将确定的轴转动角度和转动方向输出至上游主控的控制输出电路。

在本发明的实施方式中，由于第二电极板和第三电极板位于同一平面，因而第一电容值所对应的板间距离d₁（第一电极板和第二电极板之间的距离）与第二电容值所对应的板间距离d₂（第一电极板和第三电极板之间的距离）相等，且两电容值对应的电介质为同一电介质（即第一电容值和第二电容值所对应的介电常数ε相等），因而第一电容值与第二电容值的比值c₁/c₂=(εS₁/4πkd₁)/(εS₂/4πkd₂)=S₁/S₂。电介质在第二电极板和第三电极板上的投影即为第一电容值和第二电容值所对应的正对面积。又由于电介质在第二电极板和第三电极板上的投影为内径和外径分别相等的扇环，因而第一电容值和第二电容值所对应的正对面积比S₁/S₂=[0.5θ₁(R²-r²)]/[0.5θ₂(R²-r²)]=θ₁/θ₂。也就是说，第一电容值和第二电容值的比值等于第三扇环和第四扇环的中心角之比。因而，第一电容值和第二电容值的比值能够反映电介质的投影区域的中心角，即反映电介质当前的位置。从而在本发明中，电容检测芯片能够通过电容值的比值的变化情况来确定电介质的位置变化，即确定电介质的轴转动角度。

此外，由于c₁/c₂=θ₁/θ₂，可知第一电容值和第二电容值的比值与电极板之间的距离等因素均无关。因而，在第一平面和第二平面的距离由于设备零部件的热胀冷缩或结构老化而发生变化时，第一电容和第二电容的比值并不会变。因此，通过第一电容值和第二电容值的比值来确定轴转动角度，能够避免温度变化以及硬件结构变化等因素的影响，保证轴转动角度检测的精确度，轴转动角度检测装置的可靠性实现了提高。

再者，电容检测的电流是微安级别的，因而进行电容检测产生的功耗很低。因此本发明提供的通过检测电容比值来确定轴转动角度的技术手段相比相关技术，尤其是利用磁石和霍尔芯片实现轴转动角度检测的技术，能够实现功耗的大大降低。

本发明的另一实施方式涉及一种轴转动角度的检测方法。

在本实施方式中，首先对第一电容值和第二电容值的比值进行检测；其中，所述第一电容值为第一电极板和第二电极板之间的电容值，所述第二电容值为所述第一电极板和第三电极板之间的电容值；所述第一电极板位于第一平面，所述第二电极板和所述第三电极板位于与所述第一平面平行的第二平面；电介质位于与所述第一平面平行的第三平面，且所述第三平面位于所述第一平面和所述第二平面之间；所述第二电极板为第一扇环，所述第三电极板为第二扇环，所述第一扇环和所述第二扇环等大且中心相同；所述电介质的旋转轴为垂直于所述第三平面且过所述第二扇环的中心的直线；所述电介质在所述第二电极板上的投影为第三扇环，所述电介质在所述第三电极板上的投影为第四扇环，所述第三扇环和所述第四扇环的中心均与所述第二扇环的中心相同，且所述第三扇环和所述第四扇环的内径和外径分别相等；进而根据检测到的所述第一电容值和所述第二电容值的比值，与上一次检测到的所述第一电容值和所述第二电容值的比值的变化确定所述电介质的轴转动角度。

下面对本实施例中的轴转动角度的检测方法的实现细节进行具体的说明，以下内容仅为方便理解本方案的实现细节，并非实施本方案的必须。具体流程如图4所示，可包括如下步骤：

步骤401，对第一电容值和第二电容值的比值进行检测；其中，第一电容值为第一电极板和第二电极板之间的电容值，第二电容值为第一电极板和第三电极板之间的电容值；第一电极板位于第一平面，第二电极板和第三电极板位于与第一平面平行的第二平面；电介质位于与第一平面平行的第三平面，且第三平面位于第一平面和第二平面之间；第二电极板为第一扇环，第三电极板为第二扇环，第一扇环和第二扇环等大且中心相同；电介质的旋转轴为垂直于第三平面且过第二扇环的中心的直线；电介质在第二电极板上的投影为第三扇环，电介质在第三电极板上的投影为第四扇环，第三扇环和第四扇环的中心均与第二扇环的中心相同，且第三扇环和第四扇环的内径和外径分别相等。

可以理解地，本步骤涉及的第一电极板、第二电极板、第三电极板以及电介质等部分所涉及的相关技术细节在前述实施方式中均已进行了详细介绍，为减少重复，在本实施方式中不再赘述。

