具有連續(xù)可變分辨率的電容傳感器電容差檢測(cè)方法研究.pdf

1、電容傳感器是一類應(yīng)用廣泛的傳感器。電容檢測(cè)技術(shù)是傳感器領(lǐng)域的重要研究?jī)?nèi)容。大多數(shù)電容傳感器的檢測(cè)原理都與電容的變化量有關(guān)，隨著現(xiàn)代科技的進(jìn)步，尤其是集成技術(shù)的快速發(fā)展，電容傳感器向著小型化、微型化發(fā)展，電容傳感器的電容相對(duì)變化量越來越小，甚至小于萬分之一。在保證分辨率的前提下，測(cè)量如此微小的變化量對(duì)檢測(cè)電路的分辨率提出了非常高的要求。即使采用相對(duì)法進(jìn)行測(cè)量，抵消本底電容的影響，仍然不能滿足許多應(yīng)用場(chǎng)合的需求，例如壓/觸覺檢測(cè)或其它大動(dòng)態(tài)

2、的傳感器應(yīng)用。常規(guī)的電容測(cè)量手段受到量化精度的限制，量程和分辨率通常是一對(duì)矛盾，往往需要犧牲分辨率獲取寬量程或者犧牲量程獲取高分辨率。雖然采用自動(dòng)量程切換、對(duì)數(shù)量化等技術(shù)能夠在一定程度上兼顧量程和分辨率，然而它們存在量程切換交界處測(cè)量誤差大、量化非均勻等問題。為了實(shí)現(xiàn)大動(dòng)態(tài)、寬量程的電容差測(cè)量，同時(shí)在全量程范圍內(nèi)保證恒定的精度，研究并發(fā)展一種具有連續(xù)可變分辨率的電容差檢測(cè)具有重要的意義。針對(duì)這一問題，本文做了如下工作：
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3、本文在傳統(tǒng)的電容數(shù)字轉(zhuǎn)換器（CDC）的基礎(chǔ)上，提出了一種開關(guān)電容的電荷差測(cè)量方法，從而實(shí)現(xiàn)了分辨率連續(xù)可變的差值電容測(cè)量。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了對(duì)任意被測(cè)容量進(jìn)行分辨率自動(dòng)優(yōu)化的功能，達(dá)到了對(duì)任意被測(cè)電容都始終接近于滿量程狀態(tài)下測(cè)量的效果，均保持高分辨率和較低的誤差。
　?。?）實(shí)現(xiàn)了該方法中關(guān)鍵的電容差檢測(cè)電路，并對(duì)實(shí)際應(yīng)用中影響測(cè)量性能的各種非理想因素進(jìn)行了建模分析，對(duì)激勵(lì)源對(duì)稱性、運(yùn)放的非理想?yún)?shù)、電子開關(guān)漏電等因素引起的

4、誤差進(jìn)行了分析，逐一闡明其引起誤差的機(jī)理和規(guī)律。在此基礎(chǔ)上提出了一種綜合的校準(zhǔn)補(bǔ)償方法，能夠消除上述非理想因素導(dǎo)致的測(cè)量誤差。
　?。?）為了驗(yàn)證本文提出的檢測(cè)原理和校準(zhǔn)方法的正確性和有效性。實(shí)現(xiàn)了一款寬量程、具有連續(xù)可變分辨率的電容差檢測(cè)通用電路模塊。完成了電路設(shè)計(jì)、器件選型、軟件設(shè)計(jì)和最終的性能測(cè)試。
　　測(cè)試結(jié)果表明，在傳感器電容差跨度達(dá)到100倍時(shí)，具有可變分辨率的電容差檢測(cè)裝置測(cè)量始終保持0.03％相對(duì)分辨率（相當(dāng)