高性能電容傳感器檢測系統(tǒng)（上）

摘要：本文介紹了一種基于交流測量法的電容傳感器檢測系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)方法。

關(guān)鍵詞：容檢測；交流法；運(yùn)算放大器；A/D轉(zhuǎn)換器

引言

有多種測量電容的方法。但只有運(yùn)算電容法適合自動(dòng)在線測量。應(yīng)用中使用較多的有直流充放電法和交流法。

從信號處理過程來看，充放電法與交流法并無本質(zhì)區(qū)別。

充放電法的信號處理流程如圖1。

交流法的信號處理流程如圖2。

因此，可以將兩個(gè)電路統(tǒng)一起來。信號流程圖如圖3。

相控整流電路對輸入噪聲信號的頻譜產(chǎn)生搬移的作用。低頻噪聲成分被搬移到高頻段，高頻噪聲成分被搬移到低頻段。

相控整流輸出的信號將被送入到低通濾波器中處理。輸出噪聲信號中的高頻成分將被濾除掉。因此，相控整流電路輸入信號中的低頻噪聲不會(huì)對最終測量結(jié)果產(chǎn)生影響。而(2n－1)f_c附近的噪聲將被搬移到低頻出，影響最終測量結(jié)果。

為使測量電路有較高的分辨率，應(yīng)使輸入到相控整流電路的信號有較大的幅度，并有較高的信噪比。

前級放大電路，不但將信號放大，同時(shí)也引入了噪聲。放大電路引入的噪聲是由放大電路本身決定的。信號經(jīng)過一級處理電路后，將加入固定幅度的噪聲。因此，在輸出信號幅度一定時(shí)，信號的信噪比與信號的平均值成正比。

充放電法，在施加方波激勵(lì)時(shí)，交流放大輸出的是窄脈沖，信號占空比很低。因此，信噪比也很低。其次，放大脈沖信號要較大的帶寬，高次諧波兩側(cè)的噪聲也將被相控整流器搬移到低頻段，加大了低頻噪聲。……