基于电压时间转换的电容式压力检测装置、方法及传感器制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种基于电压时间转换的电容式压力检测装置、方法及传感器。所述装置包括：电容组件、与所述电容组件连接的充电控制模块和放电控制模块、与所述放电控制模块和所述电容组件连接的计数模块、以及输出模块；其中，所述电容组件的电容量根据待检测压力的变化而改变；所述充电控制模块用于对所述电容组件进行充电，使所述电容组件的电压达到充电电压；所述放电控制模块用于对所述电容组件进行放电，使所述电容组件的电压降到0V；所述计数模块用于获取并记录所述电容组件的放电时间；所述输出模块用于将所述放电时间进行输出，完成将待测压力转换为电容组件的放电时间。有效地降低了电路噪声，避免了零点漂移。

Capacitive pressure detection device, method and sensor based on voltage time conversion

【技术实现步骤摘要】
基于电压时间转换的电容式压力检测装置、方法及传感器
本专利技术涉及一种基于电压时间转换的电容式压力检测装置、方法及传感器。
技术介绍
电容式传感器是以电容器作为传感元件，将被测转物理量或机械量换成为电容量变化的一种转换装置。常规的电容式传感器测量时通过将电容的充放电电量用电压来表示，该电压再通过运算放大器放大电路进行信号放大调理输出，但在放大调理的过程中(尤其在检测信号微小时，需要多级放大)，难免会遇到由于逐级放大和测量环境温度变化而造成的各个器件参数值的变化，从而引起零点漂移，而且信号放大的过程中，测量电路产生的噪声也将逐级放大。其中，差分电容式压力检测装置，其检测原理是通过一对高精度差分电容的微小变化来表达被测环境压力，其理想的检测结果通常为压力与系统电路输出电压呈线性关系。但当电容变化范围极小时，测量的精度和零点漂移就很难解决。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题现有技术中，当电容变化范围极小时，测量的精度和零点漂移很难解决。(二)技术方案为了解决上述问题，本专利技术一个方面提供了一种基于电压时间转换的电容式压力检测装置，所述装置包括：电容组件、与所述电容组件连接的充电控制模块和放电控制模块、与所述放电控制模块和所述电容组件连接的计数模块、以及输出模块；其中，所述电容组件的电容量根据待检测压力的变化而改变；所述充电控制模块用于对所述电容组件进行充电，使所述电容组件的电压达到充电电压；所述放电控制模块用于对所述电容组件进行放电，使所述电容组件的电压降到0V；所述计数模块用于获取并记录所述电容组件的放电时间；所述输出模块用于将所述放电时间进行输出，完成将待测压力转换为电容组件的放电时间。可选地，所述电容组件为由第一电容和第二电容构成的差分电容。可选地，所述充电控制模块包括：充电电源，用于对所述第一电容和第二电容进行充电；第一控制电路，通过第一控制开关控制所述充电电源是否对所述第一电容进行充电；第二控制电路，通过第二控制开关控制所述充电电源是否对所述第二电容进行充电。可选地，所述放电控制模块包括：第三控制电路，通过第三控制开关控制是否对所述第一电容进行放电；第四控制电路，通过第四控制开关控制是否对所述第二电容进行放电。可选地，所述计数模块包括：计数器，所述计数器与所述第一电容和第二电容连接，用于记录所述电容组件的放电时间；比较器，所述比较器与所述第一电容、第二电容以及计数器连接，用于在电容组件的电压降到0V时，使所述计数器停止计数。可选地，所述装置还包括：计数调整模块，用于根据所述电容组件的电容量变化值调整所述计数器的计数频率。可选地，所述计数器设置于单片机、ARM、或DSP中。本专利技术另一个方面提供了一种基于电压时间转换的电容式压力检测方法，所述方法包括：对电容组件进行充电，使所述电容组件的电压达到充电电压；对所述电容组件进行放电，使所述电容组件的电压降到0V；获取并记录所述电容组件的放电时间；将所述放电时间进行输出，完成将待测压力转换为电容组件的放电时间。可选地，所述方法还包括：根据所述电容组件的电容量变化值调整所述计数器的计数频率。本专利技术再一个方面提供了一种电容式压力传感器，所述传感器包括上文所述的电容式压力检测装置。(三)有益效果本专利技术至少具有以下有益效果：(1)本专利技术通过将待测压力的变化转换为电容量的变化，然后电容量的变化影响其放电时间，即实现了压力的变化由电容的变化表达，而电容量的变化由电容放电的时间变化来表达的过程。有效地降低了电路噪声，避免了零点漂移。(2)本专利技术可以根据实际情况将计数频率提高，使得计数更准确，精度更高，从而保证测量的稳定性。附图说明图1是本专利技术一个实施例提供的基于电压时间转换的电容式压力检测装置的模块结构示意图；图2是本专利技术一个实施例提供的基于电压时间转换的电容式压力检测装置的结构示意图；图3是本专利技术一个实施例提供的基于电压时间转换的电容式压力检测方法流程图。具体实施方式以下，将参照附图来描述本专利技术的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本专利技术的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本专利技术实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本专利技术的概念。