一种基于变压器初级远距离传输的电容位移传感装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于变压器初级远距离传输的电容位移传感装置，包括：无源器件，远距离传输线，桥式电路和有源器件；远距离传输线包括：第一传输线和第二传输线，第一传输线的一端连接至无源器件的第一输出端，第一传输线的另一端连接至桥式电路的第一输入端；第二传输线的一端连接至无源器件的第二输出端，第二传输线的另一端连接至桥式电路的第二输入端；无源器件根据载波信号输出包含有差分电容位移信息的调制信号，调制信号通过所述第一传输线和所述第二传输线传输给桥式电路和有源器件，通过第一传输线和第二传输线将无源器件与有源器件远离使得有源器件的热耗对无源器件区域不产生影响，有源器件用于输出惯性物体的相对位置信息。

A capacitive displacement sensing device based on primary long-distance transmission of transformer

The invention discloses a capacitive displacement sensing device based on primary long-distance transmission of transformer, including passive devices, long-distance transmission lines, bridge circuits and active devices; long-distance transmission lines include: first transmission line and second transmission line, one end of the first transmission line is connected to the first output end of the passive device, and the first output end of the first transmission line. The other end of a transmission line is connected to the first input end of the bridge circuit; one end of the second transmission line is connected to the second output end of the passive device; the other end of the second transmission line is connected to the second input end of the bridge circuit; the passive device outputs a modulation signal containing differential capacitance displacement information according to the carrier signal to modulate the signal. A. is transmitted to a bridge circuit and an active device through the first transmission line and the second transmission line. The passive device and the active device are kept away from the active device by the first transmission line and the second transmission line so that the heat consumption of the active device does not affect the passive device region. The active device is used to output the relative position information of the inertial object.

