[發明專利]基于電壓時間轉換的電容式壓力檢測裝置、方法及傳感器

在審

• 申請號: 201911425729.2
• 申請日: 2019-12-31
• 公開（公告）號: CN111122019A
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發明（設計）人: 鄭旭;林琳;遠雁;郜晨希;王迪;劉瑞琪;李超波
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: G01L1/14
• 分類號: G01L1/14;G01L9/12
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 方丁一

本發明提供了一種基于電壓時間轉換的電容式壓力檢測裝置、方法及傳感器。所述裝置包括：電容組件、與所述電容組件連接的充電控制模塊和放電控制模塊、與所述放電控制模塊和所述電容組件連接的計數模塊、以及輸出模塊；其中，所述電容組件的電容量根據待檢測壓力的變化而改變；所述充電控制模塊用于對所述電容組件進行充電，使所述電容組件的電壓達到充電電壓；所述放電控制模塊用于對所述電容組件進行放電，使所述電容組件的電壓降到0V；所述計數模塊用于獲取并記錄所述電容組件的放電時間；所述輸出模塊用于將所述放電時間進行輸出，完成將待測壓力轉換為電容組件的放電時間。有效地降低了電路噪聲，避免了零點漂移。

技術領域

本發明涉及一種基于電壓時間轉換的電容式壓力檢測裝置、方法及傳感器。

背景技術

電容式傳感器是以電容器作為傳感元件，將被測轉物理量或機械量換成為電容量變化的一種轉換裝置。

常規的電容式傳感器測量時通過將電容的充放電電量用電壓來表示，該電壓再通過運算放大器放大電路進行信號放大調理輸出，但在放大調理的過程中(尤其在檢測信號微小時，需要多級放大)，難免會遇到由于逐級放大和測量環境溫度變化而造成的各個器件參數值的變化，從而引起零點漂移，而且信號放大的過程中，測量電路產生的噪聲也將逐級放大。

其中，差分電容式壓力檢測裝置，其檢測原理是通過一對高精度差分電容的微小變化來表達被測環境壓力，其理想的檢測結果通常為壓力與系統電路輸出電壓呈線性關系。但當電容變化范圍極小時，測量的精度和零點漂移就很難解決。

發明內容

(一)要解決的技術問題

現有技術中，當電容變化范圍極小時，測量的精度和零點漂移很難解決。

(二)技術方案

為了解決上述問題，本發明一個方面提供了一種基于電壓時間轉換的電容式壓力檢測裝置，所述裝置包括：電容組件、與所述電容組件連接的充電控制模塊和放電控制模塊、與所述放電控制模塊和所述電容組件連接的計數模塊、以及輸出模塊；其中，所述電容組件的電容量根據待檢測壓力的變化而改變；所述充電控制模塊用于對所述電容組件進行充電，使所述電容組件的電壓達到充電電壓；所述放電控制模塊用于對所述電容組件進行放電，使所述電容組件的電壓降到0V；所述計數模塊用于獲取并記錄所述電容組件的放電時間；所述輸出模塊用于將所述放電時間進行輸出，完成將待測壓力轉換為電容組件的放電時間。

可選地，所述電容組件為由第一電容和第二電容構成的差分電容。

可選地，所述充電控制模塊包括：充電電源，用于對所述第一電容和第二電容進行充電；第一控制電路，通過第一控制開關控制所述充電電源是否對所述第一電容進行充電；第二控制電路，通過第二控制開關控制所述充電電源是否對所述第二電容進行充電。

可選地，所述放電控制模塊包括：第三控制電路，通過第三控制開關控制是否對所述第一電容進行放電；第四控制電路，通過第四控制開關控制是否對所述第二電容進行放電。

可選地，所述計數模塊包括：計數器，所述計數器與所述第一電容和第二電容連接，用于記錄所述電容組件的放電時間；比較器，所述比較器與所述第一電容、第二電容以及計數器連接，用于在電容組件的電壓降到0V時，使所述計數器停止計數。

可選地，所述裝置還包括：計數調整模塊，用于根據所述電容組件的電容量變化值調整所述計數器的計數頻率。

可選地，所述計數器設置于單片機、ARM、或DSP中。

本發明另一個方面提供了一種基于電壓時間轉換的電容式壓力檢測方法，所述方法包括：對電容組件進行充電，使所述電容組件的電壓達到充電電壓；對所述電容組件進行放電，使所述電容組件的電壓降到0V；獲取并記錄所述電容組件的放電時間；將所述放電時間進行輸出，完成將待測壓力轉換為電容組件的放電時間。