电容检测装置及系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开了电容检测装置及系统，涉及电容检测领域；包括：电容式微机械超声换能器、反馈电阻、补偿电阻、补偿电容以及运算放大器；所述电容式微机械超声换能器用于将直流偏置电压转化为微弱的电流信号；所述反馈电阻将电容式微机械超声换能器产生的微弱的电流信号转换为电压信号；所述补偿电阻保证运算放大器两输入端对地直流电阻相等；所述补偿电容用于运算放大器进行超前补偿；所述运算放大器用于对输入的电流信号进行放大。本发明专利技术电路简单，能够有效抑制漂移严重的问题，使得测量效果更加精确；克服了传统电荷转移法中电容的充放电由电子开关网络来控制，但电子开关会带来电荷注入效应，对测量结果的影响无法完全避免的缺陷。

【技术实现步骤摘要】
电容检测装置及系统
本专利技术涉及电容检测领域，尤其是电容检测装置及系统。
技术介绍
随着MEMS技术的发展，出现了电容式微机械超声换能器(cMUT)。电容式微机械超声换能器具有灵敏度高、频带宽、易于制造成大阵列等优势，因此其被广泛应用在压力、湿度、加速度、位移、气体等检测中。电容式微机械超声换能器在接受超声波作用时，自身的电容变化仅为fF级，远小于电路中的杂散电容，同时自激振荡和拖尾现象使输出信号受到影响，并使有用信号淹没在电路噪声中，加大测量难度。且电容式微机械超声换能器的谐振频率都在几百kHz到MHz之间，属于高频微弱电容信号检测范畴，对检测电路的检测精度要求很高，因此许多常规的电容检测方法已经不再适用。目前，微电容检测方法有充放电检测法、电荷转移法及跨阻放大检测法等。充放电法的电路简单，成本较低可采用CMOS工艺实现集成，数据读取速度较快，缺点为其采用直流电源，放大后的漂移问题严重，影响测量效果；电荷转移法中电容的充放电由电子开关网络来控制，但电子开关会带来电荷注入效应，对测量结果的影响无法完全避免。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种电容检测装置及系统，实现电路简单克服漂移严重的问题，使得测量效果更加精确；克服了传统电荷转移法中电容的充放电由电子开关网络来控制，但电子开关会带来电荷注入效应，对测量结果的影响无法完全避免的缺陷。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：电容检测装置，包括：电容式微机械超声换能器、反馈电阻、补偿电阻、补偿电容以及运算放大器；所述电容式微机械超声换能器用于将直流偏置电压转化为微弱的电流信号；所述反馈电阻将电容式微机械超声换能器产生的微弱的电流信号转换为电压信号；所述补偿电阻保证运算放大器两输入端对地直流电阻相等；所述补偿电容用于运算放大器进行超前补偿；所述运算放大器用于对输入的电流信号进行放大。进一步地，电容检测装置，还包括：在所述运算放大器的同相输入端和接地之间连接有一电容。进一步地，所述电容与补偿电阻并联。进一步地，所述补偿电阻的阻值与反馈电阻的阻值相等。电容检测系统，至少包括：电容、电容检测装置以及单片机；所述电容用于输出电压；所述电容检测装置用于对电容输出的电压进行检测并输出检测信号；所述单片机用于接收所述检测电路输出的检测信号。进一步地，所述电容为微机电容。进一步地，所述电容检测装置，包括：电容式微机械超声换能器、反馈电阻、补偿电阻、补偿电容以及运算放大器；所述电容式微机械超声换能器用于将直流偏置电压转化为微弱的电流信号；所述反馈电阻将电容式微机械超声换能器产生的微弱的电流信号转换为电压信号；所述补偿电阻保证运算放大器两输入端对地直流电阻相等；所述补偿电容用于运算放大器进行超前补偿；所述运算放大器用于对输入的电流信号进行放大。进一步地，在所述运算放大器的同相输入端和接地之间连接有一电容。进一步地，所述电容与补偿电阻并联。进一步地，所述补偿电阻的阻值与反馈电阻的阻值相等。本专利技术的有益效果是：本专利技术电路简单，能够有效抑制漂移严重的问题，使得测量效果更加精确；克服了传统电荷转移法中电容的充放电由电子开关网络来控制，但电子开关会带来电荷注入效应，对测量结果的影响无法完全避免的缺陷。附图说明图1为电容检测装置一个实施例的电路原理图；图2为电容检测系统一个实施例的系统框图。具体实施方式下面结合附图进一步详细描述本专利技术的技术方案，但本专利技术的保护范围不局限于以下所述。如图1所示，电容检测装置一个实施例的电路，具体包括：电容式微机械超声换能器cMUT、反馈电阻Rf、补偿电阻R、电容C、补偿电容Cf、以及运算放大器U；电容式微机械超声换能器cMUT的电压输入端与被测电容的电压输出端相连，电容式微机械超声换能器cMUT的输入端与运算放大器U的反向端相连；反馈电阻Rf与补偿电容Cf并联后的一端与电容式微机械超声换能器cMUT的输入端和运算放大器U的反向端之间的公共部分连接，反馈电阻Rf与补偿电容Cf并联后的另一端与运算放大器U的输出端相连；电容C与补偿电阻R并联后的一端与运算放大器U的同向端相连，电容C与补偿电阻R并联后的另一端接地。优选的，所述电容式微机械超声换能器cMUT检测电路采用跨阻放大检测法。电容式微机械超声换能器为400kHz的超声波及直流偏置的作用下产生微小电流，此电路将该微小电流经过运算放大器U(本实施例中所述运算放大器U为跨阻放大器)转换为可检测的电压。需要进行说明的是图中为微电容检测电路原理图，cMUT为电容式微机械超声换能器的等效模型。优选的，反馈电阻Rf其在I-V转换过程中起关键作用，反馈电阻Rf与运算放大器U构成电压并联负反馈，将所述电容式微机械超声换能器cMUT产生的微弱的电流信号转换为示波器可检测的电压信号。由于仅有反馈电阻Rf作用时的输出信号波形存在严重的自激振荡和拖尾现象，因此需要用补偿电容Cf对其进行超前补偿，消除此现象。在同相输入端和接地之间连接补偿电阻R，使运算放大器U两输入端对地直流电阻相等，避免运算放大器U输入偏置电流在两输入端之间产生附加的差模输入电压，其中补偿电阻R的阻值等于反馈电阻Rf的阻值，R上并联的电容C用于除去电阻R引入的杂散噪声。如图2所示，电容检测系统一个实施例，具体包括：电容、电容检测装置以及单片机；所述电容用于输出电压；所述电容检测装置用于对电容输出的电压进行检测并输出检测信号；所述单片机用于接收所述检测电路输出的检测信号。优选的，所述电容检测装置具体包括：电容式微机械超声换能器cMUT、反馈电阻Rf、补偿电阻R、电容C、补偿电容Cf、以及运算放大器U；电容式微机械超声换能器cMUT的电压输入端与被测电容的电压输出端相连，电容式微机械超声换能器cMUT的输入端与运算放大器U的反向端相连；反馈电阻Rf与补偿电容Cf并联后的一端与电容式微机械超声换能器cMUT的输入端和运算放大器U的反向端之间的公共部分连接，反馈电阻Rf与补偿电容Cf并联后的另一端与运算放大器U的输出端相连；电容C与补偿电阻R并联后的一端与运算放大器U的同向端相连，电容C与补偿电阻R并联后的另一端接地。优选的，所述电容式微机械超声换能器cMUT检测电路采用跨阻放大检测法。电容式微机械超声换能器为400kHz的超声波及直流偏置的作用下产生微小电流，此电路将该微小电流经过运算放大器U(本实施例中所述运算放大器U为跨阻放大器)转换为可检测的电压。需要进行说明的是图中为微电容检测电路原理图，cMUT为电容式微机械超声换能器的等效模型。优选的，反馈电阻Rf其在I-V转换过程中起关键作用，反馈电阻Rf与运算放大器U构成电压并联负反馈，将所述电容式微机械超声换能器cMUT产生的微弱的电流信号转换为示波器可检测的电压信号。由于仅有反馈电阻Rf作用时的输出信号波形存在严重的自激振荡和拖尾现象，因此需要用补偿电容Cf对其进行超前补偿，消除此现象。在同相输入端和接地之间连接补偿电阻R，使运算放大器U两输入端对地直流电阻相等，避免运算放大器U输入偏置电流在两输入端之间产生附加的差模输入电压，其中补偿电阻R的阻值等于反馈电阻Rf的阻值，R上并联的电容C用于除去电阻R引入的杂散噪声。最后说明的是，以上实施例仅用以说明本专利技术的技术方案而非限制，尽管参照较本文档来自技高网...