在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本专利技术。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。本专利技术实施例提供了一种基于电压时间转换的电容式压力检测装置，参见图1，所述装置包括：电容组件、与所述电容组件连接的充电控制模块和放电控制模块、与所述放电控制模块和所述电容组件连接的计数模块、以及输出模块；其中，所述电容组件的电容量根据待检测压力的变化而改变；所述充电控制模块用于对所述电容组件进行充电，使所述电容组件的电压达到充电电压；所述放电控制模块用于对所述电容组件进行放电，使所述电容组件的电压降到0V；所述计数模块用于获取并记录所述电容组件的放电时间；所述输出模块用于将所述放电时间进行输出，完成将待测压力转换为电容组件的放电时间。本专利技术中的电容组件为现有技术中用于测量压力的电容器，例如其可以为一个电容器，也可以为一对差分电容，用于测量压力的电容器在其待测压力变化时，电容量会随之变化，由此将待测压力的变化转换为电容量的变化，然后通过对该电容组件进行充电和放电，并在放电时进行计数，得到放电时间。由于不同的电容量其放电时间不同，本专利技术通过将待测压力的变化转换为电容量的变化，然后电容量的变化影响其放电时间，即实现了压力的变化由电容的变化表达，而电容量的变化由电容放电的时间变化来表达的过程。有效地降低了电路噪声，避免了零点漂移。需要说明的是，现有技术中电容式压力检测装置的检测原理是压力的变化由电容的变化表达，然后通过将电容的充放电电量用电压变化来表达，测到的电压再通过运算放大器放大电路进行信号放大调理输出，但在放大调理的过程中，尤其在检测信号微小时，需要多级放大，难免会遇到由于逐级放大和测量环境温度变化而造成的各个器件参数值的变化，从而引起的零点漂移，而且信号放大的过程中，测量电路产生的噪声也将逐级放大。即其需要将压力变化转换成模拟量信号(压力值0-10V)，再进行模数转换，得到数字量的变化值。而本专利技术采用数字化的处理方式，即通过计数模块得到电容组件的放电时间，该放电时间不需要再经过数模转换，其直接得到的就是数字量的变化值，合理的规避了现有技术中信号放大调理的过程中遇本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于电压时间转换的电容式压力检测装置，其特征在于，所述装置包括：电容组件、与所述电容组件连接的充电控制模块和放电控制模块、与所述放电控制模块和所述电容组件连接的计数模块、以及输出模块；/n其中，所述电容组件的电容量根据待检测压力的变化而改变；/n所述充电控制模块用于对所述电容组件进行充电，使所述电容组件的电压达到充电电压；/n所述放电控制模块用于对所述电容组件进行放电，使所述电容组件的电压降到0V；/n所述计数模块用于获取并记录所述电容组件的放电时间；/n所述输出模块用于将所述放电时间进行输出，完成将待测压力转换为电容组件的放电时间。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于电压时间转换的电容式压力检测装置，其特征在于，所述装置包括：电容组件、与所述电容组件连接的充电控制模块和放电控制模块、与所述放电控制模块和所述电容组件连接的计数模块、以及输出模块；
其中，所述电容组件的电容量根据待检测压力的变化而改变；
所述充电控制模块用于对所述电容组件进行充电，使所述电容组件的电压达到充电电压；
所述放电控制模块用于对所述电容组件进行放电，使所述电容组件的电压降到0V；
所述计数模块用于获取并记录所述电容组件的放电时间；
所述输出模块用于将所述放电时间进行输出，完成将待测压力转换为电容组件的放电时间。


2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电容组件为由第一电容(C1)和第二电容(C2)构成的差分电容。


3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述充电控制模块包括：
充电电源(0)，用于对所述第一电容(C1)和第二电容(C2)进行充电；
第一控制电路，通过第一控制开关(K1)控制所述充电电源(0)是否对所述第一电容(C1)进行充电；
第二控制电路，通过第二控制开关(K3)控制所述充电电源(0)是否对所述第二电容(C2)进行充电。


4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述放电控制模块包括：
第三控制电路，通过第三控制开关(K2)控制是否对所述第一电容(C1)进行放电；
第四控制电路，通过第四控...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑旭，林琳，远雁，郜晨希，王迪，刘瑞琪，李超波，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11