步骤402，根据检测到的第一电容值和第二电容值的比值，与上一次检测到的第一电容值和第二电容值的比值的变化确定电介质的轴转动角度。

具体地说，由于第二电极板和第三电极板位于同一平面，因而第一电容值所对应的板间距离d₁（第一电极板和第二电极板之间的距离）与第二电容值所对应的板间距离d₂（第一电极板和第三电极板之间的距离）相等，且两电容值对应的电介质为同一电介质（即第一电容值和第二电容值所对应的介电常数ε相等），因而第一电容值与第二电容值的比值c₁/c₂=(εS₁/4πkd₁)/(εS₂/4πkd₂)=S₁/S₂。电介质在第二电极板和第三电极板上的投影即为第一电容值和第二电容值所对应的正对面积。又由于电介质在第二电极板和第三电极板上的投影为内径和外径分别相等的扇环，因而第一电容值和第二电容值所对应的正对面积比S₁/S₂=[0.5θ₁(R²-r²)]/[0.5θ₂(R²-r²)]=θ₁/θ₂。第一电容值和第二电容值的比值等于电介质在第二和第三电极板上投影的中心角之比。也就是说，检测第一电容值和第二电容值的比值就是检测电介质的投影的中心角的比值。而电介质在两电极板上投影的中心角的比值能够反映当前电介质的位置，因此，在本步骤中能够通过检测电容值之比的变化来实现检测轴转动角度。

通过检测电容值之比的变化来实现检测轴转动角度可以包括多种实现方式，在一个例子中，所述根据检测到的所述第一电容值和所述第二电容值的比值，与上一次检测到的所述第一电容值和所述第二电容值的比值的变化确定所述电介质的轴转动角度，可以包括：根据预先存储的比值和转动角度的对应关系，获取所述检测得到的比值所对应的第一转动角度以及所述上一次检测得到的比值所对应的第二转动角度；根据所述第一转动角度和所述第二转动角度的差值，获取所述电介质的轴转动角度。

在本例中，比值和转动角度的对应关系被预先存储。具体可以存储在电容检测芯片的闪存等存储模块中。例如在如图3所示的轴转动角度检测装置中，比值为1时转动角度为0度，比值为3时转动角度为30度。上述对应关系可以以表格等形式被预先存储。在本例中，能够根据检测到的比值，基于预先存储的对应关系，直接获取比值所对应的转动角度。进而根据获取到的两个转动角度的差值，直接得到电介质的轴转动角度。能够便捷快速地实现轴转动角度的检测。

在一个电介质为中心位于旋转轴上的扇环的例子中，所述根据检测到的所述第一电容值和所述第二电容值的比值，与上一次检测到的所述第一电容值和所述第二电容值的比值的变化确定所述电介质的轴转动角度，包括：基于所述电介质的中心角、所述第二电极板的中心角和所述第三电极板的中心角，计算所述检测得到的比值所对应的第一转动角度以及所述上一次检测得到的比值所对应的第二转动角度；根据所述第一转动角度和所述第二转动角度的差值，获取所述电介质的轴转动角度。

在一个更为具体的例子中，若电介质的中心角为180度、第二电极板和第三电极板的中心角为120度。在检测到的电容值的比值为1时，可以计算得到第一转动角度为0。根据上依稀检测到的电容值的比值3，可以计算得到第二转动角度为30度。因此可知，电介质的轴转动角度为30度。

可以理解地，还可以对电介质的转动方向进行检测以满足实际应用中的转动方向检测需求。在一个例子中，在所述根据检测到的所述第一电容值和所述第二电容值的比值，与上一次检测到的所述第一电容值和所述第二电容值的比值的变化确定所述电介质的轴转动角度之后，还可以包括：在所述检测到的所述第一电容值和所述第二电容值的比值大于所述上一次检测到的所述第一电容值和所述第二电容值的比值时，确定所述电介质的轴转动方向为第一预设方向；在所述检测到的所述第一电容值和所述第二电容值的比值小于所述上一次检测到的所述第一电容值和所述第二电容值的比值时，确定所述电介质的轴转动方向为第二预设方向。

在本例中可以设置第一预设方向为逆时针方向，相应地，第二预设方向即为顺时针方向。在一个电介质的中心角为180度的例子中，若上一次检测得到的比值为1，此次检测得到的比值为3。此次检测得到的比值大于上一次检测得到的比值，可知电介质的转动方向为第一预设方向，即逆时针方向。

