电容测量系统、方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种电容测量系统、方法和装置，涉及电容测量技术领域，该电容测量系统包括充放电电路、控制器、TDC测量电路、参考电容和待测电容；该充放电电路分别与控制器和TDC测量电路相连，该充放电电路分别与参考电容和待测电容相连；该控制器用于控制该充放电电路分别给参考电容和待测电容充电，还用于向TDC测量电路发送充电开始信号和充电结束信号；该TDC测量电路用于计算参考电容的充电时间和待测电容的充电时间，并根据待测电容充电时间与参考电容充电时间的比值乘以该参考电容的容量，以得到该待测电容的容量。本发明专利技术实施例提供的一种电容测量系统、方法和装置，可以提高电容测量的精度，并且测量方法更简单、测量量程更大。

Capacitance measurement system, method and device

The invention provides a capacitance measuring system, method and device, which relates to the technical field of capacitance measurement. The capacitance measuring system comprises a charging and discharging circuit, a controller, a TDC measuring circuit, a reference capacitor and a capacitance to be measured; the charging and discharging circuit is respectively connected with the controller and a TDC measuring circuit, and the charging and discharging circuit is respectively with a reference. The controller is used to control the charging and discharging circuit to charge the reference capacitor and the measured capacitor respectively, and to send the charging start signal and the charging end signal to the TDC measuring circuit. The ratio of the charging time of the capacitor to the charging time of the reference capacitor is multiplied by the capacity of the reference capacitor to obtain the capacity of the capacitor to be measured. The embodiment of the invention provides a capacitance measurement system, method and device, which can improve the accuracy of capacitance measurement, and the measurement method is simpler and the measurement range is larger.

【技术实现步骤摘要】
电容测量系统、方法和装置
本专利技术涉及电容测量
，尤其是涉及一种电容测量系统、方法和装置。
技术介绍
电容是电学计量的一个重要物理量，电容传感器因其小尺寸和低功耗以及高精度等方面的特性，在工业以及消费类产品等多种领域中都有非常广泛的应用。目前针对电容的测量，常用的方法有共振法、振荡法、充放电法及交流激励法等，其中共振法和振荡法不适合应用于对微小电容的高精度测量场合中，充放电法时漂及温漂较大，因而系统的稳定性有限；交流激励法响应时间长，且不便于实际应用。上述电容测量方法除均具有各自无法克服的局限性外，通常还需要依赖复杂的电路设计，实现操作复杂，电容测量范围固定且难以进行扩展，因而无法实现对各种大小电容的测量。即便通过电容数字转换器芯片的方式可以一定程度上简化电路结构，但通常该类芯片的价格高且使用复杂，且性能以及对测量电容本身依然存在多种限制。整体来说，目前的电容测量方法还存在测量方法复杂、测量精度低、测量量程不够大的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种电容测量系统、方法和装置，可以提高电容测量的精度，并且测量方法更简单、测量量程更大。第一方面，本专利技术实施例提供了一种电容测量系统，包括：充放电电路、控制器、TDC测量电路、参考电容和待测电容；该充放电电路分别与控制器和TDC测量电路相连，该充放电电路分别与参考电容和待测电容相连；该控制器用于控制该充放电电路分别给参考电容和待测电容充电，该控制器还用于向TDC测量电路发送充电开始信号和充电结束信号；该TDC测量电路用于当接收到该充电开始信号时，记录当前时间为第一时间；当接收到该充电结束信号时，记录当前时间为第二时间；该TDC测量电路用于根据第一时间和第二时间分别计算参考电容的充电时间和待测电容的充电时间；该TDC测量电路还用于计算该待测电容的充电时间与该参考电容的充电时间的比值，并将该比值乘以该参考电容的容量，以得到该待测电容的容量。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，该充放电电路包括比较器，以及与该比较器的第一输入端、第二输入端分别相连的电流源和基准电压；该第一输入端分别与参考电容和待测电容相连；该比较器的输出端与控制器相连。结合第一方面的第一种可能的实施方式，本专利技术实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，当该控制器接收到比较器输出端的电平反转信号时，该控制器向TDC测量电路发送充电结束信号。结合第一方面的第一种可能的实施方式，本专利技术实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，该电流源为可变电流源，该基准电压为可变基准电压。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，该控制器为单片机或PLC。第二方面，本专利技术实施例还提供了一种电容测量方法，该方法基于上述第一方面及其可能的实施方式之一提供的电容测量系统实现，该方法包括：分别获取待测电容的第一充电时长和参考电容的第二充电时长；该第一充电时长和该第二充电时长为电容从完全放电状态至充电到预设电位值所需的时长；计算该第一充电时长和该第二充电时长的比值；将该比值和参考电容的容量相乘得到待测电容的容量。结合第二方面，本专利技术实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，上述分别获取待测电容的第一充电时长和参考电容的第二充电时长的步骤之前，还包括：当该待测电容充电时，将当前时间记录为第一时间；当该待测电容充电到预设电位值时，将当前时间记录为第二时间；将该第二时间和该第一时间的差值作为第一充电时长；当该参考电容充电时，将当前时间记录为第三时间；当该参考电容充电到预设电位值时，将当前时间记录为第四时间；将该第四时间和该第三时间的差值作为第二充电时长。第三方面，本专利技术实施例还提供了一种电容测量装置，包括：时长获取模块，用于分别获取待测电容的第一充电时长和参考电容的第二充电时长；该第一充电时长和该第二充电时长为电容从完全放电状态至充电到预设电位值所需的时长；比值计算模块，用于计算该第一充电时长和该第二充电时长的比值；容量计算模块，用于将该比值和该参考电容的容量相乘得到该待测电容的容量。结合第三方面，本专利技术实施例提供了第三方面的第一种可能的实施方式，其中，该时长获取模块包括：第一充电时长单元，用于当该待测电容充电时，将当前时间记录为第一时间；当该待测电容充电到预设电位值时，将当前时间记录为第二时间；并将该第二时间和该第一时间的差值作为第一充电时长；第二充电时长单元，用于当该参考电容充电时，将当前时间记录为第三时间；当该参考电容充电到预设电位值时，将当前时间记录为第四时间；并将该第四时间和该第三时间的差值作为第二充电时长。第四方面，本专利技术实施例还提供了一种电容测量装置，该装置包括处理器，存储器，总线和通信接口，该处理器、通信接口和存储器通过总线连接；该存储器用于存储程序；该处理器，用于通过总线调用存储在该存储器中的程序，执行上述第二方面及其可能的实施方式之一提供的方法。本专利技术实施例带来了以下有益效果：本专利技术实施例提供的电容测量系统、方法和装置，该电容测量系统包括充放电电路、控制器、TDC测量电路、参考电容和待测电容；该充放电电路分别与控制器和TDC测量电路相连，该充放电电路分别与参考电容和待测电容相连；该控制器用于控制该充放电电路分别给参考电容和待测电容充电，该控制器还用于向TDC测量电路发送充电开始信号和充电结束信号；该TDC测量电路用于当接收到该充电开始信号时，记录当前时间为第一时间；当接收到该充电结束信号时，记录当前时间为第二时间；该TDC测量电路用于根据第一时间和第二时间分别计算参考电容的充电时间和待测电容的充电时间；该TDC测量电路还用于计算该待测电容的充电时间与该参考电容的充电时间的比值，并将该比值乘以该参考电容的容量，以得到该待测电容的容量；可以提高电容测量的精度，并且测量方法更简单、测量量程更大。本公开的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本公开的上述技术即可得知。为使本公开的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种电容测量系统的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的一种电容测量系统的电路示意图；图3为本专利技术实施例提供的一种电容测量系统的TDC测量电路示意图；图4为本专利技术实施例提供的一种电容测量方法的流程示意图；图5为本专利技术实施例提供的一种电容测量装置的结构示意图；图6为本专利技术实施例提供的另一种电容测量装置的结构示意图。图标：11-充放电电路；12-控制器；13-TDC测量电路；14-参考电容；15-待测电容；51-时长获取模块；52-比值计算模块；53-容量计算模块；60-处理器；61-存储器；62-总线；63-通信接口。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电容测量系统，其特征在于，包括：充放电电路、控制器、TDC测量电路、参考电容和待测电容；所述充放电电路分别与所述控制器和所述TDC测量电路相连，所述充放电电路分别与所述参考电容和所述待测电容相连；所述控制器用于控制所述充放电电路分别给所述参考电容和所述待测电容充电，所述控制器还用于向所述TDC测量电路发送充电开始信号和充电结束信号；所述TDC测量电路用于当接收到所述充电开始信号时，记录当前时间为第一时间；当接收到所述充电结束信号时，记录当前时间为第二时间；所述TDC测量电路用于根据所述第一时间和所述第二时间分别计算所述参考电容的充电时间和所述待测电容的充电时间；所述TDC测量电路还用于计算所述待测电容的充电时间与所述参考电容的充电时间的比值，并将所述比值乘以所述参考电容的容量，以得到所述待测电容的容量。

