[發明專利]電容比值式覆冰厚度傳感器及其檢測方法

無效

• 申請號: 200810055051.9
• 申請日: 2008-06-06
• 公開（公告）號: CN101285673A
• 公開（公告）日: 2008-10-15
• 發明（設計）人: 秦建敏;張建國;程鵬;崔玖菊;崔麗琴
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: G01B7/06
• 分類號: G01B7/06
• 代理公司: 山西太原科衛專利事務所
• 代理人: 戎文華

1.電容比值式覆冰厚度傳感器，內部含有單片機、雙路電容數字轉換器、基準平行極板檢測電容器、一組平行極板檢測電容器、雙路可編程控制刻度選通電路，其特征是：傳感器由外部有懸掛固定鉤的矩型金屬屏蔽保護外殼(1)，嵌入在矩型金屬屏蔽保護外殼(1)內部的單片機(2)，由專用集成電路AD7746構成的雙路電容數字轉換器(3)，極板之間空間內始終充滿空氣介質、兩電容極板與雙路電容數字轉換器(3)中某一路信號輸入端相連接的基準平行極板檢測電容器(4)，極板之間空間內充滿被檢測介質覆冰或空氣、幾何結構與基準平行極板檢測電容器完全相同并且按固定標尺刻度間距位置排列的一組平行極板檢測電容器(5)，由兩片通用集成電路CD4067構成的雙路可編程控制刻度選通電路(6)，絕緣保溫密封添充材料(7)和接線插座(8)構成；其中，單片機(2)可以采用MSC-51系列及其兼容8位單片機或MSP-430系列及其兼容16位單片機，雙路可編程控制刻度選通電路(6)中兩片CD4067集成電路各對應輸入端通過導線按相同順序分別與各平行極板檢測電容器(5)兩側的電容極板相連接，公共輸出端通過導線與雙路電容數字轉換器(3)中另一路信號輸入端相連接；暴露于被測空間的各平行極板檢測電容器兩極片空間充滿被檢測介質，包括覆冰，空氣。

2.權利要求1所述的電容比值式覆冰厚度傳感器的檢測方法特征在于，使用時，首先將傳感器垂直固定在被測物體表面或下方，檢測時外部電源通過傳感器接線插座(8)給傳感器內部檢測電路接通工作電源后，傳感器內部單片機(2)通過固化在內部ROM存儲器內的程序經自己的I/O接口，同時向構成雙路可編程控制刻度選通電路(6)的兩片CD4067禁止端15腳發送低電平控制信號，然后按照從1到16的BCD碼編碼順序同時向兩片CD4067的譯碼選通端10腳、11腳、13腳、14腳發出譯碼選通控制信號，使兩片CD4067的16個輸入端按照從1到16順序與各自的公共輸出端接通，也就是將電容兩側極板分別與兩片CD4067的16個輸入端順序相聯結的各平行極板檢測電容器(5)與雙路電容數字轉換器(3)中的另一路電容數字轉換器信號輸入端接通，這樣就由傳感器內部單片機(2)，雙路電容數字轉換器(3)中的另一路電容數字轉換器，雙路可編程控制刻度選通電路(6)，被接通的平行極板檢測電容器(5)，被接通的平行極板檢測電容器(5)極板空間內的被測介質形成電容檢測回路，由于平行極板檢測電容器(5)極板空間內的被測介質可能會是空氣或覆冰兩種狀態，其不同的介電常數導致平行極板檢測電容器呈現不同的電容數值，這一數值被雙路電容數字轉換器(3)轉換成相應的數字量形式后輸出并被單片機(2)采集，存儲；與此同時，由傳感器內部單片機(2)，雙路電容數字轉換器(3)，基準平行極板檢測電容器(4)構成基準電容值檢測回路，由于基準平行極板檢測電容器(4)極板空間內的介質是空氣，在一定溫度下其呈現確定的電容數值，這一數值被雙路電容數字轉換器(3)轉換成相應的數字量形式后輸出后也被單片機(2)按照預先編制的程序采集，存儲，并把已測得的各平行極板檢測電容器(5)被檢測電容值進行比較、判斷；按照我們在實驗室所做大量實驗數據表明(見秦建敏，程鵬.電容式冰層厚度傳感器及其檢測方法的研究[J].微納電子技術，2007，7/8：185-187)，對相同幾何結構的平行極板電容器，當極板空間為冰與空氣兩種不同的介質材料時，其電容比值要大于等于2，根據這一特點，如果已測得的傳感器某一刻度垂直水平切面平行極板檢測電容器(5)被檢測電容值相對于測得的基準電容值比值大于等于2，則可斷定這一刻度垂直水平切面平行極板檢測電容器(5)極板空間內被測介質是覆冰，反之為空氣，最后對獲取的各平行極板檢測電容器(5)電容值進行比較判斷后，當標尺刻度間距為事先確定好的固定長度值時，根據各平行極板檢測電容器(5)對應的標尺位置與極板空間介質為覆冰的平行極板檢測電容器個數，可以確定傳感器表面：

覆冰厚度＝固定長度值x介質為覆冰的平行極板檢測電容器個數。

雖然平行極板電容器的電容值會隨溫度的變化發生偏移，但由于采用被測電容值的比值進行結果判斷，這一偏移在比較過程中基本被抵消，所以傳感器具有很好的溫度穩定性。