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工业技术论文发表关于微弱电容传感信号读取电

博今文化 / 2018-08-19
        摘要:近几年微机电零碎开展迅猛,微电容传感器的电容信号愈加单薄,其检测技术曾经成爲了电容式传感器开展和使用的瓶颈。因而论文发表,微弱电容传感信号读取电路技术成爲了人们关注的焦点。本文次要对微弱电容传感信号的检测办法、基于TDC微弱电容传感信号读取电路技术设计的成绩停止研讨。
        关键词:微弱电容传感;信号读取;电路技术
        0 引 言
        近年来,随着我国集成电路技术、信息技术以及计算机技术程度的迅速进步,传感技术触及到的范畴越来越普遍。现如今新时代的迷信技术开展离不开传感器技术,传感用具有检测、获取以及信息感知的作用,是信息技术疾速开展的根底。传感器的组成局部包括转换元件以及敏感元件,转换元件可将待测量转换爲不同的输入信号,例如电流、电压以及频率等,而待测量有敏感元件来停止感知。待测量的品种也绝对较多,例如力、位移量、速度值以及减速度等,同时与之相应的传感器品种异样较多,比方压力传感器、位移传感器、温度传感器、流量传感器等。可依据转换后的电路参数停止区分,其中包括电感式传感器、电容式传感器以及电阻式传感器。
        1 微弱电容传感信号的检测办法
        1.1 直流充放电式微弱电容传感器信号检测方式
        直流充放电式微弱电容传感器信号检测方式具有防止杂散电容影响测量精度的劣势,是一种可用于微弱电容的检测方式,并且具有本钱昂贵以及电路构造较爲复杂的优点。与此同时,直流充放电式微弱电容传感器信号检测方式的开关控制频率较高,甚至可到达数兆赫兹,大大提升了数据获取的速度,并且运用软件停止补偿后还可提升测量电路的波动性。但同时也存在一些缺乏之处,首先是运用CMOS开关来控制充放电任务,在控制进程中能够会发作电荷注入的景象;其次是运用直放逐大,其跟随温度漂移过大。但现如今直流充放电式微弱电容传感器信号检测方式已在各个范畴失掉普遍的运用,其电路分辨率可到达3fF。
       1.2 交流式微弱电容传感器信号检测办法
        该办法包括运放式微弱电容传感器信号检测方式以及交流鼓励式微弱电容传感器检测方式。
        首先,交流鼓励式微弱电容传感器检测方式在对电路停止检测时运用交流鼓励信号鼓励待测量电容,之后运用检波器把信号转变爲交流电压并停止输入学术论文,待测量电容值和输入电压值构成比例关系。电路原理爲:正弦发作器发生交流鼓励信号,由反应阻抗以及运算缩小器组成检测波。交流式微弱电容传感器信号检测办法具有两方面劣势:
       (1)电路具有直流漂移小、精度高以及信噪比高的优点,同时电路运用了交放逐大器以及交流鼓励,因而防止了因电荷注入而发生的不良影响;
       (2)电路还具有较高的抗杂散功能,并且电路中鼓励信号和杂散电容停止并联,同时运算缩小器,反向输出端和杂散电容停止衔接,防止两者对输入电压形成影响,具有防止杂散电容影响的劣势,但其电路构造较爲复杂,并且本钱昂扬,通常状况下必需对其添加相敏检波单位对电路的波动性停止进步,这大大添加了电路的复杂水平,并且难以完成波动的高频鼓励信号。所以因频率限制成绩,此电路只能在低频场所运用。
其次,AC运放式微弱电容传感器信号检测方式运用高频率的正弦信号作爲鼓励信号,并将电阻与电容相并联构成反应阻抗,给电路提供直流反应信号,将待测量的电容值与输入交流电压值构成反比关系,最初完成测量。
        最初,AC电桥式微弱电容传染信号检测方式具有信噪比高、测量精度高的优点,可使用于对精细电容的检测。电路原理爲:将可调阻抗与被测电泳放置在相邻的桥臂上,并且将两个桥臂衔接到相反频率以及相反振幅的信号源上,同时调理桥臂中的阻抗,从而使参考桥臂和待测桥臂间处于均衡形态,从而到达共轭相等。
        2 TDC 微弱电容传感信号读取电路技术的设计成绩
        其零碎总体设计方案由PS021芯片爲中心的电容检测模块以及由CPLD爲中心的微控制模块两种模块构成。同时,PS021电容检测模块具有施密特触发单元、模仿开关单元以及传感器单元三局部。而CPLD微控制模块具有LCD数据显示单元、RS232串口单元和JTAG接口单元三局部。CPLD微控制模块以及PS021电容检测模块之间可运用SPI总线来停止数据传送活动,其零碎的任务原理爲:
       (1)运用CPLD微控制单元配置PS021芯片内的写存放器;
       (2)运用PS021电容检测模块展开电容检测环节,同时运用SPI总线对CLPD微控制模块停止测量数据的传送活动;
       (3)最初运用CPLD停止数据的处置、显示、存储以及剖析任务职称论文范文,最初的测量后果可运用RS232串行接口向计算机停止传输,同时停止数据的存储以及剖析任务,并且还可运用LCD停止显示。
在停止零碎调试时,应运用在10pF以下以及50pF以上的电容检测任务,同时停止零碎调试任务以及功能剖析任务。在不同测量频率的状况下,展开屡次测量任务,并对其数据停止记载、剖析,从而获取待测电路中刷新频率以及分辨率和待测电容之间的关系,从而完成对微弱电容的检测任务,完成其设计目的。与此同时,在停止零碎调试以及零碎设计的进程中,可对数字电路触及调试的后果停止记载并总结,提升本身的综合技术才能。
       3 结 论
       本文针对微弱电容传感信号读取电路技术停止了深化讨论,并且开发设计针对工夫数字转换器的微弱电容传感信号检测零碎,其中包括零碎调试功用、软件编程开发环节以及硬件电路设计三局部。同时针对实验室内的运用要求,其电路零碎应到达的测量范围爲几十到几百皮法,同时测量精度是0.01~0.001pF,可到达施行检测的功用。同时具有电路波动性良好的优点,防止了散布电容以及杂散电容对全体电路零碎形成不良影响。