【技术特征摘要】
1.一种电容测量系统，其特征在于，包括：充放电电路、控制器、TDC测量电路、参考电容和待测电容；所述充放电电路分别与所述控制器和所述TDC测量电路相连，所述充放电电路分别与所述参考电容和所述待测电容相连；所述控制器用于控制所述充放电电路分别给所述参考电容和所述待测电容充电，所述控制器还用于向所述TDC测量电路发送充电开始信号和充电结束信号；所述TDC测量电路用于当接收到所述充电开始信号时，记录当前时间为第一时间；当接收到所述充电结束信号时，记录当前时间为第二时间；所述TDC测量电路用于根据所述第一时间和所述第二时间分别计算所述参考电容的充电时间和所述待测电容的充电时间；所述TDC测量电路还用于计算所述待测电容的充电时间与所述参考电容的充电时间的比值，并将所述比值乘以所述参考电容的容量，以得到所述待测电容的容量。2.根据权利要求1所述的电容测量系统，其特征在于，所述充放电电路包括比较器，以及与所述比较器的第一输入端、第二输入端分别相连的电流源和基准电压；所述第一输入端分别与所述参考电容和所述待测电容相连；所述比较器的输出端与所述控制器相连。3.根据权利要求2所述的电容测量系统，其特征在于，当所述控制器接收到所述比较器输出端的电平反转信号时，所述控制器向所述TDC测量电路发送充电结束信号。4.根据权利要求2所述的电容测量系统，其特征在于，所述电流源为可变电流源，所述基准电压为可变基准电压。5.根据权利要求1所述的电容测量系统，其特征在于，所述控制器为单片机或PLC。6.一种电容测量方法，其特征在于，所述方法基于权利要求1-5任一项所述的电容测量系统实现，包括：分别获取所述待测电容的第一充电时长和所述参考电容的第二充电时长；所述第一充电时长和所述第二充电时长为电容从完全放电状态至充电到预设电位值所需的时长；计算所述第一充电时长和所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨宏，任立华，张敏，吕尧明，
申请(专利权)人：杭州米芯微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33