基于CAV444的电容式液位传感器设计与优化

文中介绍了电容式液位传感器的测量原理,提出了一种基于CAV444线性电容-电压转换芯片的电容式液位传感器设计与优化方案。该方案根据所测液位范围对应的电容值变化范围对调理电路的输出电压进行了变换,以提高传感器的灵敏度,并根据被测信号的带宽设计了低通数字滤波器,提高了传感器的抗干扰能力。测试结果表明,该传感器性能稳定,最大非线性误差为0.75%,测量结果线性度好;引用误差为1.13%,测量准确度高,能够满足大多数工业现场实际的液位测量需求。     

电容式信号线性转换电压输出的应用电路CAV444

文中介绍一个电容式信号测量并输出线性的电压信号的应用电路CAV444.在19～2 200pF的很大的电容变化范围内,输出线性的差分电压信号,工作电压5 V,非常适合后级的信号再处理电路比如AD转换或单片机采集或者直接变送4～20 mA输出.应用于电容式液位物位的测量、湿度传感器、物质的含水量等.     

基于电容栅编码传感器的液位测量系统

针对同心圆柱电容式液位传感器的不足之处,设计了一种新型的测量液位的电容栅编码传感器,介绍了该传感器的基本原理。并在此基础上设计了一套液位测量系统,详细介绍了电容检测以及编码电容栅分组原理。该液位测量系统能满足一定条件下液位的测量需求。     

基于CAV424的电容式液位检测系统

介绍一种基于CAV424的电容式液位检测系统。根据电容式液位传感器的工作原理,传感器两个极板间的电容值会随液位的改变而改变,系统利用电容/电压转换芯片CAV424将电容值转化为电压值输出,然后使用16位高精度∑-△模数转换器AD7705再将电压值转换为数字信号,交由单片机对数据做进一步的处理,如数码管显示及电流输出。电流输出部分由12位串行数模转换器AD7943和4~20mA的电压/电流转换器组成。系统具有RS-485远传接口。     

电容式触觉传感器微电容检测电路设计

电容式触觉传感器在进行触觉压力检测时,传感器的电容变化值为pF和fF数量级,变化较快,难以准确检测。为了实现对电容式触觉传感器微弱电容的准确测量,分别采用电容数字转换芯片AD7746和运算放大电路设计了2种电容式触觉传感器微电容检测电路,然后分别对它们的性能指标进行实验对比测试。实验结果表明:选用AD7746芯片设计的微电容检测电路的性能指标优于运算放大器设计的微电容检测电路的性能指标,且电路简单、体积小、便于集成化,为电容式触觉传感器信号的读取提供参考。     

高精度微弱电容检测系统的设计与实现

针对微弱电容信号的测量问题,提出了一种基于AD7746芯片的高精度微弱电容检测系统。AD7746芯片是ADI公司推出的24位高精度电容数字转换器,测量可变电容范围为±4 pF,可通过在片可编程补偿设置0～17 pF的共模电容偏置,具有两组电容输入通道。系统采用屏蔽电缆、电容器两层屏蔽等措施,减小寄生电容,抑制电磁干扰,实现宽范围高精度测量。经过多次试验表明,该检测系统具有很好的测量精度和重复性,最差电容测量(采用自制电容传感器的情况下)输出误差≤±1 fF。     

一种电容阵列式液位传感器的设计与实现

通过对电容式液位传感器的分析与研究,设计了一种新的电容阵列液位传感器。该传感器将电容一极板设计成阵列式结构,另一极板共用,采用基于充放电原理的微小电容检测电路,应用单片机XC886控制小电容器的选通、数据的采集和处理,计算出液位值,并通过CAN总线传送给上位机,实现实时监测。实测结果表明:该传感器受温度影响小、精度高、输出稳定,精度优于1%FS,零点漂移小于2×10-5FS/℃.     

用于火炮膛内压力测试的电容式传感器的设计

通过研究目前火炮膛压测试中所存在的问题--传感器安装结构与测压器小体积之间的矛盾,设计了一种新的用于火炮膛压测试的电容式压力传感器,由电路筒作为固定电极,测压器壳体作为可动电极形成极间距离为0.5 mm的同轴圆筒电容变换器,它的固有频率达到52.665 kHz,灵敏度为0.009 9 pF/MPa,压力测量范围是0-600 MPa,论文详细阐述了电容式压力传感器的工作原理,结构设计,利用有限元软件ANASYS对其力学特性及热学特性进行了仿真模拟,并做了性能测试.试验结果表明:电容值和所受压力近似成线性关系,且具有良好的稳定性.     

