一种可测量非接地目标板的电容传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种可测量非接地目标板的电容传感器，属于传感器技术领域。本发明专利技术包括：两个电流源，用于供给交流电流，且两个电流源的电流方向相反；两个电流源分别激励两个电容传感器电路；两个探头，均作为电容传感器的第一电极板；电容传感器的第二电极板为同一个导体目标板；第二电极板和两个第一电极板形成两个待测电容；所述目标板不接地，目标板与电路地之间引入杂散电容；电流源在待测电容上形成压降，该压降经解调滤波电路后反映待测电容的大小。本发明专利技术设计双探头结构，和同幅反向电流源电路配合，实现目标板非接地情况下的电容测量，适用于高速旋转轴等目标板无法实现有效连接的场合。接的场合。接的场合。

【技术实现步骤摘要】
一种可测量非接地目标板的电容传感器


[0001]本专利技术涉及传感器
，尤其涉及一种可测量非接地目标板的电容传感器。

技术介绍

[0002]电容传感器是一种基于电容随其他物理量的变化关系进行测量的传感器，由电容计算公式C＝εS/d可知，电容器的电容值C与电容两极板间介电常数ε、极板面积S、极板间距d有关。固定其中的两个量，则容值的变化可反映另一个量的变化，例如，将电容极板固定在两个被测面上，即可通过测量电容器的电容值测量被测面之间的距离。
[0003]一般来说，电容传感器的探头是一个极板，被侧面作为另一个极板，二者形成电容。因此，在使用电容传感器时目标板须是金属，且目标板须接到电路中，一般情况下是接电路地。但在某些测量场合，例如测量轴等高速旋转部件时，目标板无法接地，导致无法形成电容并完成测量。
[0004]中国专利公开号CN 1551988A，公开了一种传感器电容检测装置及传感器电容检测方法；该申请案在第一运算放大器OP1的反馈电路中串联插入电容C及阻抗变换器H
iz
，在所述电容与变换器的连接点上通过信号线L连接电极P1。信号线L通过高阻值的电阻R3连接在基准电位上。虽然在反馈电路中插入电容时，信号线处于悬浮状态，电路动作变得不稳定，但由于信号线L通过电阻R3被固定在规定的电位上，因此可使其动作稳定。此外，也可以用电压跟随器构成阻抗变换器，并在其输出上连接电阻R3。该申请案实现了对微小电容的准确测定，在解决问题的原理上与本专利存在近似，但并不能解决本专利所述在某些测量场合，目标板无法接地，导致无法形成电容并完成测量的问题。