【技术实现步骤摘要】
一种基于变压器初级远距离传输的电容位移传感装置
本专利技术属于电容位移传感测量
，更具体地，涉及一种基于变压器初级远距离传输的电容位移传感装置。
技术介绍
高精度电容位移传感器作为一种传统非接触式传感器，主要应用于基于电容变化的惯性测量器件中，如陀螺仪、加速度计等。高精度电容位移传感器组成主要包括电容桥、前端电路、相敏检波及低通电路等。目前基于变压器桥路的高精度电容位移传感器已广泛应用于空间静电加速度计和惯性传感器中。其分辨率已达10-7pF/Hz1/2量级，对应位移检测可达皮米量级，接近电路热噪声水平。由于电容位移传感电路工作时有一定功耗而发热，而部分惯性仪表对机械敏感单元的结构和温度稳定性提出了非常高的要求，如空间静电重力梯度仪中敏感探头的热稳定需达到百微K量级。因此要求电容位移检测电路必须远离敏感探头一定距离进行检测，同时检测分辨率仍达到皮米量级。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种基于变压器初级远距离传输的电容位移传感装置，旨在解决现有技术中由于电容位移检测电路与敏感探头之间的距离较近产生的热影响和温度影响导致检测分辨率低技术问题。本专利技术提供了一种基于变压器初级远距离传输的电容位移传感装置，包括：无源器件，远距离传输线，桥式电路和有源器件；远距离传输线包括：第一传输线和第二传输线，第一传输线的一端连接至无源器件的第一输出端，所述第一传输线的另一端连接至桥式电路的第一输入端；所述第二传输线的一端连接至所述无源器件的第二输出端，所述第二传输线的另一端连接至所述桥式电路的第二输入端；有源器件的第一输入端连接至所述桥式电路的输出端，有源器件的第二输入端用于连接载波信号；无源器件的输入端用于连接载波信号，无源器件根据所述载波信号输出包含有差分电容位移信息的调制信号，调制信号通过所述第一传输线和所述第二传输线传输给桥式电路和有源器件，通过所述第一传输线和所述第二传输线将无源器件与有源器件远离使得有源器件的热耗对无源器件区域不产生影响，有源器件用于输出惯性物体的相对位置信息。更进一步地，第一传输线和所述第二传输线为距离大于1米小于10米的同轴电缆。更进一步地，无源器件包括：机械敏感探头；机械敏感探头的输入端作为无源器件的输入端，机械敏感探头的第一输出端作为无源器件的第一输出端，机械敏感探头的第二输出端连作为所述无源器件的第二输出端；机械敏感探头用于探测位移运动信号。更进一步地，机械敏感探头包括：惯性物体，第一电容和第二电容，第一电容和第二电容分别接入第一传输线的一端和第二传输线的一端，当第一电容和第二电容的大小不相等时，桥式电路输出包含有差分电容位移信息的调制信号。更进一步地，有源器件包括：依次连接的前置放大器，信号处理电路，相敏检波电路和低通滤波器，所述前置放大器的输入端作为所述有源器件的第一输入端，相敏检波电路的控制端作为所述有源器件的第二输入端，所述低通滤波器的输出端作为所述有源器件的输出端；前置放大器用于将包含有差分电容位移信息的调制信号转化为电压信号，信号处理电路用于对所述电压信号进行滤波处理，所述相敏检波电路用于检测差分电容信号的振幅，所述低通滤波器用于解调出惯性物体缓变的相对位置信息。更进一步地，工作时，当机械敏感探头中惯性物体在惯性系统中发生位移运动时，其与框架形成的第一电容和第二电容大小发生变化，通过载波将缓慢变化的第一电容和第二电容调制在桥式电路中，远距离传输线用来传输第一电容和第二电容的差分调制信号，前置放大器将差分调制信号进一步放大为电压信号，信号处理电路对放大后的信号进一步进行调理，相敏检波电路用于解调分离出缓慢变化的第一电容和第二电容的差分电容信号，低通滤波器用于滤除高频信号后得到低频差分电容信号，即实现了电容位移传感测量。本专利技术采用变压器初级远距离传输，采用第一传输线和第二传输线将无源的机械敏感探头与有源的检测电路隔离开一段距离，从而降低有源检测电路对无源机械敏感探头的热影响和温度影响，满足需要远距离电容位移传感测量或对热耦合有较高要求的测量系统中；同时根据电路噪声计算，不会降低电容位移传感电路的检测分辨率。附图说明图1为本专利技术一种基于变压器初级远距离传输的电容位移传感装置的示意图。其中，1是载波信号；2是机械敏感探头，21是机械敏感探头中的惯性参考物体，22是第一电容，23是第二电容，22和23形成一对电容；3是桥式电路；41是第一传输线；42是第二传输线；5是前置放大器；6是信号处理电路；7是相敏检波电路；8是低通滤波器；9是无源(不发热)区域；10是有源(发热)区域。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术提供的远距离电容位移传感装置可以应用于需求高精度电容位移传感电路的各个应用领域，如加速度计、空间惯性传感器等惯性仪表或地球物理测量及观测仪器中。本专利技术结合机械敏感探头实现高精度位移检测，同时不对机械敏感探头产生较大的温度影响，从而保证整机的超高性能。图1示出了本专利技术实施例提供的一种基于变压器初级远距离传输的电容位移传感装置的结构，为了便于说明，仅示出了与本专利技术实施例相关的部分，详述如下：本专利技术实施例提供的电容位移传感装置包括：无源器件，远距离传输线、桥式电路和有源器件；远距离传输线包括第一传输线41和第二传输线42，其中第一传输线41的一端连接至无源器件的第一输出端，第一传输线41的另一端连接至桥式电路3的第一输入端；第二传输线42的一端连接至无源器件的第二输出端，第二传输线42的另一端连接至桥式电路3的第二输入端；无源器件的输入端用于连接载波信号，本专利技术中无源器件具有两个输出端即分别为第一电容22的电容引线输出端和第二电容23的电容引线输出端，第一传输线41的一端连接至无源器件的第一输出端，第一传输线41的另一端连接至桥式电路的第一输入端，第二传输线42的一端连接至无源器件的第二输出端，第二传输线42的另一端连接至桥式电路3的第二输入端，桥式电路的输出端连接到有源器件的第一输入端，远距离传输线用于将无源器件与有源器件远离，达到有源器件的热耗对无源器件(特别是机械敏感探头)不产生影响的目的，同时达到将无源器件的输出端信号连接给桥式电路3输入端的目的，进而实现后续的电路功能，具体而言，本专利技术中远距离传输线放置在变压器桥式电路的初级。桥式电路3输出端包含有差分电容位移信息的调制信号，有源器件的第一输入端用于接收包含有差分电容位移信息的调制信号；有源器件的输出端最终输出惯性物体的相对位置信息。无源器件区域包括：机械敏感探头2，机械敏感探头是物理上的机械传感单元；其中，机械敏感探头2包括：惯性物体21，第一电容22和第二电容23，第一电容22和第二电容23分别接入(变压器)桥式电路的两个桥路，当第一电容22和第二电容23的大小不相等时，桥式电路输出包含有差分电容位移信息的调制信号。桥式电路3主要用于输出两个桥路不平衡时的差分信号，本专利技术中第一电容22和第二电容23分别接入(变压器)桥式电路的两个桥路，当第一电容22和第二电容23的大小不相等时，桥式电路输出包含有差分电容位移信息的调制信号。远距离传本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于变压器初级远距离传输的电容位移传感装置，其特征在于，包括：无源器件，远距离传输线，桥式电路(3)和有源器件；所述远距离传输线包括：第一传输线(41)和第二传输线(42)，所述第一传输线(41)的一端连接至所述无源器件的第一输出端，所述第一传输线(41)的另一端连接至所述桥式电路(3)的第一输入端；所述第二传输线(42)的一端连接至所述无源器件的第二输出端，所述第二传输线(42)的另一端连接至所述桥式电路(3)的第二输入端；有源器件的第一输入端连接至所述桥式电路(3)的输出端，有源器件的第二输入端用于连接载波信号；所述无源器件的输入端用于连接载波信号，所述无源器件根据所述载波信号输出包含有差分电容位移信息的调制信号，所述调制信号通过所述第一传输线(41)和所述第二传输线(42)传输给所述桥式电路(3)和有源器件，通过所述第一传输线(41)和所述第二传输线(42)将无源器件与有源器件远离使得有源器件的热耗对无源器件区域不产生影响，所述有源器件用于输出惯性物体的相对位置信息。

