[發(fā)明專利]一種基于DSP的平面電容傳感器測(cè)量系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310743347.0
• 申請(qǐng)日: 2013-12-30
• 公開（公告）號(hào): CN103697919A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃云志;徐成林;鄭亮;方敏;單開
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01D5/24
• 分類號(hào): G01D5/24
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責(zé)任公司 34101
• 代理人: 何梅生

1.一種基于DSP的平面電容傳感器測(cè)量系統(tǒng)，其特征是：

系統(tǒng)構(gòu)成包括平面電容傳感器、由直接數(shù)字頻率合成器DDS和差分放大電路構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)電路、調(diào)理電路、前級(jí)濾波電路、A/D電路、DSP、外擴(kuò)SRAM、鐵電存儲(chǔ)以及電源監(jiān)測(cè)電路；

設(shè)定測(cè)量系統(tǒng)利用平面電容傳感器進(jìn)行測(cè)量的起始頻率為F_s、終止頻率為F_E、總測(cè)量點(diǎn)數(shù)為N；所述DSP根據(jù)設(shè)定的起始頻率F_s、終止頻率F_E及總測(cè)量點(diǎn)數(shù)N計(jì)算得到每一個(gè)測(cè)量點(diǎn)對(duì)應(yīng)的頻率f_i，i=1,2,3…,N，控制所述DDS產(chǎn)生頻率為f_i的單極性正弦信號(hào)，并經(jīng)所述差分放大電路輸出幅值可調(diào)的正弦驅(qū)動(dòng)信號(hào)，所述正弦驅(qū)動(dòng)信號(hào)分別送至前級(jí)濾波電路和平面電容傳感器的驅(qū)動(dòng)電極；所述前級(jí)濾波電路對(duì)正弦驅(qū)動(dòng)信號(hào)處理后送至A/D電路；所述平面電容傳感器的驅(qū)動(dòng)電極在正弦驅(qū)動(dòng)信號(hào)的激勵(lì)下，在其感應(yīng)電極輸出同頻率正弦感應(yīng)信號(hào)并經(jīng)所述調(diào)理電路處理后送至前級(jí)濾波電路；所述前級(jí)濾波電路對(duì)正弦感應(yīng)信號(hào)處理后送至A/D電路；

所述A/D電路按照設(shè)定的采樣頻率，同步采樣所述濾波電路處理后的正弦驅(qū)動(dòng)信號(hào)和正弦感應(yīng)信號(hào)并傳送到所述DSP；所述采樣頻率根據(jù)由所述起始頻率F_s和所述終止頻率F_E確定的頻率范圍進(jìn)行分段設(shè)置；

所述DSP對(duì)同步采樣得到的可能混有噪聲的正弦驅(qū)動(dòng)信號(hào)和正弦感應(yīng)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波，再采用基于快速傅里葉變換FFT的功率譜分析方法對(duì)濾波后的數(shù)據(jù)做功率譜計(jì)算和頻譜校正，得到正弦驅(qū)動(dòng)信號(hào)和正弦感應(yīng)信號(hào)的幅值和相位；利用正弦驅(qū)動(dòng)信號(hào)和正弦感應(yīng)信號(hào)之間的幅值比A和相位差計(jì)算頻率f_i，i=1,2,3…,N，條件下平面電容傳感器極間電容C_i，和電導(dǎo)G_i，i=1,2,3…,N；

所述系統(tǒng)在完成一個(gè)頻率的測(cè)量之后更新頻率重復(fù)測(cè)量過(guò)程，直至完成N個(gè)測(cè)量點(diǎn)的測(cè)量。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DSP的平面電容傳感器測(cè)量系統(tǒng)，其特征是：所述單極性正弦信號(hào)的頻率f_i由式(1)獲得

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3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DSP的平面電容傳感器測(cè)量系統(tǒng)，其特征是：

設(shè)置所述調(diào)理電路為電容負(fù)反饋放大電路，所述電容負(fù)反饋放大電路中的反饋回路由并聯(lián)設(shè)置的反饋電容和反饋電阻構(gòu)成；所述平面電容傳感器在所述頻率f_i條件下的極間電容C_i和電導(dǎo)G_i分別按式(2)和式(3)獲得：

式（2）和（3）中，φ是并聯(lián)設(shè)置的反饋電容和反饋電阻在頻率f_i條件下的產(chǎn)生的相位，為阻抗增益，C_F反饋電容的容值，R_F為反饋電阻的阻值。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DSP的平面電容傳感器測(cè)量系統(tǒng)，其特征是：所述差分放大電路由運(yùn)算放大器U4B構(gòu)成，在所述運(yùn)算放大器U4B的反向輸入端設(shè)置由運(yùn)算放大器U4A構(gòu)成的跟隨電路，用于去除所述單極性正弦信號(hào)的直流偏置。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DSP的平面電容傳感器測(cè)量系統(tǒng)，其特征是：所述DSP利用其內(nèi)部事件管理器中PWM輸出信號(hào)的上升沿啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，所述PWM輸出信號(hào)的頻率即為采樣頻率；所述A/D在一次采樣完成后，向DSP發(fā)送中斷請(qǐng)求，由所述DSP內(nèi)部SPI模塊讀取數(shù)據(jù)；當(dāng)所述A/D采樣點(diǎn)數(shù)小于或等于512點(diǎn)時(shí)，所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到DSP上的SRAM，當(dāng)所述A/D采樣點(diǎn)數(shù)大于512點(diǎn)時(shí)，所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到外擴(kuò)SRAM。