技术实现思路

[0005]1.专利技术要解决的技术问题
[0006]鉴于上述现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种可测量非接地目标板的电容传感器；本专利技术设计双探头结构，和同幅反向电流源电路配合，实现目标板非接地情况下的电容测量，适用于高速旋转轴等目标板无法实现有效连接的场合。
[0007]2.技术方案
[0008]为达到上述目的，本专利技术提供的技术方案为：
[0009]本专利技术的一种可测量非接地目标板的电容传感器，包括：
[0010]两个电流源，用于供给交流电流，且两个电流源的电流方向相反；两个电流源分别激励两个电容传感器电路；
[0011]两个探头，均作为电容传感器的第一电极板；电容传感器的第二电极板为同一个导体目标板；第二电极板和两个第一电极板形成两个待测电容；
[0012]所述目标板不接地，目标板与电路地之间引入杂散电容；
[0013]两个运算放大器；
[0014]两个解调滤波电路；
[0015]电流源激励待测电容，在待测电容上形成压降，该压降经解调滤波电路后反映待测电容的大小。
[0016]更进一步地，所述的电流源为恒定幅值的交流电流源，且两个电流源的幅值大小完全相同。
[0017]本专利技术的一种可测量非接地目标板的电容传感器，包括：
[0018]激励电压U0；
[0019]变压器T，将激励电压转换为同幅反向的两路，分别激励两个电容传感器电路；
[0020]两个探头，均作为电容传感器的第一电极板；电容传感器的第二电极板为同一个导体目标板B；第二电极板和两个第一电极板形成两个待测电容C
x1
，C
x2
；
[0021]所述目标板B不接地，目标板B与电路地之间引入杂散电容C
stray
；
[0022]两个运算放大器；
[0023]两个解调滤波电路；
[0024]激励电压、运算放大器共同作用，在待测电容C
x1
，C
x2
上形成压降，该压降经解调滤波电路后反映待测电容的大小。
[0025]更进一步地，两个运算放大器的负输入端分别连接参考电容Cref1，Cref2；运算放大器通过负反馈将负输入端的电位拉到仪器地上，在参考电容Cref1，Cref2上形成与交流电压源相同的压降，交流电压源、参考电容、运算放大器三者共同组成一个恒定幅值的交流电流源，该电流源在待测电容C
x1
，C
x2
上形成压降。
[0026]更进一步地，所述的参考电容Cref1、参考电容Cref2的容值相等。
[0027]更进一步地，所述的两个探头采用相同的电容传感器敏感元件，该探头通过同轴线L连接传感器主电路。
[0028]3.有益效果
[0029]采用本专利技术提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：
[0030]本专利技术的一种可测量非接地目标板的电容传感器，由于采取了同幅反向电流源以及双电容探头配置，从一个电流源流出的电流可以经过两个电容后完全由另一个电流源吸收，电流不需要从目标板回到测量电路，因此目标板不需要进行任何连接即可完成测量。与一般的电容传感器相比本专利技术的使用更方便，适用于高速旋转轴等目标板无法实现有效连接的场合。
附图说明
[0031]图1为交流电流源激励电容传感器的原理图；
[0032]图2为图1的一种具体电路结构；
[0033]图3为本专利技术中目标板不用接地的电容传感器原理图；
[0034]图4为图3的一种具体实施方式示意图；
[0035]图5为目标板不需接地的电容传感器结构示意图。
具体实施方式
[0036]为进一步了解本专利技术的内容，结合附图和实施例对本专利技术作详细描述。
[0037]实施例1
[0038]电容传感器有多种电路实现形式，其中使用交流电流源方式可以直接输出与极板间距成线性关系的电压。电路如图1所示，恒定幅值的交流电流源输出的电流通过待测电容C
x
，在待测电容C
x
上形成压降，该电压经跟随器输入到后级电路进行解调并输出。此处跟随器输入阻抗远大于C
x
的阻抗，因此电流源在跟随器上的分流不影响电容的测量。
[0039]其中，由公式C
x
＝ε*S/d可知，极板面积S与介电常数ε为定值，C
x
随极板间距d变化而变化。恒定幅值的交流电流源在待测电容上形成压降的幅值为式中除d外其他均为定值，U与d为线性关系，可通过检测U来获得极板间距。图1电路中C
x
的上极板为电容传感器探头，下极板为目标板，该目标板需接地。
[0040]图2是图1的一种具体电路结构，运算放大器通过负反馈将负输入端的电位拉到仪器地上，从而在参考电容Cref上形成与交流电压源相同的压降，则通过Cref的电流为一固定幅值的交流电流。同时，运算放大器的输入端阻抗非常大，不在该处形成分流；交流电压源、参考电容、运算放大器三者共同组成一个恒定幅值的交流电流源，该电流源在待测电容C
x
上形成压降，该压降经解调滤波后可反映该电容的大小。但在某些测量场合，例如测量轴等高速旋转部件时，目标板无法接地，导致无法形本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可测量非接地目标板的电容传感器，其特征在于，包括：两个电流源，用于供给交流电流，且两个电流源的电流方向相反；两个电流源分别激励两个电容传感器电路；两个探头，均作为电容传感器的第一电极板；电容传感器的第二电极板为同一个导体目标板；第二电极板和两个第一电极板形成两个待测电容；所述目标板不接地，目标板与电路地之间引入杂散电容；两个运算放大器；两个解调滤波电路；电流源激励待测电容，在待测电容上形成压降，该压降经解调滤波电路后反映待测电容的大小。2.根据权利要求1所述的一种可测量非接地目标板的电容传感器，其特征在于：所述的电流源为恒定幅值的交流电流源，且两个电流源的幅值大小完全相同。3.一种可测量非接地目标板的电容传感器，其特征在于，包括：激励电压U0；变压器T，将激励电压转换为同幅反向的两路，分别激励两个电容传感器电路；两个探头，均作为电容传感器的第一电极板；电容传感器的第二电极板为同一个导体目标板B；第二电极板和两个第一电极板形成两个待测电容C
x1
，C
x2
；所述目标板B不接地，目标板B与电路地之间...

【专利技术属性】
技术研发人员：李伟，李明夏，曹龙轩，赵国锋，
申请(专利权)人：安徽见行科技有限公司，
类型：发明
国别省市：