可以理解地，实际实施时也可以设置第一预设方向为顺时针方向，第二预设方向为逆时针方向。

可以理解地，在所述确定所述电介质的轴转动角度之后，还可以包括：将所述上一次检测到的所述第一电容值和所述第二电容值的比值存储为所述上一次检测到的所述第一电容值和所述第二电容值的比值。将本次检测得到的电容值的比值进行存储并作为上一次检测得到的比值，便于以此次检测得到的比值为基准，进行下一次轴转动角度的检测。

值得说明的是，前述实施方式中涉及的技术细节以及技术效果在本实施方式中依然适用，为减少重复，在本实施方式中不再赘述。

在本实施方式中，由于第二电极板和第三电极板位于同一平面，因而第一电容值所对应的板间距离d₁（第一电极板和第二电极板之间的距离）与第二电容值所对应的板间距离d₂（第一电极板和第三电极板之间的距离）相等，且两电容值对应的电介质为同一电介质（即第一电容值和第二电容值所对应的介电常数ε相等），因而第一电容值与第二电容值的比值c₁/c₂=(εS₁/4πkd₁)/(εS₂/4πkd₂)=S₁/S₂。电介质在第二电极板和第三电极板上的投影即为第一电容值和第二电容值所对应的正对面积。又由于电介质在第二电极板和第三电极板上的投影为内径和外径分别相等的扇环，因而第一电容值和第二电容值所对应的正对面积比S₁/S₂=[0.5θ₁(R²-r²)]/[0.5θ₂(R²-r²)]=θ₁/θ₂。也就是说，第一电容值和第二电容值的比值等于第三扇环和第四扇环的中心角之比。因而，第一电容值和第二电容值的比值能够反映电介质的投影区域的中心角，即反映电介质当前的位置。从而在本发明中，电容检测芯片能够通过电容值的比值的变化情况来确定电介质的位置变化，即确定电介质的轴转动角度。

此外，由于c₁/c₂=θ₁/θ₂，可知第一电容值和第二电容值的比值与电极板之间的距离等因素均无关。因而，在第一平面和第二平面的距离由于设备零部件的热胀冷缩或结构老化而发生变化时，第一电容和第二电容的比值并不会变。因此，通过第一电容值和第二电容值的比值来确定轴转动角度，能够避免温度变化以及硬件结构变化等因素的影响，保证轴转动角度检测的精确度，轴转动角度检测装置的可靠性实现了提高。

再者，进行电容检测产生的功耗很低，因而本发明提供的通过检测电容比值来确定轴转动角度的技术手段相比相关技术，尤其是利用磁石和霍尔芯片实现轴转动角度检测的技术，能够实现功耗的大大降低。

本发明的一实施方式涉及一种电子设备，包括：如前述实施方式所述的轴转动角度检测装置。可以理解地，本实施方式所公开的电子设备实际上可以是可折叠手机、可折叠平板电脑等可折叠智能设备，也可以是伺服马达等需要检测轴转动角度的电子设备。

本实施方式所涉及的电子设备具备前述轴转动角度检测装置所包括的功能模块以及前述的有益效果，为减少重复在本实施方式中不再赘述。未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本申请实施例所提供的轴转动角度检测装置。

上述实施例是提供给本领域普通技术人员来实现和使用本发明的，本领域普通技术人员可以在不脱离本申请的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该符合权利要求书所提到的创新性特征的最大范围。

Claims (10)

1.一种轴转动角度检测装置，其特征在于，包括：电容检测芯片、第一电极板、第二电极板、第三电极板和电介质；

所述第一电极板位于第一平面，所述第二电极板和所述第三电极板位于与所述第一平面平行的第二平面，所述电介质位于与所述第一平面平行的第三平面，且所述第三平面位于所述第一平面和所述第二平面之间；

所述第二电极板为第一扇环，所述第三电极板为第二扇环，所述第一扇环和所述第二扇环等大且中心相同；所述电介质的旋转轴为垂直于所述第三平面且过所述第二扇环的中心的直线；所述电介质在所述第二电极板上的投影为第三扇环，所述电介质在所述第三电极板上的投影为第四扇环，所述第三扇环和所述第四扇环的中心均与所述第二扇环的中心相同，且所述第三扇环和所述第四扇环的内径和外径分别相等；

所述第一电极板的引脚、所述第二电极板的引脚和所述第三电极板的引脚分别连接所述电容检测芯片的输入端；

所述电容检测芯片用于对第一电容值和第二电容值的比值进行检测，所述第一电容值为所述第一电极板和所述第二电极板之间的电容值，所述第二电容值为所述第一电极板和所述第三电极板之间的电容值，并根据检测到的所述第一电容值和所述第二电容值的比值，与上一次检测到的所述第一电容值和所述第二电容值的比值的变化确定所述电介质的轴转动角度。