电容式传感器在液位测量中的应用研究

在传统电容传感器液位测量的基础上,该文采用了一种改进型电容液位测量的方式。综述了改进电容传感器的工作原理,解决可传统电容测量与被测介质有关的技术难题,结合单片机技术,设计了电容传感器的液位测量电路,通过转换电路把电容变换转换电压输出,通过软件计算液位高度,减小了电容与电压转换的非线性误差。实验测试证明,该测量系统性能可靠稳定。     

基于MS3110的微电容读出电路设计

电容式MEMS加速度计是MEMS加速度计的一种主要的形式。通过对MS3110的应用研究,了解其使用性能和参数设置方法,在此基础上将该芯片用作电容式MEMS加速度计的电容输出接口,实现对该类传感器的高分辨率微电容检测。实验结果表明,设计的基于MS3110的微电容读出电路有良好的稳定性和线性度。     

大口径自适应镜面微位移测量系统设计

针对大口径自适应副镜镜面变形量小、变化频率高、微变形难以精确测量的难题,设计一种基于电容检测芯片Pcap01-AD和STM32F103的镜面变形检测系统。首先,根据音圈电机驱动的变形镜的特点提出基于电容位移传感的变形镜微变形测量方案。然后,进行该测量系统的硬件和软件设计,其中硬件部分由电容检测芯片Pcap01接口电路、单片机STM31F103最小系统和供电部分构成,软件部分包括实现电容数字信号采集的C程序设计、Pcap01-AD与单片机的通讯程序和数据处理程序。最后,设计实验平台进行多次试验。试验测试结果表明,在变形镜±50μm的位移区间内,测量灵敏度为200pF/3μm,10nm的位移量对应的电容变化为0.067pF。该系统测量精度高、误差小、检测效率高,能够用于自适应镜面的变形检测,同时也适用于其他微小位移的检测。     

电容式加速度计读出电路芯片设计

针对实验室的差分电容变化量为fF量级、频带宽度为0~20kHz的电容式加速度计,设计了一种可以有效减少噪声、失调电压和寄生电容影响的读出电路。该电路由开关电容积分电路、低噪声运放和单位增益采样保持电路组成。在0.5μm 2P3MCMOS工艺下完成该电路设计,通过仿真结果表明,该电路的输出电压与差分电容变化量成很好的线性关系,可以检测差分电容变化量达到fF量级。     

高通量微型多参数油液污染物检测传感器

为了缩短检测液压油污染物的相对时间、提升对固体污染物的检测精度。设计了一种内置玻璃管的高通量环形流道检测传感器,玻璃管内置一对硅钢片,聚合检测区磁场用以提升检测精度。流道穿过双层平面线圈内孔,通过改变平面线圈电路的连接方式,传感器可以切换两种不同的工作模式:电感检测和电容检测。电感检测可以区分铁磁性和非铁磁性固体颗粒,电容检测可以区分水滴和气泡。分别对电感检测和电容检测进行理论分析和实验验证,并且对有无硅钢片的电感检测进行仿真和实验对比。实验结果表明,环形流道设计缩短了检测时间,硅钢片的聚磁场效果可以提升对固体污染物的检测精度,铁磁性(铁颗粒)检测下限40μm,非铁磁性(铜颗粒)检测下限130μm,电容检测时,检测到200μm水滴和270μm气泡。该研究为实验液压油污染物快速区分检测提出了一种新方法。     

一种厚膜电容式压力敏感芯片

厚膜电容式压力敏感芯片具有工作温度范围宽、耐腐蚀、抗过载能力强、蠕变和迟滞小等优点.该芯片是由2块能牢固键合成一体的上下基板组成,基板材料为96% Al_2O_3陶瓷.下基板既为弹性体,又为电容器的可动电极; 上基板为电容器的固定电极并可承载运放、信号调节电路.文中研制的压力敏感芯片量程为0～100 kPa,电容值为30 pF,非线性为1.5%,工作温度为-40～125 ℃,零点温漂小于200 ppm/℃.     

