[發(fā)明專利]一種基于電容式傳感器的微弱信號檢測方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510819127.0
• 申請日: 2015-11-23
• 公開（公告）號: CN105352584A
• 公開（公告）日: 2016-02-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張有潤;龔宏國;郭飛;張波
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: G01H11/06
• 分類號: G01H11/06
• 代理公司: 電子科技大學(xué)專利中心 51203
• 代理人: 李明光

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及微弱信號檢測方法，具體為一種基于LC振蕩器的微弱信號檢測方法。

背景技術(shù)

微弱信號檢測技術(shù)就是要研究、觀察、記錄科研和生產(chǎn)中各種物理量的微小變化，解決在噪聲或干擾中檢測有用的微弱信號的問題。許多非電量的微小變化都通過傳感器變成電信號進行放大，顯示或記錄。但由于這些微小量的變化通過傳感器轉(zhuǎn)換成的電信號后仍然十分微弱，可能是10^-6V，甚至是10^-9V或更小，對于這些微弱信號的檢測，噪聲和干擾仍然是主要矛盾。

作為微弱信號中的微振動信號檢測是精密加工技術(shù)、機械運動部件實時測量和生物醫(yī)學(xué)脈搏檢測中的重要環(huán)節(jié)。微振動信號檢測的目的是將高噪聲環(huán)境中的微弱機械振動頻率檢測出來，甚至盡可能將機械波形線性放大成電壓波形。目前的檢測方法有多種，大致可以分為機械式檢測方法、光學(xué)式檢測方法和電檢測方法。

機械式檢測方法，振動傳感器將工程振動的參量轉(zhuǎn)換成機械信號，再經(jīng)機械系統(tǒng)放大后，進行測量、記錄，常用的儀器有杠桿式測振儀和蓋格爾測振儀，在現(xiàn)場測試時較為簡單方便，但它能測量的頻率較低，精度也較差，檢測系統(tǒng)體積也比較大。

光學(xué)式檢測方法，將工程振動的參量轉(zhuǎn)換為光學(xué)信號，經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)放大后顯示和記錄。光學(xué)式檢測法又分為光學(xué)干涉法和光學(xué)非干涉法；干涉測振法是將光束正入射于物體表面，其反射回來的檢測光與參考光相遇形成干涉場，此后再對干涉場進行處理便得到所要測量的振動信息。該方法對于振動的測量是非接觸精密測量，干涉測振法具有應(yīng)用范圍廣、重復(fù)性極好，可以對微小振動進行高精度測量的優(yōu)點；但是該方法的不利之處在于一方面是由于干涉測振法具有高靈敏性，環(huán)境擾動對其影響非常突出，當周圍環(huán)境不理想時，測量將無法進行。另一方面是在實際應(yīng)用中很難保證入射光垂直于被測物體表面，以及目標物體表面的不平整性，使得由目標物返回的檢測光與參考光將不能很好的重合，尤其當兩束光偏差太大就不能形成干涉，這將使測量無法進行。總的來說，光學(xué)式檢測法精度高，非接觸，但是系統(tǒng)復(fù)雜，檢測成本高。

電檢測方法是將工程中振動參量轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)過電子線路放大后顯示和記錄。電檢測法的要點在于先將機械振動量轉(zhuǎn)換為電參量，如電動勢、電荷、電容等；然后再對電參量進行檢測，從而得到所要的機械量。電檢測系統(tǒng)由拾振傳感器、測量電路、信號分心電路組成；電檢測方法電路方案簡單，精度高，可集成。本發(fā)明是基于電檢測方法中電容參量的檢測方法。

電容式傳感器是把位移、壓力等機械量轉(zhuǎn)換為電容量變化的傳感器。它的簡化模型就是一個具有可變參數(shù)的平板電容器，極間以空氣為介質(zhì)。若忽略邊緣效應(yīng)，平板電容器的電容為εS/d，式中ε為極間介質(zhì)的介電常數(shù)，S為兩極板互相覆蓋的有效面積，d為兩電極之間的距離，d、S、ε三個參數(shù)中任一個的變化都將引起電容量變化，并可用于測量；因此電容式傳感器可分為極距變化型、面積變化型、介質(zhì)變化型三類，極距變化型一般用來測量微小的線位移或由于力、壓力、振動等引起的極距變化，面積變化型一般用于測量角位移或較大的線位移，介質(zhì)變化型常用于物位測量和各種介質(zhì)的溫度、密度、濕度的測定。電容式傳感器阻抗高、功率小，因此所需的輸入力很小，輸如能量很低，特別適合用來解決輸入能量低的測量問題，例如測量極低的壓力和很小的加速度、位移等，能感受0.001μm甚至更小的位移。動態(tài)響應(yīng)好，由于極板間的靜電引力很小，可動部分做得很小很薄，因此其固有頻率很高，動態(tài)響應(yīng)時間短，能在幾兆赫的頻率下工作，特別適合動態(tài)測量，如測量振動、瞬時壓力等。

目前，基于電容式傳感器的振動信號的檢測方法為RC串聯(lián)回路充放電法，然而此方法只能檢測以差分形式輸出的電容傳感器，而且檢測電路復(fù)雜，信號的算法也復(fù)雜，傳感器與電路集成性差。基于此，本發(fā)明提供一種基于電容式傳感器的微弱信號檢測方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有檢測方法檢測電路復(fù)雜、信號算法復(fù)雜及傳感器與電路集成差的缺點提供一種基于電容式傳感器的微弱信號檢測方法，本發(fā)明采用技術(shù)方案為：

一種基于電容式傳感器的微弱信號檢測方法，包括以下步驟：

步驟1.將電容式傳感器與諧振電感組成一個LC振蕩器，電容式傳感器接受到機械振動時，電容隨機械振動位移線性變化，從而使LC振蕩器振蕩頻率隨機械振動位移變化，實現(xiàn)頻率調(diào)制，輸出調(diào)頻信號；

步驟2.采用頻率解調(diào)電路將LC振蕩器輸出調(diào)頻信號恢復(fù)出振動波形，即微振動信號。