高精度角度传感器的设计+文献综述(4)
（12）电容式角度传感器
精度可达到5"，分辨力可到达0.1"。其优点有结构简单，重量轻，体积小，不受电磁场干扰，也不产生干扰磁场，能在高低温及强辐射等恶劣环境中工作，反力矩小，需用的电源功率小，灵敏度高，分辨力强。但也存在一些缺点，如本身电容量小，内阻抗高，分布参数影响较大，对外界干扰很敏感，需屏蔽，另外寄生电容的存在不仅降低了转换效率，还将引起测量误差。
（13）编码盘式角度传感器
测量范围为360°，精度可达到0.7"，分辨力可到达到 。因此其优点为分辨力高，精度高，且易数字化，可作为非接触式测量，寿命长，功耗小，可靠性高。但缺点在于电路较为复杂，且制作成本高。
（14）光栅式角度传感器
测量范围为360°，精度为±0.5"，最高可达到0.06"，分辨力为0.1"，最高可达到0.01"。其优点有精度高，易数字化，能动态测量，既可用于整圆测量，也可用于非整圆测量。但缺点是对环境要求较高。
（15）磁栅式角度传感器
测量范围为360°，精度为±0.5"～±5"。优点是结构简单，易数字化，录磁方便，成本低，但缺点是需磁屏蔽。
（16）感应同步器
测量范围为360°，精度为±0.5"～±1"，分辨力可达到0.1"。其优点是精度较高，易数字化，能动态测量，结构简单，对环境要求低。但缺点是电路太过复杂，成本高。
（17）陀螺式角度传感器
测量范围为±30°～70°，线性度为±2%，适宜的工作温度为-40℃～55℃。其特点是能测量动坐标转角，机械陀螺精度低，采用新型结构和原理（如激光）时精度高，结构复杂，工艺要求高。
（18）倾斜角式角度传感器
测量范围一般为±10°，最大可达到±90°，线性度为1%～3%，分辨力最高可达到 。这类传感器一般结构不复杂，精度较高，用途广，其形式有应变式、电位器式、电感式、液体摆式等；但每种形式均有其局限性。
（19）激光式角度传感器
测量范围为±45°，分辨力在直径为50cm时能达到0.1rad。这类传感器特点是精度高，因此常被作为计量基准；但设备复杂，制作成本高。
综上所述，综合考虑到工作环境、测量范围、精度要求以及制作成本等因素，本课题选择用电容式角度传感器。虽然在高精度角度测量领域，如今一般用的是高密度光栅和激光干涉测量等基于光学原理的测量方法，如激光自准仪。但这些高精度设备一般机构复杂且成本十分高昂，难以推广普及。其原因在于光栅密度、光学元件的不平行度和粗糙度等特性在现有的加工条件下难以提高。而电容式角度传感器结构简单，易于制作，价格低廉，且精度也能达到要求，因此选择用电容式角度传感器。
2.3 电容式传感器工作原理
电容式传感器的基本工作原理是基于物体间的电容量与其结构参数之间的关系。电容器的电容是构成电容器的两电极形状、大小、相互位置及电介质介电常数的函数。对于最简单的平板电容器，如图2-1所示，不考虑边缘电场影响时，其电容量为：
式中 ε——介质的介电常数
S——极板的面积
Δ——极板间的距离
因此，只要有任何物理量变化，不管是直接的还是间接的， 都能使电容器的任一参数产生相应改变，从而引起电容器变化，即可通过一定的测量线路将其转换为有用的信号输出， 据此判定物理量的变化，这就是电容式传感器的基本工作原理[9]。