差动电容传感器信号处理电路

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20 0 0年 5期

差动电容传感器信号处理电路王立新,————一

2如， 上

郑宏军/杨少卿 ——————

(东聊城师范学院，东 2 25)山山 5 0 9

【要】绍了两种不蛄构的高精度差动电容传擒介惑器信号处理电路，对其进行并

差动电容传感器可由图 1来表示。电容 C、 x x C’分别具有固定电极 1 z和可动电极 1、,介质均为、’’z其

关键词 r动电容传感器差 1 .引言

弹性物质。静态时两电容相等，设其和为 C当中间被 o。测物体产生横向直线位移或受到横向加速度而产生位

移时，电容 C C,生变化。 x、 x发

差动电容传感器越来越广泛地应用于诸如压力、 加速度、直线位移、角等物理量的测量，电路结构转其依测量要求不同而不同 .其基本原理都是和用比斜但信号处理法以传感器电容容量的变化来反映被测量的变化 .电容变化可是线性或非线性的。用比倒信号利处理法可实现棱测量的精确 .线性检测。所谓比例信号处理法即用传感器中两电容之差与两电容之和的比

/ z

值来线性地反映棱测量。因此需要专门的信号处理电路将传感器电容变化转换为易于检测的电量，经出已

现的技术方法有开关一电容 (/法，数转换 ( s c)模 A/D)、容、率转换法、容相位转换法等，中适法电频电其用于 CMOS集成电路的 S C法由于时钟馈线的影响 I

图 1差动电客侍感器原理图 若中间物体位移导致电容器极板问的距离相对变化为 X,则Cx= (+ x)/ 1 Co 2 C’一 ( x 1一 x) Co/ 2

精度较低，/ C F法可 r选到很高的精度，由于需要微 J但处理器来进行比斜运锋而难以满足时实时、速的要快求。近年来，们在提高精度和速度方面不断探索，^提

目此： x! (—c’ ) (+C’ ) cx x/ Cx x

采用某种信号处理电路将差动电容比倒信号 (— Cx C’ ) (+c’ )换匀可直接测量或显示的电量， x/Cx x转俺可实现对中间物体的直线位移

或加速度等物理量的测量。

出了各种提高精度和速度的方法。下面介绍两种实用的高精度、高速度差动电容传感器信号处理电路。 2 .差动电容传感器模型

图z数字输出型信号处理电路

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20 0 0年 5期3 .数字输出型信号处理电路 以往的差动电容传感器信号转换技术都是基于测

口技术交流熏藤缫方面，生非线性的原因是运放失调电压 Vo产 s造成了检波二极管导通角改变，当提高探测信号的幅度可适降低由此产生的非线性误差；而滤波电路的时间常数.

量电容中存储的电荷来进行的。近年来高速运放的出现使得刺甩高频探泱I号来寰现差动电容比例信号的信

应满足

1 2i (一 E中{为 Vs的频率 为/fn 1 )其￡

高糖度，高速度检测戚为可能图 2即是一种借助高频探铡信号 vs的信号处理电路。 3 I电路结构及原理 .该电路由电容/压转换、渡和 A/转换三部电检 D分组成当开关 s 1台、 2断时点电压 v为 s AV。一∞( x+ C’) ', s I一 C x Rt Vs而 l断、 2台时 . s A点电压 V为：V a=一 a R f r ￣ Cx、 s

相对测量误差由此所限制的 A/转拯速率为 f ( D i 1 n一

E1e )。要保证铡量精度和速度， n可适当提高探铡信

号的频率，会由此而提高对运放响应建度即增益带但宽积的要求 .般成保证 f 1 0。当探测信号频率 一 0f为 L Hz允许剩量误差为 O L M .%时，路的响应速度电约为 1 0p (a l p rS c n )适当增加滤波阶数 5 s s S mpe e e o d . 也可减少响应时问。 4 .振蔼型信号处理电路 4 1电路结掏及原理 .图 2电路中由于采用了检波及模数转换环节从而

其中 Vs t分别为加于传感器的探剩信号的电压、 o有效值及角频率。vo、 经检波后分别进入 A/ v D转换器的参考输入及信号输入端经 A/转换后输出数 D字量 b:b— V a/。— Cx/ Cx+ C’ {V I ( x)