【技术特征摘要】
1.一种基于变压器初级远距离传输的电容位移传感装置，其特征在于，包括：无源器件，远距离传输线，桥式电路(3)和有源器件；所述远距离传输线包括：第一传输线(41)和第二传输线(42)，所述第一传输线(41)的一端连接至所述无源器件的第一输出端，所述第一传输线(41)的另一端连接至所述桥式电路(3)的第一输入端；所述第二传输线(42)的一端连接至所述无源器件的第二输出端，所述第二传输线(42)的另一端连接至所述桥式电路(3)的第二输入端；有源器件的第一输入端连接至所述桥式电路(3)的输出端，有源器件的第二输入端用于连接载波信号；所述无源器件的输入端用于连接载波信号，所述无源器件根据所述载波信号输出包含有差分电容位移信息的调制信号，所述调制信号通过所述第一传输线(41)和所述第二传输线(42)传输给所述桥式电路(3)和有源器件，通过所述第一传输线(41)和所述第二传输线(42)将无源器件与有源器件远离使得有源器件的热耗对无源器件区域不产生影响，所述有源器件用于输出惯性物体的相对位置信息。2.如权利要求1所述的电容位移传感装置，其特征在于，所述第一传输线(41)和所述第二传输线(42)为距离大于1米小于10米的同轴电缆。3.如权利要求1所述的电容位移传感装置，其特征在于，所述无源器件包括：机械敏感探头(2)；所述机械敏感探头(2)的输入端作为所述无源器件的输入端，所述机械敏感探头(2)的第一输出端作为所述无源器件的第一输出端，所述机械敏感探头(2)的第二输出端连作为所述无源器件的第二输出端；所述机械敏感探头(2)用于探测位移运动信号。4.如权利要求3所述的电容位移传感装置，...

【专利技术属性】
技术研发人员：白彦峥，周泽兵，屈少波，吴书朝，胡明，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42