【正文】 等效阻抗為 11CeZ j Lj C j C???? ? ? 式中 ， C=CP+C0 武漢理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 第 4章 電容式傳感器 21eCCLC?? ?則等效電容為 211eeC CC C L C?? ???實(shí)際電容相對變化為 22/ 111eeeCC CC KKdd L C L C??? ?? ? ??? ??因此實(shí)際的靈敏度為 可見電容傳感器的等效靈敏度 Ke與傳感器的固有電感 L有關(guān)，且隨 ω 變化而變化。 武漢理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 第 4章 電容式傳感器 調(diào)頻測量電路 調(diào)頻測量電路把電容式傳感器作為振蕩器諧振回路的一部分 。 01012 ( )if f fL C C C C?? ? ? ?? ? ? ?調(diào)頻測量電路具有較高的靈敏度，可測至 級位移變化 量，易于用數(shù)字儀器測量，并與計(jì)算機(jī)通訊，抗干擾能力強(qiáng)。電橋輸出電壓為 : 1 1 1 201 2 1 2 1 2 02 12 2 2 2 2x x x xx x x x x xC C C CE E E E E CUC C C C C C C?? ? ?? ? ? ? ? ???? ? ???002EdUd??0U若傳感器為變極距式差動(dòng)電容傳感器，則電橋輸出為： 經(jīng)放大、相敏檢波和濾波后輸出直流電壓 USC大小與位移成 線性關(guān)系，其正負(fù)極性反映位移的方向。ixxiCUUCSCdCU U dS???????解 得 :而 代 入 上 式 得 :Cx C0 Ix ui a I0 b K u0 ～ 武漢理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 第 4章 電容式傳感器 T 當(dāng) UE為正半周時(shí)，二極管 VD1導(dǎo)通、 VD2截止，于是電容 C1充電 。 UE在負(fù)半周內(nèi)， D2導(dǎo)通、 D1截止，則電容 C2充電，在隨后出現(xiàn)正半周時(shí)， C2通過電阻 R2， 負(fù)載電阻RL放電，流過 RL的電流為 I2。 武漢理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 第 4章 電容式傳感器 若將二極管理想化，當(dāng)電源為正半周時(shí)，電路可等效成一階電路 當(dāng)供電電壓是幅值為 177。 表明，傳感器的輸出電壓不僅與電源電壓的頻率和幅值有關(guān)，而且與 T形網(wǎng)絡(luò)中的電容 C1和 C2的差值有關(guān)。 武漢理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 第 4章 電容式傳感器 差動(dòng)脈沖調(diào)寬電路 如圖 ,C C2為傳感器的差動(dòng)電容 ， 當(dāng)電源接通時(shí) ，設(shè)雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的 A端為高電位 ， B端為低電位 ， 因此A點(diǎn)通過 R1對 Cl充電 ， 直至 F點(diǎn)上的電位等于參考電壓Ur時(shí) ， 比較器 A1產(chǎn)生一個(gè)脈沖 ， 觸發(fā)雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器翻轉(zhuǎn) ， A點(diǎn)成低電位 ， B點(diǎn)成高電位 。 當(dāng) G點(diǎn)的電位充至 Ur時(shí) ， 比較器 A2產(chǎn)生一脈沖 ， 使觸發(fā)器又翻轉(zhuǎn)一次 ， 使 A點(diǎn)成高電位 ， B點(diǎn)成低電位 ， 又重復(fù)上述過程 。 武漢理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 第 4章 電容式傳感器 C1＝ C2 時(shí) C1C2 時(shí) 武漢理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 第 4章 電容式傳感器 當(dāng)電阻 R1= R1=R時(shí)， 則為： 120112CCUUCC???uAB經(jīng)過濾波后，即可得到一直流輸出電壓 U0 1 1 2 1 1 2 101 2 1 2 1 2()T U T U T T UUT T T T T T????? ? ?1 1 1 2 2 11211l n l n。 d2= d0Δd。 武漢理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 第 4章 電容式傳感器 電容式接近開關(guān)在液位測量控制中的使用 武漢理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 第 4章 電容式傳感器 電容式接近開關(guān)在物位測量控制中的使用演示 武漢理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 第 4章 電容式傳感器 圖示為電容開關(guān)在工程中的一個(gè)應(yīng)用 。 