应用于电容传感技术的新电路

推出一种微小电容测量新电路,它可应用于1pF以下的微小电容测量,以及与微小电容检测有关的计算机辅助断层摄影技术或其它电容传感技术中。     

双斜波法测量微小电容电路的研究与设计

微小电容的测量技术成为电容传感器技术被广泛应用的关键,针对目前小电容测量电路存在的问题,提出一种基于测量三角波斜度的小电容检测方法,采用PIC单片机为主的测量电路,电容检测分辨率可达0.005pF。此小电容测量系统具有高精度和稳定度、测量范围广、测量时间短的特点,适合于实时可视化测量。     

一种电容薄膜真空计检测电路的设计

针对电容薄膜真空计的电容检测精度要求高以及非线性的问题,文中设计了一种基于二极管桥的检测电路。该电路检测电容薄膜真空计的测量电容与参考电容的差值,能有效抑制共模噪声的干扰,并采用负反馈的方法对非线性进行补偿。仿真表明负反馈的方法能够有效降低真空计的非线性,在仿真数据上非线性度从7.27%降低到0.662%。实际测试结果表明该电路能准确地检测电容,电路灵敏度为1.85 V/pF,非线性度为0.4%,电路稳定性较好。     

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。     

非平行板电容传感器的微小电容检测电路设计

为了满足对室内浅层埋线探测的需求,利用电容传感器的边缘效应,设计了非平行板电容传感器的微小电容检测电路。使用multisim软件对交流电桥和差分运放电路进行仿真;实验验证电路功能,并采用MATLAB软件拟合实验数据。实验表明,在频率为10 kHz的正弦波作用下,该电路的电容检测灵敏度可达0.1 V/pF,满足浅层埋线探测系统的灵敏度要求。     

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。     

电容层析成象系统中微小电容测量法

电容层析成象技术（ＥＣＴ）是一种最早发展起来的过程成象技术。由于为重建图象所需测量的电容变化量相对于ＥＣＴ传感器的固有电容非常小,总的杂散电容值又远大于待测电容,因此ＥＣＴ对电容检测提出了极为严格地要求。本文介绍了ＥＣＴ系统中最常用的３种微小电容检测电路—充电／放电电路、带反馈补偿的交流测量电路以及自平衡电容测量电路,并指出了它们的优缺点。     

球型极板电容位移传感器的设计与研究

设计了一种球型极板结构型式的电容式位移传感器。球型极板结构探头既能从原理上消除边缘效应带来的影响,又有效解决了传统平行板电容传感器的对中问题。以AD7747为核心的电容检测电路,集成度高,稳定性好,能够有效实现电容测量的数字化。对所设计传感器进行静态标定实验,通过最小二乘法多项式拟合方法对电容值与位移间的非线性关系进行拟合处理。结果表明:有效直径为1.25 mm的球型极板电容位移传感器,在20 min、0.5~100μm测量范围内稳定性能够达到0.002 pF,最大重复性误差为0.219%,在10μm测量范围内,分辨力能够达到20 nm。     

用于冰层厚度测量的电容采集系统

由于空气、冰、水的电容特性各不相同,采用条形电容极板模型测量空气、冰、水的电容变化可以间接判断冰层厚度.针对特定电容模型产生的微小电容变化,设计了一种基于交流阻抗法的电容采集系统,能够测量1pF～1 000μF的微小电容变化,从而实现对冰层厚度的自动化测量.     

基于开关电容的电容传感器接口电路设计与测试

电容传感器已广泛应用于压力、压差、位移、加速度、振动等非电量的精密测量,参比电容传感器有望用于气固两相流测量等领域,而接口电路是电容传感器应用中的核心和关键技术。基于开关电容原理开发的电容传感器接口电路,从原理上消除了电路中寄生电容的影响和直流偏移,使得电容传感器的应用更加广泛。在活塞式压力校验台上,对开关电容接口电路进行了性能测试。结果表明,开关电容接口电路迟滞误差为0.84%,非线性误差为1.33%,重复性误差为1.20%,可应用于参比电容传感器测量系统。     

电容层析成像硬件系统

提出了一种基于电荷放大原理的应用于电容层析成像的电容测量电路,在一个测量周期中,该电路仅对被测电容进行一次充放电即可完成电容测量.设计了基于此电路的数据采集系统.实验表明,该系统具有采样速度高和线性度高的特点.对12电极系统的数据采集速度达到了600幅/秒,线性度达到0.9991.     

交流ECT测量系统在实际中的应用

基于交流充放电系的电容层析成像测量系统敏度高，可检测到0.01pF的电容值，误差仅为0．0002pF,测量范围宽0．01至2pF，与直流电容层析像系统相比稳定性好，采集速度快，可达150幅／s，实验测量结果与直流系统相比有明显改进。     

杂散电容对交流法微电容测量电路噪声特性影响的分析

对电容成像交流法微电容测量电路由杂散电容导致的测量噪声进行了研究.利用运算放大器的噪声模型,对运算放大器输入电压噪声、输人电流噪声以及周边电阻元件的热噪声通过杂散电容作用于交流法微电容测量电路输出的影响进行了理论分析,给出了测量电路输出中噪声峰峰值的理论计算公式并进行了实验验证.理论分析及实验结果表明:交流法微电容测量电路前级运算放大器输入电压噪声通过测量端与地之间的杂散电容形成的噪声是该微电容测量电路输出噪声的主要来源.最后给出了电容成像系统前级运算放大器选型的指导原则.     