【技术保护点】
电容检测装置，其特征在于，包括：电容式微机械超声换能器、反馈电阻、补偿电阻、补偿电容以及运算放大器；所述电容式微机械超声换能器用于将直流偏置电压转化为微弱的电流信号；所述反馈电阻将电容式微机械超声换能器产生的微弱的电流信号转换为电压信号；所述补偿电阻保证运算放大器两输入端对地直流电阻相等；所述补偿电容用于运算放大器进行超前补偿；所述运算放大器用于对输入的电流信号进行放大。

【技术特征摘要】
1.电容检测装置，其特征在于，包括：电容式微机械超声换能器、反馈电阻、补偿电阻、补偿电容以及运算放大器；所述电容式微机械超声换能器用于将直流偏置电压转化为微弱的电流信号；所述反馈电阻将电容式微机械超声换能器产生的微弱的电流信号转换为电压信号；所述补偿电阻保证运算放大器两输入端对地直流电阻相等；所述补偿电容用于运算放大器进行超前补偿；所述运算放大器用于对输入的电流信号进行放大。2.根据权利要求1所述的电容检测装置，其特征在于，还包括：在所述运算放大器的同相输入端和接地之间连接有一电容。3.根据权利要求2所述的电容检测装置，其特征在于：所述电容与补偿电阻并联。4.根据权利要求1所述的电容检测装置，其特征在于：所述补偿电阻的阻值与反馈电阻的阻值相等。5.利用权利要求1-4任意一项所述的电容检测系统，其特征在于，至少包括：电容、电容检测装置以及单片机；所述电容用于输出电压；所述电容检测装置用于对电容输出的电压进行检...

【专利技术属性】
技术研发人员：张俭平，
申请(专利权)人：甘肃远效科技信息咨询有限公司，
类型：发明
国别省市：甘肃,62