限制了电路的响应速度目 3

所示的振荡型信号处理电路可以在一定程度上解决这个问题主要帮丹是其

积分器 A2比较器 A1分器 A3和匣相放大器 A4、授 完成差动电容比铡运算的辅助作用由电路分析可知 .A1 A2组成了一个张驰振蔼器 .、 A1输出 v ( )正负 t为

而 x ( Cx+ C’/ Cx+ C’= 2 x) ( X) Cx/ Cx+ C’ ( X)一

1

因此，测量 x可由能够直接显示的数字量 b表被示：

文替的方波， V t为同频率的三角波。而 ()总输出电压 V ()是与 V t周期相同的方渡如图 4所示。其 t亦 ()周期由 R及 (+C’确定。 Cx

3 2电路性能分析 .该信号处理电路中产生误差的主要原因是寄生电容、 CMOS开关 S、 2的导通电驵、放的非理想性 1S运

设比较器 A1正、向输出电压分别为+vl和的反一

v r则{ v () {一V f g L ( )而 n V{ t] Sv () 1 t一 ( )/ R7 R+ v ( ) R R t R (+ E ) 2 t R/(+ B )

(入电阻及增益 A并非无穷大 )及检波电路的输 非线性。寄生电容的影响可通过台理布置元件及引线来减小；关 s、 2应选择导通电阻小的器件；开 1s而运放的辅^电阻 r及增益 A的影响可以通过适当选 i择其它电路参数来消翰 .￣ C当 Rs x<< l其中 R ( s是掠测信号源的内阻 ) r、的影响便可忽略不计。检 时 iA波电路的影响包括滤波电路的时间常数和非毁两个

若 AI A4为理{放，略 C可碍：￣基运忽 v, t ( )= ( c R/一 C R/][ R+[ R: R;/ c R/C R{ R] Vr f g v ( ) / } e n(} t ) s () 1

选择 R~满足 R一 R R=R R一 R .上式 则简化为： (转第 2 )下 8

固3振藩器信号处理电路

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20 0 0年 5期正 l 2伏同路上申^两十管压降为 0 6 . 5债的二极管 .J Z N EX T C2

口技术交流霾鞭露癸臻;测如果硬币机 l发出硬币剜检

测之检LCA L L CH E CK Co I 1 N M o V ,C o U 2 A CO U N TE R

使这一逻辑器件状态还未来得及返转，耦的状态已光 经被其他器件关目践证明此办法效果极佳。 1实关机掉币问题不在出现。2 .软件改进

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由于四台发币装置中，们每次发币一般其用一我台，软件中却将四台设备都检测一遍 .成不必要的而造时间资源的浪费 .么我们检测是哪一台设备投出币那

;渊如果硬币机 z发出硬币刚检礴之 检L CA LL CH EC K N o T E l

米，即检查此设备的工作状态 .可省击大量的时间浪便费。程序如下 r

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五结柬语M oV .NoTEl A COU NTER J Z H EXT— 2 N

自动找零机系统在银行、场有着广泛的应用前商景本产品经过长时间的实践检验。能晓好，作稳 性工

检测如果纸币机 1发出纸币勋l测之检LCAU CH ECK No TElM o V .N OT E l—CO U N T E R A

定，障率极低 .长春市各大商场试机 .到专家、故在得商家及顾客的好评。誊考文衄 L HOP ER- MK 4技术参考手嘏， ( P - 2( . KG3 l技术参考手册 ' O

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R R. 1 t/一+

与式 ( )较可得}=k Vrf 1 1比 V0 x e (+ )>++△ Vt中其非缋性误差：=[+ (. E ) 1 x] Z ￡ E+ (+ )/先谓误差} V K . e/ △— . Vr f 2

一囤4电压波形留

%

失谓误差： Vt也可以由调零来梢除。此，刺△因若用 O嘶级精密电阻，阻失配造成的误差不超过 .电O. 1。

另外，抑崩高频振荡而在 Aa中 …… 此处隐藏：2480字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……