[發明專利]一種基于二極管開關的充放電式電容傳感器

在審

• 申請號: 201911099116.4
• 申請日: 2019-11-11
• 公開（公告）號: CN111307026A
• 公開（公告）日: 2020-06-19
• 發明（設計）人: 屈少波;王磊;白彥崢;周澤兵
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01B7/02
• 分類號: G01B7/02;G01D5/24;H03F3/45
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智

1.一種基于二極管開關的充放電式電容傳感器，其特征在于，包括：雙極性方波發生器(1)、開關電路(3)、跨阻放大器(4)和差分-單端轉換電路(5)；

所述雙極性方波發生器(1)用于產生雙極性方波，加載于待測電容對(2)的公共端；

所述開關電路(3)為二極管開關電路，所述雙極性方波在所述開關電路(3)的控制下對差分變化的待測電容對(2)進行充放電控制；

所述跨阻放大器(4)用于將充放電電流轉換為一對等大反向的電壓；

所述差分-單端轉換電路(5)用于將跨阻放大器輸出的一對等大反向的電壓轉換為單端電壓并輸出；

在所述開關電路(3)、跨阻放大器(4)和差分-單端轉換電路(5)的相互配合下，將待測電容對(2)的相對電容轉換成易測的電壓值；提高了電容差檢測的精度。

2.如權利要求1所述的充放電式電容傳感器，其特征在于，所述雙極性方波發生器(1)包括：晶振(11)、計數器(12)、電壓參考源模塊(13)和模擬開關(14)；

所述晶振(11)產生的頻率經過所述計數器(12)進行分頻后，在所述模擬開關(14)的作用下，與所述電壓參考源模塊(13)組合而成一個頻率、幅值在一定范圍內可調的雙極性方波，其頻率由晶振(11)和計數器(12)確定，雙極性電壓幅值由基準電壓源(13)確定。

3.如權利要求2所述的充放電式電容傳感器，其特征在于，所述電壓參考源模塊(13)由多個電壓參考源并聯，以達到噪聲抑制的效果。

4.如權利要求1-3任一項所述的充放電式電容傳感器，其特征在于，所述開關電路(3)包括：二極管D₁、二極管D₂、二極管D₃和二極管D₄，

二極管D₁的陽極與二極管D₂的陰極連接待測電容對(2)中的C_a的非公共端，二極管D₁的陰極與二極管D₃的陽極連接跨阻放大器(4)的第1路輸入端；

二極管D₄的陽極與二極管D₃的陰極連接待測電容對(2)中的C_b的非公共端，二極管D₄的陰極與二極管D₂的陽極連接跨阻放大器(4)的第2路輸入端。

5.如權利要求4所述的充放電式電容傳感器，其特征在于，選取二極管作為開關與雙極性方波配合使用，可以自主地進行充放電控制，不需要外部時序控制信號。

6.如權利要求5所述的充放電式電容傳感器，其特征在于，所述二極管D₁、D₂、D₃和D₄采用性能一致性相對較好的雙路或四路集成式高速開關二極管型號。

7.如權利要求1-6任一項所述的充放電式電容傳感器，其特征在于，采用跨阻放大器(4)將充放電電流轉換為一對等大反向的電壓信號，所用跨阻放大器(4)優選等效輸入電流噪聲譜密度在10Hz且不超過20fA/Hz^1/2、等效輸入電壓噪聲譜密度在10Hz附近且不超過20nV/Hz^1/2的運算放大器。