畢業(yè)設(shè)計(jì)-一種新的基于cv的微電容的檢測(cè)方法-文庫(kù)吧
2024-12-28 23:16 本頁(yè)面
【正文】 存在過(guò)零器的重復(fù)性誤差，測(cè)量速度慢，受單片機(jī)等控制起的晶振頻率的限制 等。 3 一種新的基于 基于電容 — 電壓的微電容的檢測(cè)方法 在電容層析成像技術(shù) 電容測(cè)量中，電容傳感器內(nèi)充以兩相介質(zhì)時(shí)，兩電極間互電容的變化量是流體相含率及其空間分布的函數(shù) ,而相含 率變化所引起的互電容變化量一般為～ 左右，且不同的電極對(duì)之間的電容量相差很大，相鄰電極對(duì)間的電容比相對(duì)電極對(duì)間的電容要大數(shù)百倍，同時(shí)雜散電容遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于待測(cè)電容，因此應(yīng)用于電容層析成像技術(shù)的電容檢測(cè)應(yīng)當(dāng)具有以下特點(diǎn) ：（ 1）檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 , 響應(yīng)速度快等特點(diǎn)。（ 2） )測(cè)量范圍足夠?qū)?，分辨率高、?shù)據(jù)采集速率快 (3)低漂移、能抑制雜散電容、消除損耗電導(dǎo)的影響 。 (4) 線性度好，非線性誤差 小， 高信噪比。 因此 我們提出一種新的基于基于電容 — 電壓的微電容的檢測(cè) 電路 ， 應(yīng)當(dāng)具有以下特點(diǎn)：(1) 檢測(cè)電路結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單 , 響應(yīng)速度快；（ 2） 低漂移、能抑制雜散電容、消除損耗電導(dǎo)的影響 ，高信噪比 ； (3)高分辨率， 測(cè)量范圍寬， 線性度好，非線性誤差 小。 基于電容 — 電壓的微電容的 運(yùn)算放大 檢測(cè)電路 如圖 1 所示 。 圖 1 基于基于電容 — 電壓的微電容的 運(yùn)算放大 檢測(cè)電路 被測(cè)量微電容 xC ， sC 為參考電容 , 1R 和 2R 為固定衰減電阻 , fR 為反饋電阻。 被測(cè)微電容為可調(diào)電容 ,通過(guò)調(diào)節(jié)其的大小 ,以觀察電容變化對(duì)輸出的影響 ,得出該電路的測(cè)量精度 。運(yùn)算放大器 A1 的輸入阻抗很高，增益很大， A2 為射極跟隨器，若無(wú)雙運(yùn)放，這級(jí)可以省略，主要起隔離作用。 由于運(yùn)算放大器 A1 的反向輸入端虛地， 電路的 雜散電容 C 兩端相當(dāng)于接地，對(duì)電路影響很小 ,因此可以省略 . Ui 為激勵(lì)源電壓， Uo 為輸出電壓。 從理論上，可以不加反饋電阻，但在實(shí)際仿 真的過(guò)程發(fā)現(xiàn)反饋電阻非常重要，在本論文的仿真試驗(yàn)中，反饋電阻的有無(wú)直接影響電路能否正常工作。 由電路原理，有 ： 2202 2 211 1fx f s f s x fxfi sRj C R j C R C C RUCRU jC? ? ?????? ? ???? （ 1） 若 1xfCR? ，則 根據(jù)（ 1）式， 有： 0 21ssx f xiU C CjC R CU ??? ? ? ? （ 2） 由于 sC 為 xC 的參考電容，其比值相對(duì)較小，所以 從（ 2）式可得 ： 0U? 與 iU? 的相位差為： 1()xfarc tg CR?? ? ? （ 3） 0 sixUC? （ 4） 因此，該電路能夠從測(cè)量 的 輸出的電壓 通過(guò)計(jì)算處理。得 出被測(cè)電容的值，實(shí)現(xiàn)對(duì)微電容的測(cè)量。 仿真試驗(yàn)測(cè)試 結(jié)果， 本設(shè)計(jì)仿真在 環(huán)境下進(jìn)行。 試驗(yàn)采用輸入信號(hào)采用 ，幅度為 12V 的正弦信號(hào)，經(jīng)過(guò) 1R 和 2R 的作用，變?yōu)榉€(wěn)定的 頻率為 ，幅度為 10mV 的正弦信號(hào)源輸入放大電路，經(jīng)過(guò)大增益運(yùn)算放大器 A1，進(jìn)行 線性放大， 選用的運(yùn)放為 :高輸入阻抗 。