电容传感器新型微弱电容测量电路.pdf

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1、·60·科技论坛电容传感器新型微弱电容测量电路刘晓飞关恩明（中国电子科技集团公司第49研究所，黑龙江哈尔滨150000）摘要：微弱电容测量电路是一种新型的电路，其是在电荷放大的基础上提出来的，在电容传感器中有着良好的应用，这种新型电路性能比较强，可以抵抗干扰，还可以降低电荷对测量分辨率的影响。这种新型电路不需要应用滤波器，而且采集信号的速度比较快，灵敏度与分辨率比较高，应用新型微弱电容测量电路，可以有效的提高电容传感器的效能。关键词：电容传感器；微弱；测量；电路1概述电容传感器在检测系统中应用比较多，其可以保证对

2、液位、位移以及加速度进行测量，电容传感器在检测的过程中，对精确性要求比较高，所以，相关设计人员一定要对其电路进行优化，新型微弱电容测量电路是一种新型的电路，其在电容传感器的应用中，有效提高了电容传感器的性能，这种电路的抗干扰能力比较强，可以适用复杂的环境，而且可以解决传统电力产生的电子开关电荷问题，图1基于电荷放大原理的电容检测电路而且应用这种电路，可以快速及时的收集数据、信号，其产生的噪音比较小，可以突破电容传感器发展的瓶颈。2新型微弱电容测量电路在电容传感器中的应用新型微弱电容测量电路是在电荷放大的基础上提出

3、的，其工作的原理如图1所示。从图1可以了解到新型电路的工作原理，Cx表示被测电容，其左边接入的是激励电极，右边接入的是检测电极。被测电容下的两个电容属于杂散电容，分别用Cas与Cbs表示，二者都是等效电容，左侧电容Cas是由激励源实现驱动的，其不会影响被测电容的电流大小；右侧电容Cbs也不会对被测电容产生影响，其多处于虚地的状态，而且左右两端不会产生电压差，在对被测电容进行测量时，这图2开关时序图图3不同时刻的波形图两种等效电容不会对测量产生任何影响。通过分析可以看出，该电测量由激励引起的输出的变化。开关S2断开

4、,开关S1关闭施加路对杂散电容不够敏感，而且对杂散电容有着较强的抗干扰能力。直流电压激励Vin，右侧极板感应出电荷与S3的电荷注入效应引入新型电容测量电路有着较高的分辨率，传统电容传感器会受到的电荷叠加，导致U1的输出上升，在t4时刻输出稳定Vout2等于电子开关产生的电荷的影响，所以，信号会受到干扰，分辨率会大大V3，S4断开使采样保持器进入保持模式，则Vout2可表示为：降低。采用微弱电容测量电路，可以消除电子开关电荷的影响，电容传感器在测量时，产生的误差也会减小。电子开关关闭后，电容的大小会受到影响，这可能

5、是由沟道电荷引起的，也可能是电荷释放引得到仪表放大器的输出为：起的。新型微弱电容测量电路对开关控制时序进行调整，这有效的解决了电子开关电荷问题，开关控制信号时序图见图2。在对开关控制时序进行调整后，有效解决了电子开关电荷注入由已知得可见输出电压与未知电容成线性关系。根据第一步和的效应，通过改变开关的顺序，电荷流向被改变了，电荷从不同节点第二步情况计算得出，电荷注入效应不会对输出产生影响。该式没流出后，对电路的影响比较小，不会导致电荷超标问题，而且对电容有考虑运放U1的输出失调电压和输入失调电流的影响，是由于同传感

6、器的测量结果影响也比较小。采用电路开关时序调整的方式，一运放的参数基本稳定，其对Vout1、Vout2的影响大体相同，差动可以有效优化电路的性能，可以降低电荷对测量结果的影响，有利式结构可以基本消除这部分影响。采保中的开关S4与S5在断开于提高电容传感器测量的准确性。时，它们的电荷注入效应会使Vout1、Vout2的波形产生瞬时微小失电容传感器是一种先进的测量设备，为了减少电子开关电荷注真，相对Vout1、Vout2它们的值较小可以忽略。入效应，需要合理控制开关的设计，要保证开关对电路输出不会产结束语生影响，还要

7、避免电荷过大造成的波形异常现象。开关开启的顺序本文对电容传感器新型微弱电容测量电路的特性进行了分析，不同，对电路产生的影响也不同，为了保证电子开关产生的电荷对这种新型的电路是在电荷放大的原理上提出的，具有良好的抗干扰电路不产生影响，必须在开关断开前完成数据采集工作，一定要做能力，其对杂散电容有着较强的抵抗性，对电子开关产生的电荷有好电路的优化工作，对开关时序进行合理的调整，还要消除电荷注着消除的效果，可以保证电容传感器的敏感性，还可以提高电容传入效应。不同时刻的波形图如图3所示。感器检测的准确性，通过实践发现，应

8、用新型微弱电容检测电路，电由此得到电路的工作原理如下：Vin为充放电的激励电压源，开路的检测能力会大大增强，电路的敏感性也会提高，分辨率会大大关S4和S5及运放U2和U3构成两个采样保持器(S／H)，U4为仪增强，这提高了电容传感器的应用范围，而且对电容传感器的优化表放大器，电容Cf和开关S3构成电荷放大器。测量开关S3的电荷指引了方向，采用新型电容传感器，可以及时的采集