随着全球工业领域的不断扩展,传统制造工业向自动化和智能化的发展的趋势逐步上升,作为全闭环控制系统中位置反馈核心元件的位移传感器,对整个控制系统的工作性能起决定性作用。电磁感应式角位移传感器经过多年发展,因其具有稳定性高、可靠性好、对工作环境要求低等优势广泛应用于工业及军工领域。传统的电磁感应式角位移传感器,如旋转变压器、感应同步器因体积和重量等因素,未能满足工业自动化领域的发展需求,尤其是机器人行业的发展需求。因此,诸多新型的盘式角位移传感器迅速发展,如Zettlex IncOder编码器、Netzer旋转编码器、盈动高科旋转编码器等。其中,Zettlex IncOder编码器为电磁感应式传感器,相比于盘式结构的感应同步器,具有较高的集成度,所以在对传感器的体积、重量等比较敏感的场合得到了广泛应用。鉴于传统电磁感应式角位移传感器的不足和新型角位移传感器的发展需求,本文结合当今较为成熟的PCB(Printed Circuit Board)技术,开展了一种基于PCB工艺的小型化电磁感应式角位移传感器研究,本文的主要研究内容和成果如下:(1)根据主流传感器的测量原理及研究现状,结合电磁学理论研究了时变磁场产生原理以及平面磁场的约束方法,为小型化电磁感应式角位移传感器的研究奠定了基础。(2)开展了小型化电磁感应式角位移传感器的理论模型研究。根据感应线圈中磁通量的变化与被测位移之间的关系,精确设计和布置平面激励线圈和感应线圈,使感应线圈的输出信号与被测位移之间达到期望的函数关系,从而为传感器的结构设计提供理论支撑。(3)开展了小型化电磁感应式角位移传感器的结构设计及仿真研究。设计了3种不同的角位移传感器结构,并分别进行了有限元分析,从仿真层面验证了传感器结构的可行性。(4)根据仿真结果,开展了样机的设计与制造工作。基于3种传感器结构的仿真结果与分析,样机最终的基本结构为:定子包含内、中、外3组环形线圈和内、外环2组正弦形线圈,转子包含内、外环铜箔阵列。为了实现绝对位移测量,内、外环双通道传感单元的周期数相差为1。样机的定子和转子采用了PCB工艺制造。(5)开展了传感器样机的实验研究工作。设计并搭建了一套兼容传感器直径为40mm~200mm的角位移实验平台,对样机进行了初步实验和改进实验。初步实验表明了传感器结构的可行性,但小型化设计后的传感器样机采用基于鉴相原理的信号处理电路时,输出信号比较弱,无法进行测量。因此,传感器样机又采用了基于鉴幅原理的电路进行信号处理,并通过提高激励频率和采用谐振电路增加了其输出信号强度;改进实验表明,直径为80mm、厚度为26mm(含壳体)的传感器样机的整周原始误差为-70"~+80",短周期内原始误差为-40"~+10"。