低輸出阻抗 。低失調(diào)電壓 , 低失調(diào)電流 。 寬帶 運(yùn)放 。 仿真結(jié)果如圖 2~4 所示： 圖 2 運(yùn)放 輸出信號(hào) 0U? 的圖形 圖 3 被測(cè)電容 1PF? 輸出圖形 圖 4 被測(cè)電 容 1PF? 輸出圖形 如果輸入信號(hào) iU 和 參考電容 sC 中有一個(gè)參數(shù)發(fā)生波動(dòng) ,即使被測(cè)電容 xC 不變 ,輸出也隨之發(fā)生了變化 ,從而產(chǎn)生了漂移 . 如果電路靈敏度很高 ,這種漂移會(huì)給測(cè)量結(jié)果帶來(lái)誤差 . 為了保證輸出值的穩(wěn)定 , 輸入信號(hào) iU 和 參考電容 sC 應(yīng)盡可能 穩(wěn)定 ,反饋電阻 fR 的溫度系數(shù)應(yīng)盡可能小 . 由 (4) 式 可以看出 ,為了提高傳感器的檢測(cè)靈敏度 ,可以通過(guò)提高時(shí) 參考電容 sC 的容量 、適當(dāng)提供反饋電阻 fR 達(dá)到 . 但這樣做的結(jié)果是使測(cè)量電路對(duì)外界干擾也變得敏感 . 因此 ,各參數(shù)選擇必須綜合考慮這兩方面的要求 . 4 結(jié)論 電容成像系統(tǒng)的測(cè)量電路包含數(shù)字器件和模擬器件的微弱電容信號(hào)測(cè)量電路，在實(shí)際電路設(shè)計(jì)中不僅需要考慮克服 分布電容的影響，還要盡量減少數(shù)字電路對(duì)模擬電路的高頻干擾。因此在設(shè)計(jì)中 要 把每個(gè)測(cè)量電路模塊獨(dú)立開(kāi)，模塊之間用數(shù)字總線連接。并由計(jì)算機(jī)對(duì)測(cè)量過(guò)程進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)采集。實(shí)際上，最終輸出值包括傳感器的本體電容和被測(cè)電容。為了使轉(zhuǎn)換電路的最后輸出量直接反映實(shí)際的被測(cè)電容的變化量，平衡掉本體電容，可以在計(jì)算機(jī)控制差分放大采用直流補(bǔ)償 DAC 的方法。 本文提出的基于電容 — 電壓的微電容的 運(yùn)算放大 檢測(cè)電路 ，該電路較好的實(shí)現(xiàn)了將被測(cè)微電容轉(zhuǎn)換為電壓， 具有良好的 抗雜散電容能力和抗干擾能力 ,線性度好 ,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ,容易實(shí)現(xiàn) ,靈敏度高 ,成本低廉 .且電路的工作頻率較高，能夠很好的防止其他電路的低頻干擾。 參考文獻(xiàn) [1],highprecision measurement system for capacitive sensors. [2] of capacitance techniques in sensors. . [3] 馬式勇 . 射頻電容式傳感器的研究與應(yīng)用 [J ] . 傳感器技術(shù) ,2022 (2) :43 45. [4]趙雪英，郭雨梅 .一種小電容檢測(cè)方法一充放電法 [J].沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)， 2022(1): 5557 [5]佘生能，孫士平 .電容傳感器新型電容測(cè)量電路設(shè)計(jì) [J].中國(guó)測(cè)試技術(shù)， 2022(9):4243 [6]馬成 ， 基于 DSP 的為電容快速檢測(cè)系統(tǒng)研究 .[D] 西南大學(xué) 碩士學(xué)位論文 .2022 [7]劉文宇 陳德運(yùn)，電容層析成像中微小電容檢測(cè)的研究， 科技資訊 , 2022,(27) :4243 [8]傅文利 ， 改善電容層析成像的重建圖像質(zhì)量的方法 [J]. 廣西物理 , 2022,(03) :1213 [9]劉武 , 黃曉剛 , 磁懸浮轉(zhuǎn)子微陀螺的電容檢測(cè)系統(tǒng)分析和實(shí)現(xiàn) [J]. 測(cè)控技術(shù) , 2022,(01)： 14 [10]周曉奇 , 鄭陽(yáng)明 , 基于 FPGA 的數(shù)字式電容檢測(cè)系
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