醫(yī)學(xué)]第四章電容式傳感器(參考版)
2025-01-07 03:17本頁面
【正文】 。這時功放的輸出電流為 0， 記錄筆自動保持在平衡位置上。 ?速度反饋信號只影響系統(tǒng)的動態(tài)品質(zhì)。 ?當(dāng)筆線圈帶動屏蔽片轉(zhuǎn)動時，發(fā)送片和接收片間電容的有效面積改變，從而使運(yùn)放的輸出電壓隨屏蔽片的轉(zhuǎn)角成線性變化。 ?發(fā)送片與穩(wěn)幅高頻信號源相連，接收片接運(yùn)放。 00RRSSUxxUUx U x??? ? ?（此式與書上有所不同） 0000()()SSSSd CUdq dCiUdt dt dtC U C Udxvx dt x? ? ??? ? ? ?若 ， 則 τ 很?。ㄏ喈?dāng)于微分電路） 0R ? 以回路電流作為輸出，適于測量速度 ? 回路電流為： ? 電容器上的電壓 UC≈US，此時電容器上的電荷為： 00( 1 / )SsCq C U Uxx?? ??三、電容位置傳感器及心電圖測量 輸出電壓與傳感器電容 C成正比，即與可動電極的位置轉(zhuǎn)角成正比。當(dāng)隨時間變化的力或速度作用在極板膜片上時，可動電極（感壓膜片）與固定電極間的距離將發(fā)生變化， x=x0+△ x， 則平行板電容器的電容為： 000011/r ACCx x x x?? ??????? ? ? ???（此式與書上不同，書上是 △ C） 若 ，則 τ 很大（相當(dāng)于積分電路） R ??0000/ ( 1 / )( 1 )sCSCUqUC C x xxUx???????傳感器工作特性取決于 RC回路的 時間常數(shù) τ :(τ =RC) ? 一旦電容上電荷直流極化穩(wěn)定后 電容器電荷很難放電，可視為常數(shù)。 （ 2）直流極化電路： 電容式微應(yīng)器常與直流極化電路結(jié)合使用，又稱為直流極化型電容式傳感器。 ?由于輻射光束受測量系統(tǒng)切光片調(diào)制，故可動電極也相應(yīng)以調(diào)制頻率振動，氣體濃度不同產(chǎn)生的振幅也不同。 （ 1）電容式微音器（氣體濃度比較器） 二、直流極化型電容傳感器及呼吸測量 ?可動電極為 510 μm的鋁箔，與固定電極構(gòu)成平行板電容器。 等效電路 當(dāng)被測血壓 P均勻作用在膜片上時，膜片撓曲變形。基座小孔接通大氣。 變極距型傳感器 固定極板 可動極板 絕緣件 殼體 d L b h? ? ?0 ( 1 ) ( 1 )b h b hL b hL L L LL b h L b h d b h? ? ? ?? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?固定極板 可動極板 絕緣件 殼體 當(dāng)環(huán)境溫度為 △ t時，極板間距變?yōu)椋? ( 1 ) ( 1 ) ( 1 )t L b hLbd t t h t? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ?由于溫度變化而引起的電容量相對誤差為： () )) ((t L b htt L b hd d L b h tdd dt bh LLb h? ? ??? ? ? ?? ? ? ?? ? ?? ?? ???消除由溫度變化而引起的電容量相對誤差的條件為： **[P58例 43] 下圖為一種驅(qū)動電纜線路， Cx為傳感器電容，兩個放大器的電壓放大倍數(shù)分別為 A和 Aa，試求實(shí)現(xiàn)電纜芯線與內(nèi)屏蔽線等電勢的條件。 ? 固定極板：厚度 h；線膨脹系數(shù) αh； ? 絕緣件：厚度 b， 線膨脹系數(shù) αb； ? 可動極板至絕緣層底部的殼體長 L， 線膨脹系數(shù) αL。 ? 正確選取屏蔽接地點(diǎn) ，可 減小或消除寄生分布電容 Cp的影響，防止外界干擾。 可使電纜長達(dá) 10m之遠(yuǎn)而不影響儀器的性能。 ? 內(nèi)屏蔽層 與信號傳輸芯線通過增益為 1的放大器（驅(qū)動放大器）相連而成 為等電勢 消除芯線對內(nèi)屏蔽的容性漏電，克服了寄生與分布電容的影響； ? 外屏蔽層 接大地 防止外界電場的干擾。 消除方法： ? 改善傳感器結(jié)構(gòu)、尺寸： 增加初始電容；傳感器與測量電路裝在同一個殼體內(nèi)，省去電纜引線，或集成于同一芯片，構(gòu)成集成電容式傳感器。等勢環(huán)安裝在固定極板外，與固定極板同心、絕緣、等電勢，使邊緣電場線平直以得到均勻電場。 h/d越小，則 f(h/d)越?。ū?42） 200l n 1 6[ 1 ( / ) ] }rrrr f h ddrCd??? ??? ?????? ????（圓形平行板電容器） 邊緣效應(yīng)因子 附加電容將引起傳感器靈敏度下降和非線性增加。 220///1 1 ( / /)ee s CCC C C CCCL C f f???? ? ? ????0()ff??二、電容電場的邊緣效應(yīng)及等位環(huán)的應(yīng)用： 電容電場的邊緣效應(yīng) ： 兩極板間的電場線中間部分是均勻的，邊緣會發(fā)生彎曲。因此，只有在低于諧振頻率（通常為諧振頻率的 1/31/2)時，電容傳感器才能正常工作。 等效電路有一諧振頻率，通常為幾十兆赫。 由于電路的感抗會抵消一部分容抗，電容傳感器的有效電容 Ce將有所增加。 問：（ 1）在要求運(yùn)放輸出電壓 U0與輸入位移 x成正比時，標(biāo)出 CF和Cx在圖 (b)中應(yīng)連接的位置；（ 2）求該電容式傳感器的靈敏度k；（ 3）求該測量變換系統(tǒng)輸出電壓靈敏度 Kv。其中，圓柱 C為內(nèi)電極，圓筒 A、 B為兩個外電極， D為屏蔽套筒， CB構(gòu)成一個固定電容CF， CA是隨活動屏蔽套筒伸入位移量 x而變的可變電容 Cx。
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