2.根据权利要求1所述的轴转动角度检测装置，其特征在于，所述第一电极板为第五扇环，所述第五扇环的中心位于所述电介质的旋转轴上，且所述第五扇环的内径与所述第一扇环的内径相同，所述第五扇环的外径与所述第一扇环的外径相同。

3.根据权利要求1或2所述的轴转动角度检测装置，其特征在于，所述电介质为第六扇环，所述第六扇环的中心位于所述电介质的旋转轴上，且所述第六扇环的内径与所述第一扇环的内径相同，所述第六扇环的外径与所述第一扇环的外径相同。

4.根据权利要求3所述的轴转动角度检测装置，其特征在于，所述电容检测芯片还用于根据检测到的所述第一电容值和所述第二电容值的比值，与上一次检测到的所述第一电容值和所述第二电容值的比值的变化确定所述电介质的轴转动方向。

5.一种轴转动角度的检测方法，其特征在于，包括：

对第一电容值和第二电容值的比值进行检测；其中，所述第一电容值为第一电极板和第二电极板之间的电容值，所述第二电容值为所述第一电极板和第三电极板之间的电容值；所述第一电极板位于第一平面，所述第二电极板和所述第三电极板位于与所述第一平面平行的第二平面；电介质位于与所述第一平面平行的第三平面，且所述第三平面位于所述第一平面和所述第二平面之间；所述第二电极板为第一扇环，所述第三电极板为第二扇环，所述第一扇环和所述第二扇环等大且中心相同；所述电介质的旋转轴为垂直于所述第三平面且过所述第二扇环的中心的直线；所述电介质在所述第二电极板上的投影为第三扇环，所述电介质在所述第三电极板上的投影为第四扇环，所述第三扇环和所述第四扇环的中心均与所述第二扇环的中心相同，且所述第三扇环和所述第四扇环的内径和外径分别相等；

根据检测到的所述第一电容值和所述第二电容值的比值，与上一次检测到的所述第一电容值和所述第二电容值的比值的变化确定所述电介质的轴转动角度。

6.根据权利要求5所述的轴转动角度的检测方法，其特征在于，所述根据检测到的所述第一电容值和所述第二电容值的比值，与上一次检测到的所述第一电容值和所述第二电容值的比值的变化确定所述电介质的轴转动角度，包括：

根据预先存储的比值和转动角度的对应关系，获取所述检测到的所述第一电容值和所述第二电容值的比值所对应的第一转动角度，并获取所述上一次检测到的所述第一电容值和所述第二电容值的比值所对应的第二转动角度；

根据所述第一转动角度和所述第二转动角度的差值，获取所述电介质的轴转动角度。

7.根据权利要求5所述的轴转动角度的检测方法，其特征在于，在所述电介质为第六扇环且所述第六扇环的中心位于所述电介质的旋转轴上时，所述根据检测到的所述第一电容值和所述第二电容值的比值，与上一次检测到的所述第一电容值和所述第二电容值的比值的变化确定所述电介质的轴转动角度，包括：

基于所述第六扇环的中心角、所述第二电极板的中心角和所述第三电极板的中心角，计算所述检测到的所述第一电容值和所述第二电容值的比值所对应的第一转动角度，并计算所述上一次检测到的所述第一电容值和所述第二电容值的比值所对应的第二转动角度；

根据所述第一转动角度和所述第二转动角度的差值，获取所述电介质的轴转动角度。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的轴转动角度的检测方法，其特征在于，在所述根据检测到的所述第一电容值和所述第二电容值的比值，与上一次检测到的所述第一电容值和所述第二电容值的比值的变化确定所述电介质的轴转动角度之后，还包括：

在所述检测到的所述第一电容值和所述第二电容值的比值大于所述上一次检测到的所述第一电容值和所述第二电容值的比值时，确定所述电介质的轴转动方向为第一预设方向；

在所述检测到的所述第一电容值和所述第二电容值的比值小于所述上一次检测到的所述第一电容值和所述第二电容值的比值时，确定所述电介质的轴转动方向为第二预设方向。

9.根据权利要求5至7中任一项所述的轴转动角度的检测方法，其特征在于，在所述确定所述电介质的轴转动角度之后，还包括：将所述上一次检测到的所述第一电容值和所述第二电容值的比值存储为所述上一次检测到的所述第一电容值和所述第二电容值的比值。

10.一种电子设备，其特征在于，包括：如权利要求1至4中任一项所述的轴转动角度检测装置。

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