高压法微小电容检测

微小电容测量电路广泛应用于各种工业过程中,尤其是在用于电容层析成像系统中.大多数的微小电容测量电路采用了基于交流电流测量或直流充放电方法.这些方法的共同优点是具有较高的灵敏度和抗杂散电容能力.而且其交流激励电压或直流充放电电压一般在20 V以下.为进一步提高微小电容测量的灵敏度和分辨力,本文提出了一种高压交流激励方式电路,该电路将交流激励电压提高到几百至上千伏.实验表明该方法大大提高了微小电容测量的灵敏度和分辨力,同时具有良好的稳定性和线性度.     

一种基于电压反馈运算放大器的微小电容检测电路

为了实现微小电容的精密测量设计了一种基于电压反馈运算放大器的检测电路。该电路主要由激励信号产生模块、电容检测模块、峰值检波模块和低通滤波模块4部分组成。首先,通过理论分析与模型仿真验证了检测原理的有效性和可行性;然后,通过对比研究完成了电路关键参数的优化。实验结果表明设计的电容检测系统能够准确地以99.8 mV/pF的满量程灵敏度将变化的电容值转换为相应的直流电压信号。     

用电容法测量相对空气湿度

德国Coreci公司研究开发了一种电介质为聚合物的电容器作为传感器来测量相对空气湿度,其电极是蒸镀的,对相对空气湿度具有足够的扩散功能。这种测量元件电容约为500pF。当塑料膜吸收湿气时,电容器的电容量就产生变化,其平均灵敏度为0.8pF/相对湿度变化百分数,引人注目的是其线性度优于2.5％相对空气湿     

差动电容传感器直接数字变换方法与实现

为了使差动电容传感器与数字仪器间建立数据连接,设计了新型直接数字变换器.变换器采用双斜式变换原理,可实现差动电容传感器差与和之比值的数字输出,给出了原理性电路及测试结果.分析表明:寄生电容、开关泄漏电流和比较器偏置电压等因素对变换过程的影响可以忽略.新型变换技术所获得的高精度和良好的线性只取决于参考电压源而与传感器变换过程参数无关.试验结果显示,对于标称值为10 pF的差动电容传感器,在整个测量范围内,最大线性误差小于0.05％.     

电容式微机械惯性传感器信号检测技术研究

针对具有差分电容接口的微机械惯性传感器提出了一种基于电荷放大器和相关检测技术的接口电路方案.采用电荷放大器作为电容-电压转换电路,来去除传感器本身以及传输导线引起的寄生电容的干扰.利用PSPICE模拟了桥路的不对称性对电路输出的影响,经过比较采用单载波差分电桥结构以进一步增大电容检测的灵敏度.采用相关检测技术进行解调,通过解调电路对前置输出电压和载波信号进行相关运算从而消除电路的宽频噪声;给出了包括布线、接地、去耦等电路工艺的设计原则.采用一组标定电容作为传感器的模型进行了实验,实验电路灵敏度可以达到195V/pF,最小分辨率为1fF.采用该方案能够满足对普通精度的电容式微机械惯性传感器信号的检测.     

一种参比电容传感器接口电路设计及性能评估

基于电容传感器的气固两相流测量技术被认为是最有前途的气固流测量技术,而电容传感器接口电路是电容传感器乃至电容法气固两相流测量技术研发和应用的关键.微小电容测量的难点在于杂散电容的存在以及电磁干扰,而张弛振荡电路可以通过差动结构消除待测电容两端的杂散电容,电路工作稳定性较高,电路还可以将电容值通过振荡的方式转化为只有高低电平的脉冲宽度,便于不受干扰的传输测量结果,同时使用合理的微处理器可实现对脉宽的高精度测量,从而提高测量电路整体的灵敏性与分辨力.为了应用于气固流相浓度测量,使用带参比电容的张弛振荡电路,并进行了性能测试.结果表明,带参比电容的张弛振荡接口电路迟滞误差为0.30％,非线性误差为0.30％,重复性误差为0.32％,可以在气固两相流相浓度测量中应用.     

ECT系统交流激励微小电容参数的测定

对ECT系统交流激励微小电容参数进行理论分析和实验研究.理论分析表明:减小Cf可以提高灵敏度,并得出注入柴油量与电容增量的关系;分别取Cf为2 pF和1 pF进行实验研究,理论值、实验值分别为3.77 V/pF、3.68 V/pF和7.54 V/pF、7.46 V/pF,且线性相关性为0.999 6和0.999 8,分辨力为0.194 fF,稳定性为2.59×10-5 pF/h.