时分复用数字闭环电容式微加速度计接口电路

为实现电容式微加速度计的数字输出闭环,设计了一种数字输出闭环ASIC(Application Specific Integrated Circuit)接口电路,以降低电路输出噪声并提高测量量程。对已有的电容式微加速度计ASIC电路进行了改进,分时段在中间极板上加载差分电容读出信号和由脉宽调变(PWM)波控制的反馈信号,然后由控制器实现闭环,利用Sigma Delta调制器实现模数转换。通过分析差分电容读出电路和Sigma Delta调制器的原理和特性,建立了该数字输出闭环电容式微加速度计的模型,进行了系统的设计与仿真。实验结果表明,该数字输出闭环电容式微加速度计的噪声水平为9.6μg/√Hz,量程为±3g。这些结果验证了时分复用方案的可行性和本文所提出模型的正确性。     

高性能MEMS电容压力传感器的设计及其热分析

为了进一步提高接触式电容压力传感器的性能,设计了一种高性能双凹槽结构的接触式电容压力传感器,并对该传感器在高温环境中的总体性能进行了分析。推导了热传导和热弹性理论,并对影响传感器热分析的各个因素与温度的依赖关系进行了描述;在整个分析过程中,使用ANSYS软件并结合有限元方法对全尺寸传感器的热效应进行模拟。结果表明,在接触工作状态双凹槽接触式电容压力传感器的温度对输入(压力)-输出(电容)特性的影响是线性的,且线性范围内初始压力随温度的升高而降低;当温度载荷为550 K时,双凹槽结构的灵敏度为1.21×10-6pF/Pa,比传统单凹槽的0.8×10-6pF/Pa高出50%,表明该压力传感器有着非常优异的高温特性。     

基于海绵介质层的电容式三维力触觉传感器

为了提高电容式触觉传感器在较大量程范围内的灵敏度,应用PDMS(聚二甲基硅氧烷)海绵微结构作为介质层,设计了电容式三维力触觉传感器。利用有限元软件对海绵介质层和普通薄膜介质层进行性能对比,同等压力作用下,海绵微结构触觉传感器拥有更高的灵敏度。对传感器单元进行有限元分析,得到传感器在三维力作用下的形变情况和电容变化趋势。制备了传感器单元,并进行三维力加载实验,采集和分析实验数据,计算出了传感器的灵敏度。样机实测结果表明,该传感器可以实现在0~10 N法向力和0~4 N切向力较大的量程范围内的检测,且法向和切向的平均灵敏度都较高,分别可以达到0.065 pF/N、0.071 pF/N和0.076 pF/N。     

应用于早期火灾探测的CO传感器

为了实现对火灾的早期探测,设计了一种高精度、高灵敏度CO传感器。该传感器以激射波长的为2.33μm的连续型分布反馈激光器为光源。采用波长调制光谱(WMS)技术与一次谐波量化的二次谐波检测方法相结合的研究手段,对典型环境压力下复杂、重叠的光谱吸收特征进行分离,从而实现了良好的选择性和较高的灵敏度。基于Allan Werle方差的系统长期稳定性评估分析表明,系统的检测限(LoD)为1.18μL/L;当积分时间达到205s时,系统能够实现0.08μL/L的测量精度。最后,纸、棉花以及松木等容易产生阴燃的可燃物燃烧实验表明,所研制的传感器具有良好的早期火灾探测能力。     

Mass detection using capacitive resonant silicon resonator employing LC resonant circuit technique

Capacitive resonant mass sensing using a single-crystalline silicon resonator with an electrical LC oscillator was demonstrated in ambient atmosphere. Using capacitive detection method, the detectable minimum mass of 1 x 10(-14) g was obtained in the self-oscillation of cantilever with a thickness of 250 nm. The noise amplitude of the sensor output corresponds to a vibration amplitude of 0.05 nm(Hz)(0.5) in the frequency domain compared with the actuation signal, which is equivalent to the detectable minimum capacitance variation of 2.4 x 10(-21) F. Using the capacitive detection method, mass/stress induced resonance frequency shift due to the adsorption of ethanol and moist vapor in a pure N(2) gas as a carrier is successfully demonstrated. These results show the high potential of capacitive silicon resonator for high mass/stress-sensitive sensor.     

基于AM402的电流量输出电容式角度传感器

设计了一种新型的电容式角度传感器，并利用电容式信号转换集成电路CAV424和电压一电流转换接口电路AM402，将电容传感器信号转化为4-20mA标准的工业电流输出。该系统能够有效地降低干扰和测量误差，在0-90°的范围内实现对角度的精确测量，得到线性度良好的直流电流量输出。