第04章电容式传感器ppt课件.ppt

《第04章电容式传感器ppt课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、学习要求1.掌握电容式传感器工作原理2.掌握电容式传感器的分类、及它们各自的特点3.了解电容式传感器的测量电路1第四章电容式传感器指纹识别传感器指纹识别传感器图为IBMThinkpadT42/T43的指纹识别传感器2电容式指纹识别传感器指纹识别目前最常用的是电容式传感器，也被称为第二代指纹识别系统。下图为指纹经过处理后的成像图：3电容式指纹识别传感器4电容式指纹识别传感器指纹识别所需电容传感器包含一个大约有数万个金属导体的阵列，其外面是一层绝缘的表面5电容式指纹识别传感器当用户的手指放在上面时，金属导体阵

2、列/绝缘物/皮肤就构成了相应的小电容器阵列。它们的电容值随着脊（近的）和沟（远的）与金属导体之间的距离不同而变化。6电容式指纹识别传感器它的优点：体积小成本低成像精度高耗电量很小，因此非常适合在消费类电子产品中使用。74.1电容传感器原理电容式传感器是将被测量（如尺寸、压力等）的变化转换成电容变化量的一种传感器。实际上,它本身（或和被测物）就是一个可变电容器84.1电容传感器原理平行板电容器的电容为：(4-1)上式中，哪几个参量是变量？可以做成哪几种类型的电容传感器？94.2电容传感器分类根据其改变参数不

3、同，可将电容式传感器分为下三种：改变极板间距离(δ)的极距型传感器改变极板遮盖面积（A）的面积型传感器改变电介质介电常数（ε0）的介质型传感器104.2电容传感器分类电容式传感器极距型面积型介质型电容传感器分类结构图如下11分类示意图c)介质变化型b)面积变化型:角位移型,平面线位移型,柱面线位移型.a)极距变化型;+++++++++4.2.1极距式电容传感器极距式电容传感器当传感器的εr和A为常数,初始极距为δ0时,由式(4-1)可知其初始电容量C0为(4-2)+++13为真空介电常数为相对介电常数4.

4、2.1极距式电容传感器若电容器极板间距离由初始值δ0缩小Δδ,电容量增大ΔC,则有144.2.1极距式电容传感器由前式可知,传感器的输出特性C=f(δ)不是线性关系,而是双曲线关系此时C1与Δδ近似呈线性关系,所以变极距型电容式传感器只有在Δδ/δ0很小时,才有近似的线性输出15时，展开为级数形式因，忽略高次项上式表明，在条件下，电容的变化与极板间距变化量近似是线性关系。①欲提高灵敏度，应减小间隙δ，但受电容器击穿电压的限制.为此,极板间可采用高介电常数的材料（云母、塑料膜等）作介质；②非线性随相对位移的

5、增加而增加，为保证一定的线性度，应限制动极板的相对位移量。③为改善非线性，可以采用差动式。·δδC1C2动极板上移Δδ，则C1增大，C2减小，初始电容用C0来表示，则：差动电容器输出：忽略高次项：灵敏度提高一倍，非线性误差减小。4.2.1极距式电容传感器加入云母片时电容C变为:式中:εg—云母的相对介电常数,εg=7ε0—空气的介电常数,ε0=8.85x10exp(-12) F/m—空气隙厚度—云母片的厚度194.2.1极距式电容传感器云母片的相对介电常数是空气的7倍,其击穿电压不小于1000kV/m

6、m,而空气的仅为3kV/mm。因此有了云母片,极板间起始距离可大大减小。同时,式中的(/ε0εg)项是恒定值,它能使传感器的输出特性的线性度得到改善。一般变极板间距离电容式传感器起始电容在20～100pF之间,极板间距离在25～200μm的范围内,最大位移应小于间距的1/10,故在微位移测量中应用最广204.2.2变面积型电容式传感器改变极板间覆盖面积的电容式传感器，常用的有角位移型和线位移型两种。图为典型的角位移型电容式传感器当动板有一转角时，与定板之间相互覆盖的面积就发生变化，因而导致电容量变化。++

7、+214.2.2变面积型电容式传感器当覆盖面积对应的中心角为a、极板半径为r时，覆盖面积为s=ar2/2，电容量为：其灵敏度为：224.2.2变面积型电容式传感器线位移型电容式传感器平面线位移型和圆柱线位移型两种。234.2.2变面积型电容式传感器对于平面线位移型电容式传感器，当宽度为b的动板沿箭头x方向移动时，覆盖面积变化，电容量也随之变化电容量为：24baδΔx其灵敏度为：4.2.2变面积型电容式传感器对于圆柱线位移型电容式传感器，当覆盖长度x变化时，电容量也随之变化其电容为：（4-8）式中x——外圆

8、筒与内圆筒覆盖部分长度；r1、r2——外圆筒内半径与内圆筒（或内圆柱）外半径，即它们的工作半径其灵敏度为：25线位移角位移单组式差动式平板结构对极距变化特别敏感，测量精度受到影响。而圆柱形结构受极板径向变化的影响很小，成为实际中最常用的结构。可见变面积式电容传感器输出是线性的，灵敏度为一常数。①增大初始电容C0可以提高传感器的灵敏度；②极板宽度a的大小不影响灵敏度，但不能太小，否则边缘电场影响增大，非线性将增大；③△X变化不能