[發明專利]電容式距離傳感器

在審

• 申請號: 201610927234.X
• 申請日: 2016-10-31
• 公開（公告）號: CN108007327A
• 公開（公告）日: 2018-05-08
• 發明（設計）人: 肖山
• 申請（專利權）人: 深圳指瑞威科技有限公司
• 主分類號: G01B7/02
• 分類號: G01B7/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種電容式距離傳感器，包括：待測電容測量極板、參考電容Cref、開關S3、開關S4、待測電容充/放電電路、參考電容充/放電電路、全差分采樣/保持電路和源跟隨器。待測電容測量極板和被測導電體表面形成待測電容Cf；待測電容測量極板通過開關S3與待測電容充/放電電路連接，同時與源跟隨器連接；參考電容Cref的一端通過開關S4與參考電容充/放電電路連接，同時與源跟隨器連接，另一端與系統地Vss連接；全差分采樣/保持電路的輸入端連接源跟隨器的電壓輸出端；源跟隨器的兩輸入端分別與待測電容Cf和參考電容Cref連接。本發明對寄生效應不敏感，抗噪聲能力強，測量精度高。

技術領域

本發明屬于傳感器設計領域，具體涉及到一種電容式距離傳感器。

背景技術

隨著物聯網的迅猛發展，傳感器的應用也越來越廣泛，種類也越來越多。目前檢測導體表面距離深度的傳感器原理基本上都是通過檢測耦合電容的電容值，由耦合電容的大小和距離成反比間接得到導體表面距離的深度。當待測導體表面和電容測量極板形成耦合電容，通過電路就可以測量出耦合電容的大小，然后由公式D＝ζ*S/C，可得到待測物體表面和電容測量極板之間的距離。其中D為耦合電容兩極板的距離，C為耦合電容的電容值，ζ為兩極板間的介電常數，S為極板面積。

但是檢測耦合電容的大小的方法卻不盡相同，主要有以下幾種：(1)通過對待測電容施加激勵信號，不同的電容值對應不同的輸出電壓，通過測量不同的輸出電壓來換算對應的電容值；(2)電容通過電阻放電，檢測放電到額定電壓的時間來換算電容值；(3)待測電容和額定電容進行電荷中和，通過測量中和后的電平來換算電容值；(4)待測電容和額定電容進行電荷中和，通過測量到達額定電壓的時間換算電容值。目前這些方法受寄生效應影響，特別是當待測電容和寄生電容處于同一量級的時候，誤差往往較大；同時當測量較小電容時，器件噪聲以及電源抖動對測量帶來較大的誤差。

發明內容

為了解決現有技術存在的問題，本發明提供的電容式距離傳感器，包括：待測電容測量極板、參考電容Cref、開關S3、開關S4、待測電容充/放電電路、參考電容充/放電電路、全差分采樣/保持電路和源跟隨器。

進一步地，所述待測電容測量極板和被測導電體表面形成待測電容Cf；所述待測電容測量極板通過開關S3與所述待測電容充/放電電路連接，同時與所述源跟隨器連接。所述待測電容測量極板為導電極板，由一層金屬組成，基板面積大小和整個待測導體表面紋理分布有關。

進一步地，所述參考電容Cref的一端通過開關S4與所述參考電容充/放電電路連接，同時與所述源跟隨器連接，另一端與系統地Vss連接。所述參考電容Cref的電容選取和待測電容Cf大小相當。

進一步地，所述全差分采樣/保持電路的輸入端連接源跟隨器的電壓輸出端。

進一步地，所述源跟隨器的兩輸入端分別與待測電容Cf和參考電容Cref連接。

進一步地，所述待測電容充/放電電路，包括開關S1、基準電壓Vrefp和電流源IS1。所述開關S1的一端連接基準電壓Vrefp，另一端通過電流源IS1接系統地Vss，同時通過開關S3和所述待測電容Cf相連。

進一步地，所述參考電容充/放電電路，包括開關S2、基準電壓Vrefn和電流源IS2。所述開關S2的一端連接基準電壓Vrefn，另一端通過電流源IS2接系統地Vss，同時通過開關S4和所述參考電容Cref相連。所述參考電容充/放電電路和待測電容充/放電電路對稱；所述電流源IS1和電流源IS2相匹配。