現(xiàn)用兩個(gè)電容開關(guān)來決定工作臺(tái)何時(shí)換向 。 這樣 ， 就實(shí)現(xiàn)了工作臺(tái)的行程限位 。 當(dāng)油箱中的油位降低時(shí) ， 電容傳感器的電容量 Cx減小 ， 電橋失去平衡 ，伺服電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn) ， 指針逆時(shí)針偏轉(zhuǎn) （ 示值減小 ） ， 同時(shí)帶動(dòng) RP的滑動(dòng)臂移動(dòng) 。 武漢理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 第 4章 電容式傳感器 電容式液位計(jì) 棒狀電極（金屬管）外面包裹聚四氟乙烯套管，當(dāng)被測液體的液面上升時(shí)，引起棒狀電極與導(dǎo)電液體之間的電容變大。 武漢理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 第 4章 電容式傳感器 利用具有很大吸濕性的絕緣材料作為電容傳感器的介質(zhì)，在其兩側(cè)面鍍上多孔性電極。 濕敏電容 外形 吸水高分子薄膜 武漢理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 第 4章 電容式傳感器 濕敏電容模塊及傳感器外形 武漢理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 第 4章 電容式傳感器 多孔性氧化鋁濕敏電容傳感器外形 武漢理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 第 4章 電容式傳感器 容柵傳感器是在變面積型電容傳感器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型傳感器 。 同組中有多個(gè)電極或多個(gè)電極并聯(lián) ， 極大地提高了靈敏度 。 （長容柵） 長容柵結(jié)構(gòu)原理圖 m a xabCn ???式中 ， n—— 動(dòng)尺柵極片數(shù)； a，b—— 柵極片長度和寬度 。 當(dāng)動(dòng)尺沿 x方向平行于定尺不斷移動(dòng)時(shí) ，每對電容的相對遮蓋長度 a將由大到小 ， 由小到大地周期性變化 ， 電容量值也隨之相應(yīng)周期變化 ， 如圖所示 ， 經(jīng)電路處理后 ，則可測得線位移值 。 武漢理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 第 4章 電容式傳感器 （柱狀圓容柵） 筒形容柵傳感器由兩個(gè)套在一起的同軸圓筒組成 ， 電極鍍在圓筒上 ， 可實(shí)現(xiàn)長度的測量 。 武漢理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 第 4章 電容式傳感器 隨著微機(jī)械加工技術(shù) (MEMS)的迅猛發(fā)展 ， 各種基于 MEMS技術(shù)的傳感器也應(yīng)運(yùn)而生 ， 由于國防和尖端技術(shù)需要 ， 微加速度傳感器近年來發(fā)展迅速 。 硅微加工加速度傳感器 圖示加速度傳感器以微細(xì)加工技術(shù)為基礎(chǔ)，既能測量交變加速度（振動(dòng)），也可測量慣性力或重力加速度。 武漢理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 第 4章 電容式傳感器 微加工三軸加速度傳感器 技術(shù)指標(biāo)： 靈敏度： 500mV/g ， 量程：10g， 頻率范圍：，安裝諧振點(diǎn) :8kHz ， 分辨力： ， 重量： 200g ， 安裝螺紋： M5 mm ， 線性誤差： ≤ 1% 武漢理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 第 4章 電容式傳感器 硅微加工加速度傳感器原理 1—加速度測試單元； 2—信號(hào)處理電路； 3—襯底 ； 4—底層多晶硅（下電極）； 5—多晶硅懸臂梁； 6—頂層多晶硅（上電極） 武漢理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 第 4章 電容式傳感器 利用微電子加工技術(shù)，可以將一塊多晶硅加工成多層結(jié) 構(gòu)。圖中的底層多晶硅和頂層多晶硅固定不動(dòng)。其左端固定在襯底上，所以相當(dāng)于懸臂梁。與加速度測試單元封裝在同一殼體中的信號(hào)處理電路將 Δ C 轉(zhuǎn)換成直流輸出電壓。由于硅的彈性滯后很小，且懸臂梁的質(zhì)量很輕，所以頻率響應(yīng)可達(dá) 1kHz以上，允許加速度范圍可達(dá) 10g 以上。 武漢理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 第 4章 電容式傳感器 加速度傳感器在汽車中的應(yīng)用 加速度傳感器安裝在轎車上，可以作為碰撞傳感器。 裝有傳感器的假人 氣囊